隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的飛速發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)施及應(yīng)用日益豐富，網(wǎng)絡(luò)流量呈井噴式增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越復(fù)雜，運(yùn)維成本隨之升高;與此相對(duì)應(yīng)，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的種類(lèi)及要求不斷提升，不僅對(duì)接入帶寬，對(duì)業(yè)務(wù)種類(lèi)和保障等級(jí)的差異化需求亦急劇增長(zhǎng)。電信運(yùn)營(yíng)商傳統(tǒng)應(yīng)對(duì)需求增長(zhǎng)的方法是為各種業(yè)務(wù)部署不同的專(zhuān)用設(shè)備，為增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)縱向擴(kuò)容原有的設(shè)備，該部署思路主要適用于業(yè)務(wù)種類(lèi)不多、新部署需求主要為同類(lèi)業(yè)務(wù)擴(kuò)容的情況。

但目前互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)層出不窮，顯然原有的部署思路已不能滿足當(dāng)前各種業(yè)務(wù)對(duì)帶寬資源以及推出速度的需求。城域網(wǎng)作為寬帶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載主體，若僅單純地?cái)U(kuò)容網(wǎng)絡(luò)帶寬而非提供靈活的使用方式，則將導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商在城域網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)被管道化。

業(yè)界普遍認(rèn)為，通過(guò)引入NFV(Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)技術(shù)，可把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全部或部分功能統(tǒng)一到工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的高性能、大容量的服務(wù)器上，在降低擴(kuò)容成本、運(yùn)維成本的同時(shí)，可提高新業(yè)務(wù)部署與細(xì)分業(yè)務(wù)保障能力。

本文從新形勢(shì)下城域網(wǎng)現(xiàn)狀及未來(lái)需求出發(fā)，提出基于NFV技術(shù)的城域網(wǎng)引入方案，有助于解決運(yùn)營(yíng)商傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)靈活性低、運(yùn)維復(fù)雜、新技術(shù)引入困難等問(wèn)題。

現(xiàn)有城域網(wǎng)存在五大問(wèn)題

典型的城域承載網(wǎng)分為用戶層、接入層、匯聚層、業(yè)務(wù)控制層及核心層，其基本的組網(wǎng)方式如圖1所示。

圖1 城域網(wǎng)典型架構(gòu)圖

用戶層主要為用戶的寬帶接入設(shè)備，如STB(Set Top Box，機(jī)頂盒);接入層為用戶設(shè)備提供接入功能;業(yè)務(wù)信息流通過(guò)匯聚層匯聚;而后絕大部分的用戶邏輯信息處理、配置下發(fā)、用戶認(rèn)證等城域網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)的核心功能由業(yè)務(wù)接入控制層承擔(dān)，典型設(shè)備為BRAS(Broadband Remote Access Server，寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器)、BNG(Broadband Network Gateway，寬帶網(wǎng)關(guān)控制設(shè)備)、SR(Service Router，業(yè)務(wù)路由器)等;核心層主要負(fù)責(zé)與城域骨干網(wǎng)進(jìn)行連接，提供高速交換能力。

隨著接入用戶側(cè)視頻、高速瀏覽等業(yè)務(wù)的滲透率提升，各類(lèi)新業(yè)務(wù)涌現(xiàn)，城域網(wǎng)現(xiàn)階段普遍存在的問(wèn)題包括以下5個(gè)方面。

• 轉(zhuǎn)發(fā)控制能力不匹配：設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)能力使用率已達(dá)到80%時(shí)，其控制能力使用率僅為20%;
• 網(wǎng)絡(luò)容量不足：現(xiàn)網(wǎng)容量不足，難以支撐業(yè)務(wù)高速發(fā)展的需求;
• 無(wú)法實(shí)現(xiàn)靈活部署：現(xiàn)有BRAS/SR/BNG等專(zhuān)用硬件設(shè)備，存在部署不靈活、建設(shè)周期長(zhǎng)等問(wèn)題;
• 無(wú)法靈活應(yīng)對(duì)大流量突發(fā)現(xiàn)象：缺乏業(yè)務(wù)資源的流量調(diào)度能力;
• 運(yùn)營(yíng)維護(hù)復(fù)雜：寬帶業(yè)務(wù)增長(zhǎng)，涉及廠家和設(shè)備種類(lèi)多，異廠家設(shè)備維護(hù)界面不相通，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無(wú)法集中進(jìn)行統(tǒng)一控制。

不同虛擬化技術(shù)各有優(yōu)劣

虛擬化是指運(yùn)算單元在虛擬的基礎(chǔ)上(而不是在物理的基礎(chǔ)上)運(yùn)行，是一個(gè)為了簡(jiǎn)化管理、優(yōu)化資源的解決方案。引入虛擬化層，向下可管理真實(shí)的物理資源，對(duì)上可提供虛擬的系統(tǒng)資源。虛擬化可提高物理資源利用率，同時(shí)加強(qiáng)管理者對(duì)資源的管理，提高系統(tǒng)的安全性及可靠性。

系統(tǒng)虛擬化是虛擬化技術(shù)中的一種，是指將一臺(tái)物理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)虛擬化為一臺(tái)或多臺(tái)虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。該技術(shù)通過(guò)虛擬化層將單一物理平臺(tái)抽象成若干個(gè)虛擬平臺(tái)，每個(gè)虛擬平臺(tái)都擁有自己的虛擬硬件，為操作系統(tǒng)提供一個(gè)獨(dú)立的執(zhí)行環(huán)境。根據(jù)虛擬化架構(gòu)的不同，可將虛擬化分為三大類(lèi)，分別為T(mén)ype I虛擬化、Type II虛擬化以及操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化。

其中Type I虛擬化為裸金屬虛擬化，虛擬化層直接運(yùn)行在硬件上;Type II虛擬化為寄居架構(gòu)虛擬化，虛擬化層運(yùn)行在宿主機(jī)操作系統(tǒng)上;OS Containers為操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化，虛擬化層融合至宿主機(jī)的內(nèi)核中。在實(shí)際應(yīng)用部署中，一般采用Type I虛擬化或OS Containers虛擬化架構(gòu)。

根據(jù)虛擬化程度的不同，可劃分為全虛擬化(對(duì)應(yīng)Type I虛擬化或Type II虛擬化)、硬件輔助虛擬化(對(duì)應(yīng)Type I虛擬化)或準(zhǔn)虛擬化(對(duì)應(yīng)OS Containers虛擬化)，以上虛擬化架構(gòu)比較如表所示。

表 虛擬化技術(shù)比較

NFV是基于虛擬化技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的應(yīng)用，在現(xiàn)網(wǎng)部署中一般采用硬件輔助虛擬化或準(zhǔn)虛擬化技術(shù)。其核心目的將通信設(shè)備硬件統(tǒng)一為基于X86架構(gòu)的服務(wù)器設(shè)備以降低成本，可通過(guò)在其上灌入不同的軟件實(shí)現(xiàn)不同的功能(如BRAS等)。

業(yè)務(wù)控制層設(shè)備N(xiāo)FV化后，可在提高其資源利用率及靈活管理性的同時(shí)降低設(shè)備成本?；谲浖嘧⒛Ｊ娇蓪?shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)快速部署，加速業(yè)務(wù)控制層的設(shè)備向池組化和云化的方向演進(jìn)。因此，NFV是城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備較好的演進(jìn)方向。

基于NFV部署智能的城域網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)

圖2 基于vBRAS資源池的城域網(wǎng)邊緣節(jié)點(diǎn)架構(gòu)

vBRAS的典型組網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示，vBRAS設(shè)備采用資源池的模式進(jìn)行部署，其位置部署于城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制接入層，上連核心路由器，下連匯聚層設(shè)備。資源池中主要分為vBRAS轉(zhuǎn)發(fā)池和vBRAS控制池，主要負(fù)責(zé)vBRAS的轉(zhuǎn)發(fā)與控制，轉(zhuǎn)發(fā)池與核心層、接入層設(shè)備進(jìn)行對(duì)接。

考慮到現(xiàn)階段，城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層設(shè)備以傳統(tǒng)BRAS/BNG為主，運(yùn)營(yíng)商可優(yōu)先在局部熱點(diǎn)區(qū)域引入vBRAS設(shè)備，利用vBRAS快速靈活上線的方式進(jìn)行流量分擔(dān)。即用戶大顆粒流量可通過(guò)圖2中左側(cè)的傳統(tǒng)BRAS設(shè)備與核心路由器進(jìn)行交互，小顆粒的靈活流量(如流量增值服務(wù))通過(guò)vBRAS設(shè)備進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)當(dāng)傳統(tǒng)BRAS設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，vBRAS資源池可充當(dāng)臨時(shí)性的容災(zāi)設(shè)備，防止用戶業(yè)務(wù)中斷。

從部署角度來(lái)言，城域網(wǎng)邊緣考慮局部區(qū)域引入VxLAN-SW旁掛或替換：

1. 原SW根據(jù)VLAN把需要vBRAS承載的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)至VxLAN交換機(jī);
2. VxLAN交換機(jī)把原有VLAN業(yè)務(wù)映射為VxLAN的UDP報(bào)文;
3. UDP報(bào)文穿越城域網(wǎng)至vBRAS的資源池，實(shí)現(xiàn)大二層互通。

vBRAS初期采用串接方式，實(shí)現(xiàn)BRAS功能的云化，后期逐步引入SDN，控制器集中部署在網(wǎng)絡(luò)云，流量實(shí)現(xiàn)本地轉(zhuǎn)發(fā)?；贜FV技術(shù)的vBRAS設(shè)備，運(yùn)營(yíng)商未來(lái)可將其應(yīng)用于以下場(chǎng)景中。

• 靈活分流容災(zāi)：當(dāng)傳統(tǒng)BRAS容量不足或出現(xiàn)故障，可迅速通過(guò)VxLAN的方式利用另外的路徑分流業(yè)務(wù)至vBRAS資源池;
• 個(gè)性化需求的靈活開(kāi)發(fā)：有個(gè)性化需求的用戶可以通過(guò)vBRAS資源池獲取服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)支持大二層的靈活調(diào)整能力;
• vBRAS逐步集成NAT、CDN、DPI等功能，成為邊緣智能節(jié)點(diǎn)。

小結(jié)

隨著電信基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和運(yùn)營(yíng)市場(chǎng)的逐步開(kāi)放，寬帶網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的競(jìng)爭(zhēng)更加激烈，迫切需要引入新的技術(shù)手段保障寬帶網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量和持續(xù)發(fā)展，從而適應(yīng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)帶來(lái)的新發(fā)展形勢(shì)。本文針對(duì)虛擬化及NFV技術(shù)進(jìn)行了研究，結(jié)合城域網(wǎng)現(xiàn)狀提出vBRAS的部署方案，同時(shí)也為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展帶來(lái)一條新思路。

作者：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司 敖貴麗

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