面向云時代的新型城域網組網方案

白月維，何二朝,2，王 葆,2，初彥萍,2

（1.河北電信設計咨詢有限公司，河北 石家莊 050021；2.石家莊市寬帶接入與傳送網絡優化技術創新中心，河北 石家莊 050021）

0 引 言

在云時代，互聯網和物聯網獲得了高速發展，運營商業務的多樣性越來越凸顯，既有面向個人消費者的互聯網業務，也有面向垂直行業的虛擬專網業務，還有面向社會治理的公共業務，這些業務在流量、時延、可靠性以及安全上表現出極大的差異。隨著云業務的發展，接入節點的數量將成百上千倍地增長，要求用戶流量就近入云[1]。

城域網（Metropolitan Area Network，MAN）面向接入云、邊緣云、本地云、骨干IP承載網、區域云等多個子網絡，傳統城域網根據業務和客戶要求，主要采用了兩層專線、兩層多點VPN、3層虛擬專用網絡（Virtual Private Network，VPN）等不同技術完成網絡對接。傳統“煙囪式”的建設模式對業務的開通、維護、創新帶來巨大挑戰，具體表現為網絡復雜、維護成本高、業務時延長、業務對接難等，同時也導致骨干網絡中過多的流量迂回和大量的背靠背端口浪費等問題[1]。

在此背景下，運營商提出構建以DC為核心的綜合承載的新型智能城域網，實現以高效、動態的方式連接城域內大量的接入節點[2]。新型智能城域網通過簡化架構，引入和推廣簡化的網絡設備，既有助于提升流量疏導能力，也有助于實現業務快速創新和用戶體驗有效提升。

1 智能城域網新技術

云網一體要求將網絡與云協調起來，為用戶提供端到端、完整、靈活、可擴展的技術方案，網絡按照云的要求提供資源，要求智能城域網具有敏捷、智能、高效、開放這幾個特征才能適應業務發展[3]。智能城域網面向云業務，引入新的底層傳送技術分段路由（Segmented Routing，SR）、統一的業務承載技術EVPN和集中式的軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN ）控制器等，實現了對4/5G、家庭寬帶、政企等多種業務的綜合承載。

1.1 SR分段路由

SR是一種新型路由技術，將網絡任意兩節點的路徑劃為一段，由一個SID（Segment ID）標識。SR是一種源路由機制，只需在Ingress節點維持Per-flow的狀態而無需在中間節點或尾節點來維持Per-flow的狀態。SR還具有網絡協議簡化、流量調度能力強、故障恢復速度快等優點，并得到運營商和多數設備商的支持[2]。

1.2 EVPN專網

下一代全業務承載虛擬專用網絡（Ethernet Virtual Private Network，EVPN）采用控制與轉發分離思路，引入了控制面，利用邊界網關協議（Border Gateway Protocol，BGP）擴展協議來傳遞媒體存取控制（Media Access Control，MAC）信息。EVPN基于MP-BGP，定義了一系列新的BGP EVPN路由類型，從而使EVPN網絡中的不同站點間可以相互學習MAC地址信息。EVPN可以實現兩層專線、兩層多點VPN和3層VPN等多種形態的統一承載，從而大幅降低網絡協議的復雜度，這有利于“網絡即服務”的實現。

1.3 SDN控制器

軟件定義網絡（Software Defined Networking ，SDN）是一種新型的網絡架構，將網絡的控制平面與數據平面分離，構建邏輯上集中式的控制平面，這樣使網絡可編程、易管理，有利于資源的統一調度，實現確定性訪問。

SDN控制器通過北向接口為政企、移動等業務切片提供能力開放和自動化編排，通過南向接口將業務需求轉化為設備配置方案下發到單一或多廠家的物理或虛擬化網元[5]。

2 智能城域網網絡架構

新型城域網基于云網融合和SDN理念，借鑒了數據中心的Spine-Leaf架構，采用“核心（MCR）+匯聚（MER）+接入（MAR）”3級簡化架構，如圖1所示，實現通信云、移動業務、政企大客戶接入以及家寬等業務的綜合承載[6]。

圖1 智能城域網組網目標架構示意圖

相較于傳統城域網和本地傳送網，新型城域網架構具有如下優勢。

（1）簡化信令和協議。傳送層面采用端到端SR技術，業務層面采用端到端L3VPN/EVPN技術，不同業務的承載不再像傳統城域網那樣進行多段不同技術的拼接，所有業務終結點之間直接打通，為業務開通和維護帶來更多便利。

（2）統一調度資源。 新型城域網引入SDN控制器和編排器，實現了全網資源的統一調度，解決了跨域和端到端調度等難題，這將降低網絡時延，提升用戶體驗。

（3）降低建網成本。新型城域網減少了不同子網絡間的背靠背設備和骨干鏈路迂回，增加了東西流量，減少了南北流量，這將降低核心側路由器端口的利用率，從而減少網絡投資。

3 帶寬需求模型

3.1 智能城域網核心設備

結合通信云DC及各類業務規劃情況，確定核心設備的下行端口需求以及跨網互通端口需求。

（1）下行端口需求：根據DC的業務覆蓋范圍，獲得相應范圍內的匯聚設備上行端口需求即核心設備下行端口需求。

（2）東西端口需求：根據DC間流量規劃需求，結合帶寬利用率計算東西流量端口需求。

（3）跨網互通端口需求：應根據DC的業務覆蓋范圍及相應的業務流量出網需求結合帶寬利用率計算到他網的互通端口需求。

3.2 智能城域網匯聚設備

結合覆蓋、匯聚機房、通信云DC及各類業務規劃布局情況，確定各類匯聚設備臺數和相應的業務類下行端口需求，再根據流量流向計算上行流量結合利用率指標計算上行端口數。

（1）5G基站接入上行需求：接入環路數量×環路速率，綜合接入環根據流量測算結果可選擇10GE/50GE組網。

（2）大客戶業務端口需求：來自大客戶業務端口規劃需求。

（3）通信云Leaf下行端口需求：根據DC服務器數量及其端口配置，計算總端口需求，按照模型獲得Leaf數量和相應的下行端口需求。

（4）上行端口需求：根據流量流向需求結合帶寬利用率指標計算上行端口數。

按照單基站均值流量及分層流量收斂比分別計算匯聚設備上聯以及核心設備至5GC的預測流量。

匯聚區匯聚設備上聯鏈路業務流量=本匯聚區5G基站數×均值流量×收斂比。

核心設備至5GC流量=本業務區5G基站總數×均值流量×收斂比。

4 網絡配置方案

4.1 自治域劃分

自治系統（Autonomous System，AS）號與現有IPRAN保持一致。

4.2 IGP/SR部署情況

內部網關協議（Internal Gateway Protocol，IGP）層次化部署，智能承載網與接入層均部署中間系統到中間系統（Intermediate System to Intermediate System，ISIS）協議，智能承載網核心設備、匯聚設備部署在同一個ISIS進程內，采用Level 2。接入環采用ISIS多進程，每個接入環（或接入鏈）部署一個ISIS進程，與核心匯聚層實現路由隔離。

4.2.1 匯聚及接入協議配置

智能城域匯聚設備成對建設，每個接入環（或接入鏈）一個ISIS進程，開啟ISIS Level-2，進程號從1作為起始值，并在此基礎上逐一遞增。

每個接入環對應智能城域網匯聚設備間一對子接口，建議子接口編號和ISIS進程號保持一致。

同一對匯聚設備下不同接入環分屬于不同進程，進程間的路由應相互屏蔽，特殊場景下，接入環上還有二級接入環以及掛環的支鏈設備應屬于同一進程。

智能城域網匯聚設備把自己的環回口前綴路由引入接入環ISIS進程。

4.2.2 匯聚及核心協議配置

智能城域網核心設備、匯聚設備等配置在相同的ISIS域，核心-核心、核心-匯聚、匯聚-匯聚等互聯鏈路統一開啟ISIS Level-2。

匯聚設備接口開啟N+1個子接口（N為接入環數量），面向接入側的N個子接口分別與N個一級接入環屬于同一接入ISIS進程，面向核心側的子接口與智能城域網核心設備同屬于一個ISIS進程。

4.3 SR/EVPN協議配置

智能城域網端到端支持并部署SR/EVPN協議，4/5G回傳等3層業務采用SR+L3VPN方案實現，政企和家寬等兩層業務采用SR/SR-TE+EVPN方案實現，對于跨域SR對接，采用Option A技術方案。

4.4 QoS規劃

為保證業務帶寬及服務質量，不同業務打上不同的服務質量（Quality of Service，QoS）優先級標識，根據優先級的標識匹配不同的QoS策略。在智能城域網中，對于各類業務的QoS規劃如表1所示。

表1 各類業務的QoS規劃

4.5 切片配置

3層多點到多點業務使用BGP L3VPN進行業務隔離，二層多點到多點業務使用兩層EVPN進行業務隔離，二層點到點業務使用EVPN VPWS進行業務隔離。通過SR-TE技術實現不同業務切片的路徑編排。

5 結 論

云時代的到來，加快了網絡向“云為中心，網隨云動，云網融合”轉型。新型智能城域網將顛覆傳統技術體系架構和商業模式，通過綜合承載簡化網絡結構，通過SDN新技術實現全網資源的統一調度，這些技術手段適應了新業務的發展，為5G時代城域網架構的演進奠定了基礎。