城域网网络架构优化研究

◆冯南梓



城域网网络架构优化研究

◆冯南梓

（广东省电信规划设计院有限公司 广东 510630）

随着互联网业务在电信网络的广泛应用和宽带互联网用户的快速发展，城域网作为重要的承载网络，对运营商业务发展和用户体验起关键作用。本文从城域网网络现状入手，分析城域网网络面临的问题，提出城域网优化建议，确保整个城域网结构合理，易于管理维护。

城域网；扁平化；虚拟化

0 引言

宽带业务正走向多元化，公众宽带业务、互联网视听及企业互联业务大量应用，宽带业务应用场景综合化现象正逐步呈现。随着宽带普及提速工程的持续推进，特别是业务资费的下降和宽带市场竞争的日趋激励，用户的带宽需求快速增长。在外部环境快速变化的背景下，运营商的城域网正面临新的挑战。本文主要对城域网现状和面临的挑战进行分析，对城域网网络架构演进方案进行论述。

1 城域网网络架构现状分析

城域网是在城域范围内组建的，用于实现个人和企业用户的语音、视频、数据等多种业务接入、汇聚和转发，包括城域骨干网、业务控制层和宽带接入网。

城域骨干网：由城域核心路由器负责对业务控制层设备进行端口和流量汇聚，并作为IP 城域网到IP骨干网的流量转发出口。

业务控制层：由多业务边缘服务器（包括BRAS、SR、MSE等）作为业务接入控制点组成，主要负责业务接入与控制。

宽带接入网：是业务控制层以下，用户家庭网关以上（不含CPE）的二层接入网络。

2 城域网面临挑战

2.1 城域骨干层

城域骨干层作为城域网出口核心，主要承担城域网流量汇聚和转发，通常采用核心路由器和汇聚路由器组成。现在路由器普遍应用100G/400G平台设备，设备采用10GE和100GE等以太端口为主。随着宽带提速、高清视频等在城域网规模应用，路由器的端口和转发能力需求快速增长，而骨干层路由器普遍采用集群多机和多节点部署来满足建设需求。随着建设规模不断扩大，核心设备主要采用2核心或4核心结构，原有的建设模式在业务快速发展的背景下越来越显得困难，需要从网络架构和网络技术等方面进行优化和调整，以满足业务发展需要。

2.2 城域业务控制层

城域网业务控制层作为城域网业务的接入和控制节点，由BRAS、SR或MSE组成。业务控制层设备部署经过了以下几个阶段：

（1）集中：业务处于起步阶段，业务量较小，此阶段主要采用业务控制层设备集中部署，满足用户的接入需求，降低建设和维护成本。

（2）分散：在业务快速发展期，业务量迅速增长，为了快速响应用户的接入需求，将业务控制层设备逐步下沉，但建设和维护快速增加。

（3）再集中：在业务发展进入成熟期，业务规模大，但业务量增长率保持稳定。过多的业务控制层节点将降低网络资源的利用率，提高网络建设和维护成本。随着网络技术快速发展，并结合降本增效的思路，节点部署又往集中部署回归。

在以专用硬件为建设模型的背景下，业务控制层面临以下几个问题：

（1）设备利用率不均衡

城域网内业务控制层单台设备的IP地址利用率普遍在40%～90%之间，但从城域网总体IP地址利用率估计在50%～70%。随着业务控制层节点数量的不断增加，整网IP地址利用率将较难提升。

由于每台业务控制层设备覆盖的物理范围和用户不同，存在设备间负载不均衡，部分设备负载偏大，而部分设备负载偏小，需要维护人员不断反复割接业务，用户体验较差。

（2）新增业务特性依赖于专用硬件

新增业务特性依赖专用硬件，如设备厂商采用专用的CGN板卡，通过隧道和地址翻译实现IPv4/IPv6双栈部署。但专用硬件开发复杂，异厂商协议互通困难，业务部署慢等，造成网络升级复杂，建设成本高等情况。

3 城域网架构优化

针对城域网存在的问题，结合网络演进的趋势，建议对城域网的网络架构和设备部署进行优化：

（1）优化网络架构

将城域核心层和城域出口层进行合，使原来城域核心层-城域出口层-城域业务控制层-接入网的网路架构优化为城域核心层-城域业务控制层-接入网。通过扁平化，业务控制层直接接入核心层，减少原来城域核心层和城域出口层的背靠背投资，提高转发效率。并通过引入大容量转发平台及高速率链路，压缩核心局点的设备数量，提升设备的资源利用率，降低建设和维护成本。

图1优化网络架构图

（2）推进专用硬件集中部署

考虑到专用硬件分散部署带来的资源利用率低，维护成本高等不足，推动专用硬件由分散部署调整为集中+分散部署。在业务控制层只部署业务终结能力，冗余备份能力集中部署在核心层。集中+分散的建设模式大大降低整网建设成本，提升设备资源的利用率。

（3）应用业务控制层虚拟化

在X86云平台上通过业务虚拟化实现BRAS功能，宽带接入网可通过OLT直挂或MSE起VxLAN的方式接入云BRAS，实现业务快速部署和资源弹性开通。

图2应用业务控制层虚拟化图

4 结语

目前，电信运营商城域网面临网络层级多，设备转发能力低，流量监控和调度手段不足，不能满足业务快速部署和弹性扩展的新需求，运营商需要在未来的城域网建设中不断完善网络建设方案，以保障城域网更加稳定、可靠运行。