廖尚金,黄伟程,赵锋利
(华信咨询设计研究院有限公司,浙江 杭州 310006)
物联网、云计算、高清视频以及4G/5G等业务的快速发展极大地推动了用户带宽需求的增长,目前运营商正在大力发展家庭宽带、交互式网络电视(Interactive Personality TV,IPTV)等业务。根据国内某省运营商网管数据统计,用户流量呈现快速发展的趋势,城域数据网的路由策略至关重要,选择适合当前城域数据网的路由策略可以更好地支撑家庭宽带、集客专线业务发展,方便城域网的运行维护[1-3]。
城域数据网主要承载家庭宽带互联网访问、IPTV、WLAN以及集客专线等业务,这些业务对安全性、时延及服务质量(Quality of Service,QoS)的要求普遍不高,网络具有较高的开放性。当前,城域数据网网络架构如图1所示。
图1 城域数据网网络架构
省级城域数据网的层级清晰,主要包括骨干网、省网以及城域网。核心层作为全国骨干网,在本省的落地点负责疏通本省流量至全国其他节点。省网层由省网核心节点和城域网2层组成,其中省网核心节点PB负责本省业务数据的汇总转发,实现与互联网数据中心(Internet Data Center,IDC)等内容中心互通;城域网核心路由器(Core Router,CR)承载各业务接入控制层之间的互访,实现与本地区IPTV节点互通[4]。业务控制层主要由宽带接入服务器(Broadband Remote Access Server,BRAS)组成,承载拨号、静态专线、3层专线等宽带互联网公众业务接入控制。汇聚交换机作为集客专线接入和光线路终端(Optical Line Terminal,OLT)业务的汇聚节点,与业务控制层互通。
某省数据网络作为一个独立的自治域,采用外部边界网关协议(External Border Gateway Protocol,EBGP)与骨干网对接,省网核心节点PB兼作路由反射器(Route Reflector,RR)与各地市出口路由器建立内部边界网关协议(Internal Border Gateway Protocol,IBGP)邻居关系[5]。CR与BRAS间运行开放式最短路径优先(Open Shortest Path First,OSPF)协议承载业务路由与管理路由,CR和BRAS的端口均运行在area0区域内并建立邻居关系,城域数据网路由现状如图2所示。
图2 城域数据网路由现状
目前,运营商城域数据网内常用的内部网关协议(Interior Gateway Protocol,IGP)主要包括OSPF、中间系统到中间系统(Intermediate System to Intermediate System,ISIS)。IGP与边界网关协议(Border Gateway Protocol,BGP)分别属于域内协议和域间协议,能够实现路由信息的交换、学习,最终将用户数据送达目的地[6]。
BGP一般用于运营商、教育网等大型网络,可以容纳的路由信息更多。BGP实现路由转发需要以IGP作为其底层的通信依据,在可靠的传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)基础上建立。IGP协议存储的路由条目量有限,如OSPF协议最多只能容纳10 000条路由。IGP重点是对路由的学习与交换,如发现路由路径等。而BGP协议主要是控制路由的传播并进行路径选择,因此BGP拥有更加丰富的选路策略,便于维护人员控制流量流向。
IGP协议中,OSPF与ISIS协议均属于链路状态路由协议,2种协议在路由发现、泛洪及路由算法上有很多相似之处[7]。ISIS协议域内容纳的路由器数量更多,在区域扩展性、性能消耗、收敛速度以及可承载路由条目数等方面均优于OSPF。ISIS协议更适合运营商级网络,OSPF更适合企业级网络。云业务的网络初期使用OSPF协议较多,随着网络流量和网元逐渐增加,后期由OSPF协议向ISIS协议演进,成为更多自治域内路由协议的演进方向。
目前,通信运营商的数据承载网普遍在核心层域内采用ISIS协议,在域间采用BGP协议的路由策略,其中ISIS协议作为设备的管理路由承载管理流量,BGP协议作为业务路由承载业务流量。
现网PB、CR及BRAS设备全部启用ISIS协议,设备全部运行在Level-2区域内,IPTV出口路由器、IDC出口路由器等设备采用静态路由协议与CR对接。将城域网ISIS实例名称全部定义为1,将路由器间的互联端口类型配置为广播类型,采用30位掩码,配置ISIS网络为点对点(Point to Point,P2P)模式,不发送广播包,从而减少分层服务提供者(Layered Service Provider,LSP)的泛洪[8]。
本次ISIS协议的metric值不使用默认计算值,规划设置同一网络层级设备互联的metric值应小于不同网络层级的值。除特殊情况外,2台CR设备的互联流量禁止由BRAS互联间链路承载。
沿用现有的自治系统(Autonomous System,AS)号,城域网CR作为省核心节点PB的路由反射器客户端,建立IBGP对等体关系。城域网内业务控制作为城域网核心路由器的路由反射器客户端,建立IBGP对等体关系[9]。为了简化现有路由器的BGP配置,当同样的路由策略应用于多个BGP对端时,将对端指定为一个对等组。本次规划的PG组如表1所示。
表1 PG组规划
CR在路由传递时进行一次路由整理,并复制分发至路由反射器组成员。BRAS设备分别与两个出口CR通过Loopback0建立IBGP会话,实现IBGP会话冗余。为了避免对现有城域网业务造成影响,省网PB、CR及城域网BRAS设备关闭BGP同步和自动汇总功能。CR对BRAS只下发缺省路由,其余路由不发布,而BRAS对CR下发的路由不进行过滤[10]。
BGP路由宣告原则如下:当能够汇总用户路由时,使用静态路由指向的方式发布;当无法汇总用户路由时,使用重分发直连、静态路由的方式将用户路由重新发布并适当过滤。
方案实施后,业务流量流向变化如下。
(1)城域网入方向。方案实施前,BRAS至CR的回程流量均通过发布粗细路由的方式实现返回城域网的流量均衡。方案实施后,CR学习到的用户路由的下一跳通常为设备Loopback0主机地址,当省网核心节点PB的流量到达城域网核心节点CR时,CR通过递归查找ISIS路由找到下一跳的地址,基本不会影响城域网入方向的流量。
(2)城域网出方向。方案实施前,BRAS通过OSPF默认路由疏通城域网流量至CR。方案实施后,BRAS通过ISIS默认路由疏通城域网流量至CR,下发默认路由的路由协议进行了更改,城域网出方向的流量基本不会发生变化。
4.1.1 管理路由
CR与BRAS全部采用ISIS作为管理路由,设备全部设置在Level-2层。由于现网CR与BRAS间以OSPF作为管理路由,在启用ISIS路由时,需要将ISIS协议的Metric值调整为大于现有OSPF协议的Metric值,以降低对现网的影响。
4.1.2 业务路由
全省各地市CR及BRAS均运行IBGP协议,CR兼作本地城域网路由反射器,BRAS作为客户端。目前,CR与BRAS间运行OSPF协议作为业务路由,需要将IBGP的Metric值调整为大于现有OSPF协议的Metric值,以降低对现网的影响。
将BRAS设备上生成的的聚合网段导入IBGP表,IBGP的Metric值大于现有OSPF协议的Metric值,因此CR的IBGP表中的用户路由不会被优先选中。
该部分是路由优化的关键步骤,切换现有路由架构至新架构共有2种方案。方案一是修改OSPF的管理距离超过ISIS+BGP的管理距离,整体路由承载方式由OSPF切换为ISIS+BGP;方案二是中断原有CR至BRAS之间的OSPF连接,强行进行网络3层路由收敛,收敛后可正常切换至ISIS+BGP。路由切换方案对比如表2所示。
表2 路由切换方案对比
本次采用方案二进行用户业务路由切换。首先,关闭2台CR之间的OSPF邻居关系,关闭CR至其中一台BRAS的OSPF邻居关系,由此引起城域网内OSPF协议重新收敛,导致CR到BRAS的下行流量中断。其次,由于CR与BRAS在前期均配置了ISIS协议,OSPF邻居关系被中断的业务流量由OSPF协议切换至ISIS协议,CR至BRAS间中断的下行流量被重新恢复,上行流量也依据ISIS学习的缺省路由正常转发。根据路由协议,业务中断时间将低于30 s。再次,BRAS上的用户路由和管理路由分别由BGP和ISIS协议承载,删除各设备的OSPF进程。最后,BRAS与CR设备删除OSPF协议。
通过分析路由协议和运营商应用情况,结合实际案例给出了城域数据网由OSPF协议向IBGP+ISIS协议转变的改造方案,对于其他省级运营商在路由协议更改方面提供参考。由于现有城域数据网已经承载了大量的家庭宽带、专线接入等业务,既有单挂城域网,又有双挂城域网的情况,实施过程中需要充分调研现有业务情况,通过城域数据网维护部门、各业务使用部门、集成商以及设备厂商协同配合,保障路由协议顺利完成切换。