vBRAS 在新型城域网中的应用讨论

［丁友梅］

1 引言

根据国务院关于印发“十四五”数字经济发展规划的通知中指出，推动我国数字经济健康发展中，要优化升级数字基础设施，加快建设信息网络基础设施，建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施。

近年来互联网业务的迅速发展，网络流量呈井喷式增长，而宽带用户发展空间有限，规模竞争转向品质竞争、智家应用竞争。接应“十四五”数字经济发展规划，根据2B/2C/2H/各种业务的发展趋势，网络应能提供大容量、高带宽、低时延，网络弹性扩展，由封闭型转向开放型，并能适配云网标准化对接。

现有的传统IP三层网络设计的结构发展已经很成熟，随着业务的发展，传统三层网络架构自身存在一些无法突破的限制与弊端无法无限扩展，瓶颈不断涌现。而Spine-Leaf 城域叶脊拓扑网络组成的“胖树”结构，很好地解决了三层网络存在的各种问题。

2 网络现状及存在问题

2.1 城域IP 网络现状

现有城域网IP 网络一般由传输的三层架构组成，即核心—汇聚—接入。

核心层一般设置两台核心路由器，分别设置在区域DC 机房，上连ChinaNet 和CN2，下联业务接入层，主要为接收全球路由表，承载国际互联网、政企等流量；汇聚层即业务接入层主要由MSE（多服务边缘设备）组成，下联接入层设备OLT，家庭宽带和政企客户由此接入城域网，网络结构如图1 所示。

目前IP 城域网主要承载如下业务。

①上网业务：主要是家庭客户利用宽带网络访问互联网及享受一切相关的网络服务。

② VoIP 业务：利用Internet 或局域网来实现新型电话通信的IP 技术。

图1 传统IP 网络结构示意图

③ITV 业务：基于电信网并以电视为载体显示的双向通信手段。

④ 视频业务：家庭客户提供的视频业务主要是家庭视频监控。

⑤ IP VPN 业务：VPN 常用于大中型企业跨地域组网、同城互联、以及银行、福利彩票营业网点的组网。

2.2 存在问题

采用三层架构的传统城域网对于南北向流量的业务形态非常有效，但随着业务的发展存在越来越多的问题。

（1）现有架构难以满足算力下沉带来的边缘云快速接入

现有IP 城域网难以满足边缘云泛在接入的需求，同时STN 网络由于设备性能不足无法实现公众客户访问边缘云需求；云网对接未标准化，对接方案复杂。

（2）难以满足东西向流量增长

传统城域网(包括IP 光宽城域网与STN)以南北向流量为主，而随着数据中心下沉、私有云等业务带来的东西向流量井喷，树形网络架构难以适应，需占用大量核心资源，无法无限扩展。

（3）带宽及设备利用率低

用户处理与带宽接口紧耦合，导致并发用户数低，带宽利用率不均；无法形成资源池，可靠性得不到提升，设备分散且数量多，更大容量设备引入条件不充分。

（4）多业务并发时带来的承载网设备session 不足

单用户多业务并发时往往由于原有设备性能无法升级，session 数不足导致用户业务掉线。

3 新型城域网介绍优势

3.1 网络架构

新型城域网采用积木式网络架构（如图2 所示），主要包含城域POD、云网POP、POD 出口功能区三大组件，可基于业务量进行灵活扩展，满足边缘云的快速接入及东西向流量增长。

（1）城域POD

城域POD 基于城域叶脊网络（Spine-Leaf）组建，每个POD 设置2 台Spine，下挂多对Leaf 设备，实现POD 内灵活扩展，Spine 和Leaf 设备对应STN 网络的ER 和B 设备。

Spine 用于实现高速流量转发与Leaf 设备间流量互访；Leaf 设备包含几种不同类型，包括A-Leaf、S-Leaf 与B-Leaf。A-Leaf 作为公众、政企与移动业务的接入点，实现固、移、云等业务综合接入。A-Leaf 可采用多种厂家的设备，标准化对接，满足异厂家组网需求。S-Leaf 作为核心/边缘DC 及云资源池的网络对接点，实现云资源池的标准化对接。B-Leaf 用于实现与外部网络的对接。Leaf 原则上不直连城域外的网元，访问外部网元通过Spine 转发。

（2）云网POP

云网POP 包括云业务网络出口网元和基础网络接入网元，云业务网络出口网元为互联网、专线、VPN 等网关设备；基础网络接入网元包括Leaf、PE、ASBR 等基础网络专线终结设备。云网POP 中通过部署Leaf，连接云业务网络网元，实现云资源池的标准化对接。

（3）POD 出口功能区

POD 出口功能区由Spine、Super-Spine（CR）、Leaf（ASBR）组成，与骨干网、业务平台/核心网等外部网络对接，实现差异化业务疏导。

Spine 定位实现国内流量疏导，不接受全球路由表。当一个区域设置多个POD 时，可通过Super-Spine（CR）进行汇聚。Super-Spine（CR）实现POD 间流量互访、政企互联网流量和国际流量疏导，接收全球路由表，通过细路由、策略路由等方式实现高质量、差异化和安全服务。Leaf（ASBR）定位实现跨域VPN 业务提供。

POD 出口功能区内，不同局址的2 台Spine 设备交叉上连不同局址的2 台城域CR，Leaf（ASBR）与CR/Spine设备可采用口字型互联，随业务量增大采用交叉上连。

3.2 关键技术

①城域Spine-Leaf 架构，模块化灵活扩展

源于CLOS 网络的Spine-Leaf 架构，借鉴数据中心流量汇聚与横向弹性扩展优点，通过内部冗余实现任意两节点间无阻塞转发。

② 转控分离vBRAS，提升网络处理性能

宽带业务集约化处理，控制面负责用户的控制与管理，转发面实现用户数据报文转发，提升网络可靠性；提升新业务上线效率，能力进一步开放。

③SRv6/EVPN 协议统一，以极简协议构筑业网分离网络，SRv6 被誉为下一代转发技术，基于源路由转发模型，能够实现控制/转发协议统一，实现快速收敛与负载分担。

EVPN 实现二/三层业务承载的融合，从协议实现层面推进转控分离。

基于SRV6/EVPN 技术实现业务融合承载，使能自动化连接能力，实现跨域自动化开通、一跳入云。

④ 网络自动智能管控

城域新一代运营系统，实现城域编排、调度及控制。

4 新型城域网的应用场景

以“十四五”数字经济发展规划为指导原则，采用基于Spine-Leaf 架构对传统IP 城域网进行改造，以解决运营商在天地一体、云网融合中建网的实际问题，实现固移、云网业务融合承载和灵活组网。

Spine-Leaf 架构应用在数据中心时，一般可采用新建模式。而对于现有的城域网络，则需考虑进行升级改造，充分利用现有资源。

4.1 网元及链路建设原则

①POD 区设置原则

设置POD 区时，应根据地理、行政区域、用户数及光缆网现状对POD 区进行规划。单POD 用户数不低于80万为基准。

业务量不大的地区，设置单POD，可考虑Spine 和CR 合设，实现统一网络出口。

在业务量大的地区，可设置多个 POD，CR 作为Super Spine 实现POD 间流量疏导。

② Spine-Leaf 设置原则

Spine-Leaf采用2级架构。1个POD区配置一对Spine设备，Leaf 设备原则上利旧升级STN-B 设备并进行适当补点。

③vBRAS 设置原则

vBRAS-CP 应部署在2 个核心DC，实现异地灾备,满足对全区光宽业务集中管理和控制。

按POD 集中部署转控分离vBRAS-pUP，旁挂Spine设备，实现宽带公众用户集中处理。vBRAS-pUP 设备部署时可采用1:1、1+1、N+1 等模式，池内所有vBRAS-U设备工作在负载分担模式下，所有设备均承载业务。

④ 链路设置原则

各网元成对配置时，可采用口字型组网方式，实现链路负荷分担。

为了保证业务测试及部分业务割接，初期可考虑开通少量链路；当达到链路扩容门限时按需扩容。

4.2 网络部署方案

以XX 市XX 运营商IP 城域网为例，将XX 市城域网升级改造为基于Spine-Leaf 架构的新型城域网。

XX 市XX 运营商承载约200 万带宽用户，根据如上建设原则，可将现有城域网规划为3 个POD 区。

各网元部署建议如下。

4.2.1 Super Spine

设置多个POD 的区域，可利旧原有城域网核心层设备CR 兼作Super Spine，疏导POD 间固网宽带流量，并作为统一出口上联至163；可利旧现网STN 核心层设备，汇聚4G/5G 等流量。后期结合带宽流量，Spine 可按需直连163 和省级ER。

4.2.2 Bleaf

现网的ASBR 可利旧作为Bleaf，口字形对接STN 核心层，并利旧原有与城域网核心层、CN2 网络的链路，承载 L2/L3 VPN 业务，实现POD 间组网和跨域组网接入。

4.2.3 Spine

每个城域POD 均设置一对Spine 设备，上联至Super Spine 与城域ER，用于实现高速流量转发与Leaf 设备间流量互访、汇聚移动网流量；每个POD 区内的STN B 设备上联割接至Spine 设备，各POD 间互通流量通过Super Spine 进行疏导。

同一个POD 的两台Spine 设备安装在不同的DC 机房内，具备异地容灾及负荷分担。

4.2.4 Aleaf

利旧现网STN B 设备（需具备SRV6 功能），实现宽带接入网设备和基站设备等接入，实现固网和移动网合并为一张新型城域网。

4.2.5 vBRAS-CP

在两个核心DC 节点分别部署一套转控分离池化vBRAS，每个POD 区的Spine 设备以10G 链路上联CP面的2 对Sleaf，实现1:1 热备和虚实共管，实现光宽等业务集中管理和控制，具备异地容灾、弹性扩容能力。

4.2.6 vBRAS-pUP

在每个POD 节点部署一套vBRAS-pUP 池，旁挂Spine设备；vBRAS-pUP 设备数量根据POD 内流量或Session 需求制定，需考虑流量转发需求、CGN 板卡、特通板卡等，可利旧现网较空闲的MSE 设备升级为vBRAS-pUP。

每个POD 节点的vBRAS-pUP 池可与Spine 设备同节点部署，减轻网元互联的传输压力。

4.2.7 OLT 上连

城域POD 内，OLT 双归至一对ALeaf；若传输资源不足时也可采用单归至一台ALeaf 进行跨板聚合。

4.3 网络规划方案

仍以XX 市XX 运营商为例，现有用户结构如表1 所示。

表1 用户结构

链路带宽测算公式如下。

重要链路应配置如表2 所示。

表2 重要链路测算表

根据建设原则及链路测算，网络设备数量应配置如表3 所示。

表3 网络设备配置数量

根据表3 配置，XX 市改造后的新型城域网络结构如图3 所示。

图3 XX 市新型城域网目标网络结构示意图

5 结束语

采用“积木式”架构、模块化组件，可实现多业务融合承载、多厂商异构组网。以现有STN 网为基础，建设新型城域网，构建架构弹性扩展、云网标准化对接，业务快速提供的新型城域网络，统一承载固网宽带、无线宽带、政企专线、入云等云网融合业务，保障用户固定和无线接入体验一致性，降低建网成本，提升运营效率。