如何用SDN/NFV技術打造云智能化的IP城域網？

目前隨著運營商FBB（固網寬帶）和MBB（移動寬帶）業(yè)務的融合發(fā)展，傳統(tǒng)電信固定業(yè)務城域網與無線業(yè)務承載網正向FMC（固定移動融合）演進。新業(yè)務尤其是視頻業(yè)務的快速發(fā)展和普及，導致網絡承載的流量迅速攀升，帶寬需求激增，業(yè)務部署更復雜。越來越多的運營商意識到網絡要簡化、扁平化，希望利用新技術降低CAPEX，簡化業(yè)務部署和運維流程。

黨中央、國務院高度重視5G、干兆光網建設和IPv6規(guī)?；渴?。2021年工業(yè)和信息化部貫徹落實黨中央、國務院決策部署，分別印發(fā)了《“雙干兆”網絡協(xié)同發(fā)展行動計劃(2021-2023年)》和《IPv6流量提升三年專項行動計劃(2021-2023年)》。

《“雙干兆”網絡協(xié)同發(fā)展行動計劃(2021-2023年)》指出，計劃用3年時間，基本建成全面覆蓋城市地區(qū)和有條件鄉(xiāng)鎮(zhèn)的“雙干兆”網絡基礎設施，實現固定和移動網絡普遍具備“干兆到戶”能力。5G和干兆光網用戶加快發(fā)展，高帶寬應用進一步融入生產生活，典型行業(yè)干兆應用模式形成示范等?！禝PV6流量提升三年專項行動計劃(2021-2023年)》以流量提升為主要目標，以提升用戶體驗、營造IPv6良好發(fā)展環(huán)境為出發(fā)點，堅持發(fā)展與安全并舉，聚焦問題、分類施策，從基礎設施、應用生態(tài)、終端、安全4個方面提出13項工作要求和任務舉措。在應用生態(tài)方面，重點提及推進IPv6網絡及應用創(chuàng)新，鼓勵各相關企業(yè)加大IPv6分段路由(SRv6)等“IPv6+”網絡技術創(chuàng)新力度，開展IPv6網絡和應用創(chuàng)新的規(guī)模商用。

傳統(tǒng)城域網承載方案

國內運營商的傳統(tǒng)城域網主要有兩張網：一是承載固定寬帶、IPTV/VOD電視、固定電話語音和政企大客戶專線等固網業(yè)務的IP城域網，二是承載2G/3G/4G/5G等移網業(yè)務回傳的IP承載網。如圖1所示，傳統(tǒng)IP城域網主要以FTTX組網(BRAS-OLT-ONU)作為主流光接入方案，承載家寬、固話、電視及政企專線等固網業(yè)務，而無線基站回傳網主要采用路由器IPRAN方案或PTN/SPN環(huán)網承載。

圖1 傳統(tǒng)城域網組網

除了上述IP城域網、IP承載網及政企專線等網絡獨立部署外，中國廣電部分省網還可能存在VOD承載網、DVB承載網等多張獨立部署的業(yè)務承載專網。隨著國家“雙干兆”及IPv6規(guī)?；渴鹜七M，大帶寬和新技術正在驅動傳統(tǒng)城域網進行迭代演進，而多網并存的架構勢必帶來網絡建設維護、升級改造的成本倍增，使得建網投資得不到充分利用。長期以來，傳統(tǒng)城域網面臨業(yè)務部署慢、上線周期長、流量調度難、靈活性缺乏、網絡管理手段少、運維管理難度大、網絡開放能力弱，以及無法適應業(yè)務對網絡的要求等問題。

同時，隨著5GC、CDN等邊緣計算方案下沉布局，城域網流量從城域外轉向城域內，流量模型由傳統(tǒng)的南北縱向為主，轉為南北縱向與東西橫向的全互聯流量模型。高清視頻、視頻直播、在線教育、元宇宙等業(yè)務提出大帶寬、低時延、高可靠的需求，新業(yè)務的發(fā)展對未來城域網提出了快速響應、靈活部署、差異部署、安全可靠等網絡要求。

運營商網絡演進路線

隨著5G商用以及產業(yè)互聯網的發(fā)展落地，云網融合已經是大勢所趨，未來所有業(yè)務和應用都將上云承載，云網一體化已成為不可阻擋的趨勢。云網一體化架構需要將應用、云計算、網絡及用戶聯通起來，提供一個端到端、完整、靈活、可擴展的新型城域網組網方案。同時，為了有效利用和保護建網投資，城域網多業(yè)務統(tǒng)一承載勢在必行，驅動傳統(tǒng)城域網必須集約化融合演進，實現存量網絡融合、多業(yè)務統(tǒng)一承載。

中國電信：向新型城域網綜合承載演進

從2020年開始，中國電信依托STN網絡向新型城域網Spine+Leaf架構演進，5G to C、5G to B、固網家寬業(yè)務及云專線業(yè)務后續(xù)由新型城域網綜合承載。5G STN承載網toC業(yè)務與聯通共建共享，解決廣覆蓋問題，降低投資壓力。

中國聯通：智能城域網架構，業(yè)務綜合承載

中國聯通針對家寬固網和5G to B以及云業(yè)務，在2021年末和2022年展開綜合承載試點。智能城域網設計目標新業(yè)務技術驅動網絡成本節(jié)約即綜合承載，一網多用，降低投資壓力。5G to C業(yè)務與中國電信共建共享，解決廣覆蓋的問題。

中國移動：3張網絡專網專用

中國移動以“業(yè)務極致體驗”為核心建網，3張網專網專用，分別承載云網、固網和移網3種業(yè)務。移動回傳SPN網絡為5G回傳定制化網絡，年投資近百億元，固網和專線業(yè)務無法完全復用承載，部署了定制化SR-TP隨道技術、FelxE網絡切片技術等。

IP城域網演進思路

隨著近些年數據中心、云計算、移動互聯網的快速發(fā)展，用戶除了基本上網需求外，對業(yè)務的豐富性和體驗感要求越來越高，但目前運營商主要還是提供網絡的互聯互通，網絡和業(yè)務基本上是割裂的，帶來了增量不增收、業(yè)務交付慢、競爭壓力大等問題。目前在5GC、中心云、邊緣計算等新業(yè)務帶來的承載技術要求驅動下，建議未來城域網的演進思路從用戶、流量、網絡、市場等現網多個維度的實際情況出發(fā)，分析省網IP城域網的業(yè)務現狀及發(fā)展趨勢，堅持以業(yè)務需求為驅動，以集約建設為原則，“開源節(jié)流”布局IP城域網的多業(yè)務融合和新技

術演進規(guī)劃，具體考慮因素如圖2所示。

圖2 集約化演進思路

IP城域網演進架構

面對當前云網融合的算力網絡發(fā)展和固移融合的全業(yè)務運營趨勢，對城域網進行重構與升級以滿足業(yè)務轉型需求，已經成為運營商的普遍共識。新一代城域網應具備以下網絡能力。

1. 網絡編程：基于用戶業(yè)務進行靈活的網絡定制編程。

2. 全局調度：管理系統(tǒng)基于整網流量進行調度和調整。

3. 開放網絡：打破傳統(tǒng)網絡設備封閉的管理控制方式，集約快速部署構建整個網絡。

4.智能運維：網絡接口開放，可支持開發(fā)豐富的運維應用，簡化運維和部署。

5.資源可視化：實時監(jiān)控網絡資源情況，實現整網資源可視化。

基于以上要求，國內運營商借鑒數據中心網絡已經成熟的無阻塞交換架構解決方案，啟動了以Spine-Leaf架構為核心的新型城域網演進工作。如圖3所示，新型城域網通過集中化部署網絡控制器，實現網絡的轉控分離、開發(fā)接口、業(yè)務編排、自動開通、網絡調優(yōu)、智能運維等功能；通過網絡重構實現家庭寬帶、固話語音、電視視頻等傳統(tǒng)固定網絡業(yè)務與4G、5G等無線基站回傳網移動業(yè)務的統(tǒng)一承載；通過S-Leaf接入中心云、邊緣云等云化業(yè)務場景。

圖3 IP城域網演進總體架構

IP城域網網絡規(guī)劃

新型城域網參考計算機網絡的設計思想，將城域網劃分為云網POP、城域網POD、城域網POD出口3個組成部分。云網節(jié)點POP部分通過S-Leaf節(jié)點接入中心云、邊緣云等相關云平臺業(yè)務；城域網POD主要采用Spine-Leaf網狀組網，通過A-Leaf接入固移融合業(yè)務；城域網POD出口通過B-Leaf接入廣電CBNET骨干網(可以考慮CBNET CE兼做B-Leaf)或第三方互聯網出口。

1.網絡分層規(guī)劃

目前部分省網城域網采用“中心一邊緣”的星型組網，隨著大帶寬業(yè)務的發(fā)展和多業(yè)務的融合承載，網絡流量的增加勢必對中心節(jié)點核心數通設備的接入能力帶來壓力，同時還要求底層的光傳輸資源進行中心到邊緣的多節(jié)點長距擴容。省網在新型城域網演進總體規(guī)劃上，可將傳統(tǒng)星型的兩級組網演變?yōu)椤昂诵囊粎R聚一接入”的三級組網，分層規(guī)劃如圖4所示。

圖4 三級組網的網絡層次規(guī)劃

● 出口網絡：包含CBNET骨干網和5G專網骨干網的PE設備，作為省網固網業(yè)務和移網業(yè)務的出口網絡。

● 核 心 層：包 含CBNET省網CE和5G專網CE。其中CBNET CE作為省網城域網固網業(yè)務的核心節(jié)點與國干出口網絡對接，同時可兼作新型城域網的出口B-Leaf節(jié)點；5GC專網CE作為省內5G移動業(yè)務的核心節(jié)點與5G專網PE對接。

● 匯聚層：每個片區(qū)匯聚點包含一對Spine節(jié)點路由器，作為省網城域P設備，接入各分公司Leaf節(jié)點、出口B-Leaf以及云網POP點S-Leaf。

● 接入層：各分公司A-Leaf及固網接入網、無線回傳網的接入環(huán)。

2. 片區(qū)匯聚規(guī)劃

新型城域網演進之前，建議提前規(guī)劃出若干個城域網POD，每個POD部署一對Spine節(jié)點作為片區(qū)匯聚點，實現整個POD業(yè)務流量的匯聚收斂。片區(qū)匯聚點不宜規(guī)劃過多，否則多POD的Spine節(jié)點會帶來與周邊的資管系統(tǒng)連接復雜、傳輸資源調整過大等問題，故建議在城域網演進初期先按1~2個片區(qū)匯聚進行規(guī)劃。重點結合省網傳輸資源情況，提前布局規(guī)劃片區(qū)匯聚點。在規(guī)劃片區(qū)匯聚點時應考慮以下幾點。

● 優(yōu)先選擇IT系統(tǒng)、中心云和出口平臺等就近的核心機房作為片區(qū)匯聚點，減少Spine到S-Leaf的傳輸資源投入。

● 結合傳輸環(huán)網情況，盡量選擇多個傳輸環(huán)網交叉點作為片區(qū)匯聚點，實現現網傳輸資源利舊覆蓋。

● 按每個POD方案容量規(guī)格進行片區(qū)規(guī)劃，優(yōu)先選擇用戶業(yè)務量較大的區(qū)域作為片區(qū)匯聚點。

3. 網絡冗余規(guī)劃

省網城域全網采用雙平面組網，提供網絡容災保護路徑，部署故障快速檢測機制，加速故障場景下相關網絡協(xié)議切換收斂。

● 骨干層：PE設備上下行采用口字型雙平面組網，實現出省流量的負載或主備方式保護。

● 匯聚層：Spine節(jié)點采用雙平面成對組網，通過口字型組網上行，V字型交叉接入云網POP點S-Leaf及接入層A-Leaf。

● 接入層：雙平面Leaf節(jié)點，通過V字型交叉接入邊緣云網POP；OLT雙上行V字型直連Leaf節(jié)點，5G to B自建基站通過接入環(huán)CSG接入A-Leaf節(jié)點。

4. BNG方案選擇

城域網BNG架構需要考慮當前網絡的實際部署情況與未來技術的演進方向。如圖5所示，目前城域網BNG部署方案主要可以分為以下幾種。

圖5 BNG方案部署規(guī)劃

● 硬件集中式部署：BRAS硬件設備集中化部署在核心機房，通過大二層網絡與接入網用戶通信，實現用戶的接入管理功能。

● 硬件分布式部署：BRAS硬件設備下沉部署到各區(qū)域或分公司接入機房，通過二層網絡與接入網用戶通信，實現用戶的接入管理功能。

● 轉控分離式部署：系統(tǒng)由vBRAS-CP及vBRAS UP組成，其中vBRAS-CP以云化方式部署在核心DC中心云上，負責用戶的控制與管理，包含用戶接入控制、用戶管理、認證授權計費、地址管理、UP管理等功能；vBRAS-UP部署在傳統(tǒng)的匯聚機房，負責數據報文的轉發(fā)，包含流量轉發(fā)、QoS、流量統(tǒng)計和動態(tài)路由協(xié)議等功能?？紤]CU分離式方案中CP控制器的成熟度和兼容性，推薦目前城 域網采用硬件分布式部署B(yǎng)NG方案，分公司A-Leaf設備兼作下沉式硬件BRAS，同時考慮硬件BRAS的技術支持特性，具備可向未來CU分離式演進的能力。

5. 業(yè)務融合承載

新型城域網在SRv6的基礎上通過多種VPN技術融合承載移動、固定和企業(yè)業(yè)務，降低了運營商的投資和運維成本，實現多業(yè)務的融合統(tǒng)一承載。傳統(tǒng)的家庭寬帶、VoIP固定語音、VOD及IPTV等固定網絡業(yè)務，政企大客戶專線業(yè)務，5G to C和5G to B專線專網等移動業(yè)務，以及云網融合業(yè)務均可就近接入新型城域網，實現省網城域網的多網融合，通過SRv6、EVPN等承載技術方案實現各業(yè)務間的網絡隔離、業(yè)務編排、差異化承載及智能運維。

IP城域網新技術介紹

結合新型城域網架構演進與產品技術迭代，諸如SRv6、FlexE、IFIT、BIERv6、APN6等“IPv6+”新技術可在城域網中得到部署和應用。

1. SRv6技術

SRv6是新一代IP承載協(xié)議，可以簡化并統(tǒng)一傳統(tǒng)的復雜網絡協(xié)議，是5G和云時代構建智能IP網絡的基礎。SRv6結合了Segment Routing的源路由優(yōu)勢和IPv6的簡潔易擴展特質，并且具有多重編程空間，符合SDN（Software Defined Network，軟件定義網絡）思想，是實現意圖驅動網絡的“利器”。

SRv6豐富的網絡編程能力能夠更好地滿足新的網絡業(yè)務需求，而其兼容 IPv6的特性也使得網絡業(yè)務部署更為簡便。SRv6不僅能夠打破云和網絡的邊界，使運營商網絡避免被“管道化”，將網絡延伸到用戶終端，更多地分享信息時代的“紅利”，還可以幫助運營商快速發(fā)展智能云網，實現應用級的 SLA 保障，使千行百業(yè)廣泛受益。

SRv6的技術價值：簡化網絡協(xié)議，促進云網融合，兼容存量網絡，提升跨域體驗，敏捷開通業(yè)務。

2.FlexE網絡切片

網絡切片是5G和云時代運營商網絡中新引入的服務模式，運營商將基于一套共享的網絡基礎設施，為多租戶提供不同的網絡切片服務，滿足不同行業(yè)的差異化網絡需求，各垂直行業(yè)用戶將以切片租戶的形式來使用網絡。IP網絡切片實現架構整體上可以劃分為3個層次，即網絡切片管理層、網絡切片實例層和網絡基礎設施層。

網絡切片技術價值：實現資源隔離與網絡安全，差異化SLA保障，極高可靠性保障，靈活定制拓撲連接，自動化切片管理。

3.隨流檢測

IFIT(In-situFlow Information Telemetry,隨流檢測)是一種通過對網絡真實業(yè)務流進行特征標記，以直接檢測網絡的時延、丟包、抖動等性能指標的檢測技術。隨著移動承載、專網專線以及云網架構的快速發(fā)展，承載網面臨著超大帶寬、海量連接及高可靠低時延等新需求與新挑戰(zhàn)。IFIT通過在真實業(yè)務報文中插入IFIT報文頭進行性能檢測，并采用Telemetry技術實時上送檢測數據，最終通過可視化界面直觀地向用戶呈現逐包或逐流的性能指標。IFIT可以顯著提高網絡運維及性能監(jiān)控的及時性和有效性，保障SLA可承諾，為實現智能運維奠定堅實基礎。

IFIT技術價值：高精度多維度檢測真實業(yè)務質量，靈活適配大規(guī)模多類型業(yè)務場景，提供可視化的運維界面，構建閉環(huán)的智能運維系統(tǒng)。

4.?BIERv6組播

BIERv6 (Bit Index Explicit Replcation IPv6 ?encapsulation，IPv6封裝的比特索引顯式復制)是一種新型組播方案。BIERv6將組播報文目的節(jié)點的集合以比特串(BitString)的方式封裝在報文頭部發(fā)送，從而使網絡中間節(jié)點無需為每一條組播流建立組播分發(fā)樹和保存流狀態(tài)，僅需根據報文頭部的比特串完成復制轉發(fā)。BIERv6將BIER與Native IPv6報文轉發(fā)相結合，不需要顯式建立組播樹，也不需要在中間節(jié)點維護每條組播流狀態(tài)，可以無縫融入SRv6網絡，簡化了協(xié)議復雜度。BIERv6可以高效承載IPTV、視頻會議、遠程教育、遠程醫(yī)療、在線直播等組播業(yè)務。

BIERv6技術價值：網絡協(xié)議簡化，部署運維簡單，網絡可靠性高。

5.APN6技術

APN6(應用感知的IPv6網絡，Application-awareIPv6 Networking)利用IPv6報文自帶的可編程空間，將應用信息(標識和/或網絡性能需求)攜帶進入網絡，使能網絡感知應用及其需求，進而為其提供精細的網絡服務和精準的網絡運維。APN6網絡架構中的組件包含應用端側/云側設備、網絡邊緣設備、網絡策略執(zhí)行設備(頭節(jié)點、中間節(jié)點、尾節(jié)點)、控制器。

APN6技術價值：精細應用可視直觀的特征畫像；精細應用導流，敏捷的自動選路；精細應用測量，智能的網絡運維；精細應用調優(yōu)，VMP的性能看護。

結語

IP技術歷經近20年發(fā)展，IP城域網的部署方案日趨成熟，固移融合和云網融合將構成下一代綜合承載網絡的基礎，這一趨勢將越來越明顯。為滿足移動和固定網絡業(yè)務需求的不斷增長、降低投資和運營成本，移動網絡與固定網絡的融合勢在必行。融合后的新型城域網滿足多業(yè)務統(tǒng)一承載的需求，包括移動業(yè)務、固定業(yè)務和企業(yè)專線業(yè)務。

新城城域網以軟件定義網絡實現了一個全新的網絡架構，基于集中式控制、控制和轉發(fā)分離、標準接口的開放等核心理念，以層次化網絡結構，借助SRv6、FlexE等“IPv6+”新技術的應用，構筑面向未來新業(yè)務的融合承載網絡。

*本文刊載于《通信世界》總第920期 2023年5月25日 第10期

原文標題：《IP城域網演進思考》

作者：中國廣電重慶網絡股份有限公司 歐代偉

責編/版式：王鶴迦

審核：舒文瓊

監(jiān)制：劉啟誠