城域數(shù)據(jù)網(wǎng)路由策略優(yōu)化調(diào)整

廖尚金，黃偉程，趙鋒利

（華信咨詢設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310006）

1 項目背景

物聯(lián)網(wǎng)、云計算、高清視頻以及4G/5G等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展極大地推動了用戶帶寬需求的增長，目前運營商正在大力發(fā)展家庭寬帶、交互式網(wǎng)絡(luò)電視（Interactive Personality TV，IPTV）等業(yè)務(wù)。根據(jù)國內(nèi)某省運營商網(wǎng)管數(shù)據(jù)統(tǒng)計，用戶流量呈現(xiàn)快速發(fā)展的趨勢，城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的路由策略至關(guān)重要，選擇適合當(dāng)前城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的路由策略可以更好地支撐家庭寬帶、集客專線業(yè)務(wù)發(fā)展，方便城域網(wǎng)的運行維護[1-3]。

2 城域數(shù)據(jù)網(wǎng)路由現(xiàn)狀

城域數(shù)據(jù)網(wǎng)主要承載家庭寬帶互聯(lián)網(wǎng)訪問、IPTV、WLAN以及集客專線等業(yè)務(wù)，這些業(yè)務(wù)對安全性、時延及服務(wù)質(zhì)量（Quality of Service，QoS）的要求普遍不高，網(wǎng)絡(luò)具有較高的開放性。當(dāng)前，城域數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 城域數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

省級城域數(shù)據(jù)網(wǎng)的層級清晰，主要包括骨干網(wǎng)、省網(wǎng)以及城域網(wǎng)。核心層作為全國骨干網(wǎng)，在本省的落地點負責(zé)疏通本省流量至全國其他節(jié)點。省網(wǎng)層由省網(wǎng)核心節(jié)點和城域網(wǎng)2層組成，其中省網(wǎng)核心節(jié)點PB負責(zé)本省業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的匯總轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）等內(nèi)容中心互通；城域網(wǎng)核心路由器（Core Router，CR）承載各業(yè)務(wù)接入控制層之間的互訪，實現(xiàn)與本地區(qū)IPTV節(jié)點互通[4]。業(yè)務(wù)控制層主要由寬帶接入服務(wù)器（Broadband Remote Access Server，BRAS）組成，承載撥號、靜態(tài)專線、3層專線等寬帶互聯(lián)網(wǎng)公眾業(yè)務(wù)接入控制。匯聚交換機作為集客專線接入和光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）業(yè)務(wù)的匯聚節(jié)點，與業(yè)務(wù)控制層互通。

某省數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)作為一個獨立的自治域，采用外部邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（External Border Gateway Protocol，EBGP）與骨干網(wǎng)對接，省網(wǎng)核心節(jié)點PB兼作路由反射器（Route Reflector，RR）與各地市出口路由器建立內(nèi)部邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Internal Border Gateway Protocol，IBGP）鄰居關(guān)系[5]。CR與BRAS間運行開放式最短路徑優(yōu)先（Open Shortest Path First，OSPF）協(xié)議承載業(yè)務(wù)路由與管理路由，CR和BRAS的端口均運行在area0區(qū)域內(nèi)并建立鄰居關(guān)系，城域數(shù)據(jù)網(wǎng)路由現(xiàn)狀如圖2所示。

圖2 城域數(shù)據(jù)網(wǎng)路由現(xiàn)狀

3 優(yōu)化調(diào)整方案

3.1 路由協(xié)議對比與選擇

目前，運營商城域數(shù)據(jù)網(wǎng)內(nèi)常用的內(nèi)部網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Interior Gateway Protocol，IGP）主要包括OSPF、中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)（Intermediate System to Intermediate System，ISIS）。IGP與邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（Border Gateway Protocol，BGP）分別屬于域內(nèi)協(xié)議和域間協(xié)議，能夠?qū)崿F(xiàn)路由信息的交換、學(xué)習(xí)，最終將用戶數(shù)據(jù)送達目的地[6]。

BGP一般用于運營商、教育網(wǎng)等大型網(wǎng)絡(luò)，可以容納的路由信息更多。BGP實現(xiàn)路由轉(zhuǎn)發(fā)需要以IGP作為其底層的通信依據(jù)，在可靠的傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）基礎(chǔ)上建立。IGP協(xié)議存儲的路由條目量有限，如OSPF協(xié)議最多只能容納10 000條路由。IGP重點是對路由的學(xué)習(xí)與交換，如發(fā)現(xiàn)路由路徑等。而BGP協(xié)議主要是控制路由的傳播并進行路徑選擇，因此BGP擁有更加豐富的選路策略，便于維護人員控制流量流向。

IGP協(xié)議中，OSPF與ISIS協(xié)議均屬于鏈路狀態(tài)路由協(xié)議，2種協(xié)議在路由發(fā)現(xiàn)、泛洪及路由算法上有很多相似之處[7]。ISIS協(xié)議域內(nèi)容納的路由器數(shù)量更多，在區(qū)域擴展性、性能消耗、收斂速度以及可承載路由條目數(shù)等方面均優(yōu)于OSPF。ISIS協(xié)議更適合運營商級網(wǎng)絡(luò)，OSPF更適合企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)。云業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)初期使用OSPF協(xié)議較多，隨著網(wǎng)絡(luò)流量和網(wǎng)元逐漸增加，后期由OSPF協(xié)議向ISIS協(xié)議演進，成為更多自治域內(nèi)路由協(xié)議的演進方向。

目前，通信運營商的數(shù)據(jù)承載網(wǎng)普遍在核心層域內(nèi)采用ISIS協(xié)議，在域間采用BGP協(xié)議的路由策略，其中ISIS協(xié)議作為設(shè)備的管理路由承載管理流量，BGP協(xié)議作為業(yè)務(wù)路由承載業(yè)務(wù)流量。

3.2 ISIS協(xié)議規(guī)劃

現(xiàn)網(wǎng)PB、CR及BRAS設(shè)備全部啟用ISIS協(xié)議，設(shè)備全部運行在Level-2區(qū)域內(nèi)，IPTV出口路由器、IDC出口路由器等設(shè)備采用靜態(tài)路由協(xié)議與CR對接。將城域網(wǎng)ISIS實例名稱全部定義為1，將路由器間的互聯(lián)端口類型配置為廣播類型，采用30位掩碼，配置ISIS網(wǎng)絡(luò)為點對點（Point to Point，P2P）模式，不發(fā)送廣播包，從而減少分層服務(wù)提供者（Layered Service Provider，LSP）的泛洪[8]。

本次ISIS協(xié)議的metric值不使用默認計算值，規(guī)劃設(shè)置同一網(wǎng)絡(luò)層級設(shè)備互聯(lián)的metric值應(yīng)小于不同網(wǎng)絡(luò)層級的值。除特殊情況外，2臺CR設(shè)備的互聯(lián)流量禁止由BRAS互聯(lián)間鏈路承載。

3.3 BGP協(xié)議規(guī)劃

沿用現(xiàn)有的自治系統(tǒng)（Autonomous System，AS）號，城域網(wǎng)CR作為省核心節(jié)點PB的路由反射器客戶端，建立IBGP對等體關(guān)系。城域網(wǎng)內(nèi)業(yè)務(wù)控制作為城域網(wǎng)核心路由器的路由反射器客戶端，建立IBGP對等體關(guān)系[9]。為了簡化現(xiàn)有路由器的BGP配置，當(dāng)同樣的路由策略應(yīng)用于多個BGP對端時，將對端指定為一個對等組。本次規(guī)劃的PG組如表1所示。

表1 PG組規(guī)劃

CR在路由傳遞時進行一次路由整理，并復(fù)制分發(fā)至路由反射器組成員。BRAS設(shè)備分別與兩個出口CR通過Loopback0建立IBGP會話，實現(xiàn)IBGP會話冗余。為了避免對現(xiàn)有城域網(wǎng)業(yè)務(wù)造成影響，省網(wǎng)PB、CR及城域網(wǎng)BRAS設(shè)備關(guān)閉BGP同步和自動匯總功能。CR對BRAS只下發(fā)缺省路由，其余路由不發(fā)布，而BRAS對CR下發(fā)的路由不進行過濾[10]。

BGP路由宣告原則如下：當(dāng)能夠匯總用戶路由時，使用靜態(tài)路由指向的方式發(fā)布；當(dāng)無法匯總用戶路由時，使用重分發(fā)直連、靜態(tài)路由的方式將用戶路由重新發(fā)布并適當(dāng)過濾。

方案實施后，業(yè)務(wù)流量流向變化如下。

（1）城域網(wǎng)入方向。方案實施前，BRAS至CR的回程流量均通過發(fā)布粗細路由的方式實現(xiàn)返回城域網(wǎng)的流量均衡。方案實施后，CR學(xué)習(xí)到的用戶路由的下一跳通常為設(shè)備Loopback0主機地址，當(dāng)省網(wǎng)核心節(jié)點PB的流量到達城域網(wǎng)核心節(jié)點CR時，CR通過遞歸查找ISIS路由找到下一跳的地址，基本不會影響城域網(wǎng)入方向的流量。

（2）城域網(wǎng)出方向。方案實施前，BRAS通過OSPF默認路由疏通城域網(wǎng)流量至CR。方案實施后，BRAS通過ISIS默認路由疏通城域網(wǎng)流量至CR，下發(fā)默認路由的路由協(xié)議進行了更改，城域網(wǎng)出方向的流量基本不會發(fā)生變化。

4 實施方案

4.1 預(yù)配置

4.1.1 管理路由

CR與BRAS全部采用ISIS作為管理路由，設(shè)備全部設(shè)置在Level-2層。由于現(xiàn)網(wǎng)CR與BRAS間以O(shè)SPF作為管理路由，在啟用ISIS路由時，需要將ISIS協(xié)議的Metric值調(diào)整為大于現(xiàn)有OSPF協(xié)議的Metric值，以降低對現(xiàn)網(wǎng)的影響。

4.1.2 業(yè)務(wù)路由

全省各地市CR及BRAS均運行IBGP協(xié)議，CR兼作本地城域網(wǎng)路由反射器，BRAS作為客戶端。目前，CR與BRAS間運行OSPF協(xié)議作為業(yè)務(wù)路由，需要將IBGP的Metric值調(diào)整為大于現(xiàn)有OSPF協(xié)議的Metric值，以降低對現(xiàn)網(wǎng)的影響。

4.2 將用戶路由導(dǎo)入至IBGP協(xié)議

將BRAS設(shè)備上生成的的聚合網(wǎng)段導(dǎo)入IBGP表，IBGP的Metric值大于現(xiàn)有OSPF協(xié)議的Metric值，因此CR的IBGP表中的用戶路由不會被優(yōu)先選中。

4.3 將BRAS設(shè)備中的用戶路由調(diào)整為IBGP協(xié)議

該部分是路由優(yōu)化的關(guān)鍵步驟，切換現(xiàn)有路由架構(gòu)至新架構(gòu)共有2種方案。方案一是修改OSPF的管理距離超過ISIS+BGP的管理距離，整體路由承載方式由OSPF切換為ISIS+BGP；方案二是中斷原有CR至BRAS之間的OSPF連接，強行進行網(wǎng)絡(luò)3層路由收斂，收斂后可正常切換至ISIS+BGP。路由切換方案對比如表2所示。

表2 路由切換方案對比

本次采用方案二進行用戶業(yè)務(wù)路由切換。首先，關(guān)閉2臺CR之間的OSPF鄰居關(guān)系，關(guān)閉CR至其中一臺BRAS的OSPF鄰居關(guān)系，由此引起城域網(wǎng)內(nèi)OSPF協(xié)議重新收斂，導(dǎo)致CR到BRAS的下行流量中斷。其次，由于CR與BRAS在前期均配置了ISIS協(xié)議，OSPF鄰居關(guān)系被中斷的業(yè)務(wù)流量由OSPF協(xié)議切換至ISIS協(xié)議，CR至BRAS間中斷的下行流量被重新恢復(fù)，上行流量也依據(jù)ISIS學(xué)習(xí)的缺省路由正常轉(zhuǎn)發(fā)。根據(jù)路由協(xié)議，業(yè)務(wù)中斷時間將低于30 s。再次，BRAS上的用戶路由和管理路由分別由BGP和ISIS協(xié)議承載，刪除各設(shè)備的OSPF進程。最后，BRAS與CR設(shè)備刪除OSPF協(xié)議。

5 結(jié) 論

通過分析路由協(xié)議和運營商應(yīng)用情況，結(jié)合實際案例給出了城域數(shù)據(jù)網(wǎng)由OSPF協(xié)議向IBGP+ISIS協(xié)議轉(zhuǎn)變的改造方案，對于其他省級運營商在路由協(xié)議更改方面提供參考。由于現(xiàn)有城域數(shù)據(jù)網(wǎng)已經(jīng)承載了大量的家庭寬帶、專線接入等業(yè)務(wù)，既有單掛城域網(wǎng)，又有雙掛城域網(wǎng)的情況，實施過程中需要充分調(diào)研現(xiàn)有業(yè)務(wù)情況，通過城域數(shù)據(jù)網(wǎng)維護部門、各業(yè)務(wù)使用部門、集成商以及設(shè)備廠商協(xié)同配合，保障路由協(xié)議順利完成切換。