基于城域網的大客戶IP專線網速優化研究

楊 燁

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

得益于專線網絡技術的不斷進步，我國各個企業、機構在對內以及對外通信活動中獲得了更優質的體驗，這一轉變在促進我國互聯網技術快速發展的同時，也為我國的社會經濟整體發展做出了斐然的貢獻。然而隨著專線網絡規模的不斷擴大、相關設施設備的復雜變化，都導致了專線網絡運營效率的下跌。如若不能夠對大客戶IP網絡專線進行優化，則有可能對數據專線乃至整體網絡的運行效率造成消極影響。由此，基于城域網大客戶IP專線的網速優化研究，已經成為了現階段運營網絡領域專家學者、技術人員的工作重點。

1 城域網與IP專線

1.1 城域網的構成

城域網（Metropolitan Area Network，MAN）通常是指建立在某一城市、區域中的計算機通信網絡，其應用主要包含分組傳送網（Packet Transport Network，PTN）/光 纖 線 路 終 端（Optical Line Termination，OLT）/光傳送網（Optical Transport Network，OTN）等網絡技術，在城市范圍中借助光纖進行網絡傳輸的寬帶局域網已經成為現階段MAN最典型、主流的應用方案。該方案能夠為網絡用戶提供數據、音頻、視頻、圖像等多元化的服務，是多媒體通信網絡的重要組成部分。寬帶局域網可以在不同情境、需求之下有效解決不同機構、企業、用戶的特殊化通信需求，如政府單位、建筑企業、金融企業、教育機構等[1]。近些年來，隨著互聯網用戶的規模化、復雜化發展，其對專線網絡的通信質量與效率提出了更高的要求，為滿足用戶的切實需求，我國互聯網行業也在不斷完善、優化寬帶局域網，為廣大用戶謀求更高質量的互聯網使用。。

MAN的整體結構細分開來主要可以分為核心層、匯聚層以及接入層3個層次。

（1）核心層主要負責為相關業務提供高寬帶的承載與傳輸，以達成與既有網絡（如異步傳輸模式（Asynohronous Transfer Mode，ATM）、幀中繼（Frame Relay，FR）、數字數據網絡（Digital Data Network，DDN）、IP的互相聯通。核心層最顯著的特征與優勢便在于其極強的寬帶傳輸性與高速調度。

（2）匯聚層用于為業務接入節點傳輸用戶業務數據，同時提供相關數據的匯總與分類發放處理，亦可以在有需要的情況下實現不同業務服務等級的細分工作。

（3）接入層會整合多種接入技術，對目標用戶提供專業性、高效性的寬帶與業務分配服務，進而實現不同用戶的穩定介入，確保接入節點能夠高效率、高質量地完成多元業務的傳輸與復用[2]。

MAN結構如圖1所示。

圖1 MAN結構

1.2 MAN的用途

MAN具有投入設備簡單、技術先進、應用范圍廣泛等有優勢，使其能夠與線上教學、遠程醫療、遠程金融等各項工作達成完美的配合。基于網絡信息瀏覽而言，MAN可以充分發揮寬帶IP網頻寬、信息傳輸速度快等優勢，滿足用戶對互聯網的大部分向往與需求，包括即時視頻通話、網絡購物、高速下載、虛擬現實（Virtual Reality，VR）等各項基礎服務，其網絡端口速度早已超越1G，并且正向著越來越快的目標發展；視頻點播亦屬于MAN的主要用途之一，該功能可以滿足用戶在不同時間、不同空間進行視頻瀏覽的需求，其主要運用到了Web瀏覽器等技術載體；線上教學主要運用到了數字處理與寬帶通信等相關方面的技術，其能夠滿足學生、教師與家長在相隔數百千米的情況下進行即時交流、互動的需求。遠程醫療、遠程金融等相關遠程服務與線上教學的原理基本相似，都是基于城域網的傳輸優勢去突破空間與時間的限制，利用寬帶網等產品、技術等實現圖像、文字、視頻、音頻等眾多信息的高速傳遞。不同領域的工作人員能夠通過連接寬帶的方式與其合作伙伴、同事、目標客戶等達成實時溝通，同時也可以利用Internet進行工作信息的查詢與傳遞[3]。

1.3 IP專線簡述

IP專線是指移動通信運營商基于我國骨干網以及寬帶MAN等資源，為相關企業、機構、事業單位等具有較高數據接入需求的團體所提供的專線接入方式。相較于公共網絡線路、資源而言，IP專線能夠為相關客戶提供更優質、專業的網絡服務，全面滿足對內、對外的通信需求[4]。IP專線是具備最短網絡路徑互聯、顆粒度靈活、服務水平協議（Service Level Agreement，SLA）可視等多元優勢的一種專線技術，同時也是為助力運營廠打造差異化優勢的一種技術解決、優化方案，其憑借PTN、OLT、OTN等相關技術，不僅能夠大幅度降低專線對中間網絡的技術要求，促進供應商加強對現有網絡資源的掌控，進而以最快的速度落實IP專線的建設，在提升運營商市場競爭力的同時促進企業運行質量的進步。面向對SLA可靠性要求更高、預算更高的專線用戶而言，其通常會選擇PTN/OTN承載方案，同時會為光纜接入線路配置2個以上的路由器，以獲取更穩定的網絡使用感受。IP互聯網專線能夠實現全網絡范圍、網絡資源的可視化目標，依照企業的切實需求保障其專線SLA，促進運營商在現有質量的基礎上，持續性地為相關企業提供更高質量的IP專線服務，IP專線系統結構如圖2所示。

圖2 IP專線結構

2 基于城域網的大客戶IP專線網速優化需求

2.1 設備類型激增提升網絡復雜性，亟需提速

以某地的網絡通信數據專線網發展歷程為例，該專線網在成立之初僅具備DDN這一項網絡業務，而承載這一業務的也僅有DXC與MUX這2種設備。但隨著網絡技術與用戶需求的不斷發展，數據專線又陸續增加了FR、ATM等多項業務，仍處于不斷完善、增長的趨勢。網絡業務的大規模發展，進一步加劇了承載設備、傳輸設備數量、型號的復雜化轉變，而愈發復雜的網絡環境則意味著更嚴峻、困難的運維，在網絡故障頻發的情況下，維護與修改技術卻并未升級，進而在一定程度上導致了大客戶IP專線網速下降的問題[5]。

2.2 網絡維護難度大，需要優化

愈發復雜的業務種類以及不斷擴張的網絡容量已經對大客戶IP專線的運行質量造成了一定打擊，業內工作人員需要明確完善網絡管理機制、優化網絡管理技術的重要性。但現階段的MAN內的DDN維護系統仍舊缺少足夠專業、完善的維護終端，同時僅有的終端設備中也或多或少地存在業務精準性不足、全面性不足等現實問題，進而對大客戶IP專線的運維工作造成一定的消極影響[6]。

2.3 子網間電路安全性有待提高

我國疆域遼闊，數據網絡運營商作為服務于全國用戶的機構，擁有著大量的數據網絡資源。為全面掌握、管理好相關資源，運營商通常會采取分層管理的方式，即根據區域劃分將網絡分為國內網絡與國際網，再將國際網細分為骨干網、省級網絡、MAN以及接入網。其中國內網絡與國際網絡相互連接，而骨干網絡與MAN相互串聯。以此為基礎，在網絡發生故障的情況下，如若是發生在單個子網內部，相關工作人員還能夠以較快的速度探尋到網絡故障的誘發原因以及具體位置。倘若是發生在2個子網相互連接的部分抑或是網絡邊界之上，便較難判斷其故障類型，同時也無法以更簡便的方法分析其位置、誘因與解決方法。這一問題不僅會對運維人員的工作效率、工作質量等造成影響，同時也會對整體大客戶IP專線的網絡穩定性、傳輸即時性等造成負面影響，甚至在長時間無法判斷病因并妥善解決的情況下，還會引發專線網絡的崩潰。由此，需有意識地提升子網間電路的穩定性與安全性，以預防網絡邊緣與子網連接處出現故障，從而促進專線網絡的穩定、高效運行[7]。

3 基于城域網大客戶IP專線網速優化方法

3.1 順應整合趨勢，逐步替換設備

基于需求層面出發，大客戶IP專線在誕生之初便被要求能夠包容其所服務單位的各項業務。不同企業、機構在自我升級、發展的過程中，其對專線網的使用需求、應用范圍也是會隨著企業業務的變化而有所轉變的。在此情況下，單一的城域網技術無法承載企業業務的多元發展，而更多的技術與設備等也會造成機房中心、城域網的負擔過重，從而減緩專線網的網速。以DDN、ATM以及FR3種技術為例，如果這3種技術分別運用于同一專線網絡的不同業務范圍內，勢必會引起網絡復雜化的問題，進而在一定程度上提升專線網絡發生故障的概率。因此需要有效整合不同技術的優勢，并做到摒棄、消減不同技術的缺陷，使各種業務都能夠在IP專線核心網絡中得到快速解決。再以上述3種網絡技術為例，可將DDN與FR技術整合至ATM網絡之中，從而將既往專線網絡的設備類型從DXC與ATM交換機2種調整為ATM交換機一種。以此，在減少設備種類與數量的同時，也可有效降低運維人員的工作負擔，提高維護效率、網絡安全性與故障響應率[8]。

3.2 優化各城域網間的互聯和接入段雙路由保護

3.2.1 中繼的傳輸線路保護

為解決子網間傳輸線路安全性較低的問題，最直接、有效的方式便是在城域網的中繼器上建設傳輸保護設施與相關保護機制。現階段，專線數據網絡中涵蓋的網絡技術愈發豐富，在此基礎上，相關工作人員也應充分結合其管理網絡的業務方向，為MAN專線網提供更專業、高效率且帶有一定保護機制的傳輸通道。可以在為專線網接入層中繼優化主要傳輸通道的基礎上，為其建設另一條備用通道，同時引入一定數量的具有自動保護倒換功能的設備，用以實現數據網絡接入層邊緣設備的自我保護機制。

3.2.2 接入段物理雙路由備份保護

接入段是指由客戶數據中心出發至其上聯運營商數據中心的相關數據傳輸線路以及相關設施、設備。其相關線路大多以光纜、銅纜的形式出現，而其所使用的設備通常包括同步數字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）、準同步數字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy，PDH）以及含以光纜或銅纜為主要介質的Modem等設備。針對接入端的設備、線纜等開展備份保護的主要目的在于有效保護客戶層面網線、設施的運行安全性，以提升運營商的服務效益。

（1）線路方面的雙路由。線路方面的雙路由主要包含樓內線路以及上聯線路。其中，上聯線路備份主要是指光纜或是銅纜需要在運營商數據中心以及客戶數據中心內實現雙路由線路保護，可以采用雙份光纜、雙份銅纜抑或是銅纜+線纜的線路組成方案自由組合建設，如圖3所示。

圖3 最低要求下接入段線路物理雙路由示意

基于客戶樓內線路出發，日常工作中無論是跳閘、停電等相關事故都有可能引發專線網絡數據傳輸工作的中斷，由此可利用輕減客戶接入段用電線路、增設備用電源等方式保障專線網絡的穩定運行。

（2）設備端口雙路由。設備端口的雙路由主要指面向大客戶IP專線網絡中運營商數據中心至目標客戶數據中心這一線路中所涉及的所有設備端口，皆采用雙端口的方法進行相互備份。設備端口雙路由的管理、運維工作中，需要面向所有備份線路、設備等進行資源備注，同時基于可能發生的故障、風險隱患等制備多種設備、線路間的切換、更改方案，結合自動化切換與人工轉化的方式，確保在事故發生的情況下能夠以最快的速度完成線路更改，保障大客戶業務質量的穩定性。

3.3 PON接入路由保障解決方案

當前PON接入存在的路由保障問題場景一般為互聯網專線若采用靜態分配的固定IP地址，上聯端口/鏈路發生故障時只能手工切換，中斷時間較長，而此時家寬用戶因基于以太網的點對點通信協議（Point to Pint Protocol over Ethernet，PPPoE）撥號連接中斷，可自動重新撥號并恢復上網。

3.3.1 雙ONU方案

本方案主要通過配置雙倍接入資源的理念，在打開IP客戶端配置2個ONU設備，同時歸屬到不同的OLT線路之上，以此為專線用戶提供靜態地址，保障其使用網絡的穩定性與效率。使用這一方案的基礎條件是需要用戶準備能夠支持2個靜態地址流量以主備方式接入網絡側的程序軟件與路由器，用戶端路由器需要基于本方案需求合理配置路由協議，同時需要具備雙端口，以便在網絡介入后能夠自行完成在2臺ONU提供的專線之間的故障判斷和自動切換，如圖4所示。

圖4 故障判斷與線路切換結構

3.3.2 VRRP方案

該方案的實施方式主要是通過部署OLT設備主備雙歸屬，同時在主備寬帶接入服入器（Broadbauol Remote Access Server，BBAS）接口部分設置專線業務網關，進而在接口綁定虛擬路由冗余協議（Vintual Router Redundancy Protocol，VRRP）協議。相較而言，該方案能夠有效提升IP專線網絡的速度與流量穩定性，但其處理資源的機制會過多占用設備CPU，因此對設備的性能與質量具有一定要求。

圖5 VRRP方案結構

4 結 論

大客戶IP專線使用者對網絡傳輸質量、效率等具有較高的要求，因此需要基于不同客戶的實際用網需求以及網絡傳輸過程中的各種細節問題對用戶網絡線路進行全面性、精細化的優化與調整。以此有效解決網速慢造成對運營商服務效益及對客戶日常工作的負面影響，全面提升大客戶的專線網絡使用滿意程度，促進我國數據網絡建設工程的持續進步。