適用多歸屬場景的EVPN 技術的應用研究

王樹平，王 敏，程明坤，張 勇，朱文燕

（中國聯合網絡通信有限公司泰安市分公司，山東 泰安 271000）

0 引 言

通信網絡高速發展，并在數據中心的部署上提出了優化需求，在高效利用頻譜帶寬的同時，提升用戶體驗。隨著網絡規模的增大，虛擬專用局域網業務（Virtual Private LAN Service，VPLS）暴露出一定缺陷，存在負載無法分擔、網絡資源消耗較高的問題。用戶的邊緣路由器同時歸屬于2 個或多個服務網絡，服務商邊緣設備（Provider Edge，PE）發送流量時，僅通過其中一個鏈路PE，其他鏈路均被閑置，影響網絡傳輸效率。針對此類問題，研究人員設計了多種以太網虛擬專用網絡（Ethernet Virtual Private Network，EVPN）技術。其中，基于通用路由封裝（Generic Routing Encapsulation，GRE）隧道和BFFH 模式的EVPN 技術，與基于SRv6+MPLS 的EVPN 技術，應用較為廣泛。

基于GRE 隧道和BFFH 模式的EVPN 技術，主要是利用多協議標簽交換虛擬專用網絡（Multiprotocol Label Switching-Virtual Private Network，MPLS-VPN）模型，降低full-mesh 和hub-spoking 的負荷，并結合Waxman 數學模型改善網絡運行環境，從而確保數據中心的需求[1]。基于SRv6+MPLS 的EVPN 技術，則是利用承載網全面部署SRv6，解決網絡互通融合的問題[2]。以上2 種技術均具有網絡優化作用，但是從歸屬場景來看，網絡負擔較重，很難滿足傳輸需求[3]。因此，本文設計了適用多歸屬場景的EVPN 技術。

1 面向多歸屬場景需求的EVPN 技術設計

1.1 建立EVPN 等價路徑功能索引

EVPN 廣泛應用于數據中心，引入多歸屬后，很容易出現路徑冗余問題。數據通過虛擬擴展局域網（Virtual eXtensible Local Area Network，VXLAN） 隧道達到冗余路徑，影響網絡傳輸效率。因此，本文將不同VXLAN 隧道視作等價關系，消除PE 與用戶邊緣設備（Customer Edge，CE）之間的多條冗余路徑，確保通信數據的有效傳輸[4]。當收到不同PE 攜帶相同基本科學指標數據庫（Essential Science Indicators，ESI）的路由報文時，查找對應的VXLAN 隧道。將查找的隧道集合成同一組等價路徑，并建立A-D 路由報文索引。PE 在多歸ES 上收到IGMP(x,G)索引的信息，如果不存在本地IGMP(x,G)索引，則創建本地PE的IGMP(x,G)索引，并發送同步路由[5]。無論本地是否存在IGMP(x,G)索引，PE 均執行等價路徑功能索引(x,G)的同步配置，計算(x,G)離開同步過程的最大應答時間為

式中：Tmax為功能索引(x,G)離開同步過程的最大應答時間；Nc為IGMP(x,G)數據查詢的次數；T1為IGMP(x,G)數據查詢的時間；T2為IGMP(x,G)數據傳播的時間。在應答時間一致的條件下，每個PE 上的不同等價路徑上均存在唯一的功能索引作為標識。當PE與CE 相連接的索引相同時，則判定第2 條路徑為冗余路徑[6]。本文在PE 上引入等價路徑表，其中記錄了構成等價關系的VXLAN 隧道信息。PE 與目的地址CE 的轉發表項的下一跳內容就是等價路徑表的功能索引，以確保網絡傳輸的有效性。

1.2 基于多歸屬場景需求配置EVPN 模塊

多歸屬場景的EVPN 功能中，需要6 大模塊的支持，分別為轉發模塊、隧道模塊、本地配置模塊、EVPN 模塊、用戶配置模塊、邊界網關協議（Border Gateway Protocol，BGP）模塊[7]。本文在接收ES 配置命令后，對EVPN 模塊的路由報文進行相應處理，滿足EVPN 的場景需求。EVPN 模塊配置情況如圖1所示。

圖1 EVPN 模塊配置

如圖1 所示，多歸屬場景中，主要需求集中在BGP 模塊、EVPN 模塊，負責EVPN 路由報文的傳遞、通知等事件。通過EVPN 模塊的配置，本地ES 配置A-D 路由報文，并交由BGP 進行通告。在Tmax唯一的條件下，生成N個用戶的網絡，則EVPN 配置模塊的最大化配置效率為

式中：Kmax為最大化配置效率；ei為EVPN 模塊配置資源；wi為用戶獲得的頻譜資源。

本文利用相場（Phase Field，PF）模型衡量EVPN模塊的資源公平因子，公式為

式中：JF為公平因子；Ri為PE 到CE 的傳輸速率。JF越高，說明EVPN 模塊配置越公平。

考慮到多歸屬性，本文將EVPN 等價路徑進行增益分析，公式為

式中：h0(Tmax)為EVPN 等價路徑的增益；gn(Tmax)為最大應答時刻，衰落因子服從單位均值的指數；Gn(Tmax)為最大應答時刻等價路徑損耗相關衰落因子。

由此得出多歸屬場景下EVPN 傳輸路徑損耗為

式中：P為EVPN 傳輸路徑損耗；λ為空間損耗因子。EVPN 部署在PE 上，與BGP 建立對等關系，通過BDP 傳遞報文。通過L2VFW 控制軟件轉發，并配置L2VPN 內核態模塊，確保用戶態配置下發驅動，完成多歸屬場景的EVPN 傳輸。

2 實 驗

為了驗證設計的技術的應用價值，模擬出多歸屬場景對其進行實驗分析。在多種通信中斷場景中對EVPN 技術進行分析，最終的實驗結果則基于GRE 隧道和BFFH 模式的EVPN 技術[1]、基于SRv6+MPLS的EVPN 技術[2]以及設計的面向多歸屬場景需求的EVPN 技術的性能對比的形式呈現。

2.1 實驗過程

面向多歸屬場景的EVPN 進行測試，在穩態環境下分析路由報文。在控制層完成PE 的收發，并在EVPN 路由上提取信息傳遞給介質訪問控制/地址解析協議（Medium Access Control/Address Resolution Protocol，MAC/ARP）。在數據層將已有的轉發表項進行報文轉發，避免流量錯發、重發的問題。在EVPN 路由報文收發過程中，將重點放在A-D 路由報文上，確保特定事件的觸發、反饋、調整，避免冗余通信的問題。多歸屬場景EVPN 組網如圖2 所示。

圖2 多歸屬場景EVPN 組網

如圖2 所示，RR 為總設備，PE1、PE2、PE3 為分設備，CE1、CE2、CE3、CE4 為PE1、PE2、PE3的通信節點。通過3 層互通形式，形成BGP 對等體關系。PE1、PE2、CE1 構成雙歸屬鏈路，標識為ESI 1.2.3.4.5；PE1、PE2、CE2 構成雙歸屬鏈路，標識為ESI 0.0.0.0.1；PE1、PE2、PE3、CE3 構成三歸屬鏈路，標識為ESI 6.66.66.66.6，CE4 為PE3 的單掛節點。按照交換機測試規范，將EVPN 的子網傳遞互聯網組管理協議（Internet Group Management Ptotocol，IGMP）代理通告由DUT1 發送給DUT2，由此構建出EVPN環境，如圖3 所示。

圖3 EVPN 環境

如圖3 所示，A、B、C、D 為路由儀表，IP 分別為IP-10.1.41.1/24:MAC-0000.0000.0411、IP-10.1.41.2/24:MAC-0000.0000.0412、IP-10.1.42.1/24:MAC-0000.0000.0421、IP-10.1.41.3/24:MAC-0000.0000.0413。DUT1 與DUT2 存在BGP 鄰居關系，全局使能VXLAN。A、B、D 屬于同一BD，配置相同的網段，確保整個實驗的有效性。

2.2 實驗結果

實驗條件下，隨機選取G0/0/0、G0/0、G0/0/5 這3 種多歸屬場景，采用不同的通信中斷方式，還原網絡通信故障場景，確保實驗的有效性。在場景中所需收斂的轉發表項數量一致的條件下，將基于GRE隧道和BFFH 模式的EVPN 技術的性能指標、基于SRv6+MPLS 的EVPN 技術的性能指標以及設計的面向多歸屬場景需求的EVPN技術的性能指標進行對比。實驗結果如表1 所示。

表1 實驗結果

如表1 所示，G0/0/0 為關閉PEI 下聯端口場景，G0/0 為關閉CEI 上聯端口場景，G0/0/5 為關閉PEI 上聯端口場景。多歸屬場景中斷方法包括手動關閉端口、手動關閉設備、手動關閉進程等，觸發消息均為PEI發送Type1。在G0/0/0、G0/0、G0/0/5 場景中，一個CE 存在PE1、PE2、PE3、…、PEn 等連接，使用多個PE 提供通信服務，確保服務質量。在其他條件均一致的情況下，使用基于GRE 隧道和BFFH 模式的EVPN 技術后，EVPN 業務切換時長較高，大規模轉發表現的收斂時間隨之增加。PE1、PE2、PE3、…、PEn 等連接增加了數據通信冗余的問題，無法適用于多歸屬場景的EVPN 通信，影響網絡通信質量。

使用基于SRv6+MPLS 的EVPN 技術后，所需收斂的轉發表項數量增加，EVPN 業務切換時長不再隨之變化，時長波動較為明顯。大規模轉發表現的收斂時間相對穩定，3 種場景的平均丟包率達到了16.66%。可見，使用該技術后，網絡通信較為穩定，而EVPN 業務切換時長不穩定，仍存在一定的通信弊端，需進一步處理。

使用設計的面向多歸屬場景需求的EVPN技術后，在G0/0/0、G0/0、G0/0/5 場景中，EVPN 業務切換時長低于50 ms，大規模轉發表現的收斂時間低于25 ms，丟包率低于5%。可見，使用設計的技術將CE 形成雙歸屬，將PE 形成冗余組，在通信過程中任意一條鏈路終端均能快速連接另一個PE，保證流量不中斷，保障了網絡通信質量。

3 結 論

近年來，虛擬網絡的應用較為廣泛，VPLS 建立PE 與CE 的會話屬性，對通信數據傳輸具有重要作用。EVPN 由VPLS 演變而來，最初的作用是L2VPN，打破了VPLS 的通信限制。EVPN 通過平面控制與數據控制，每個PE控制一個CE，從而滿足核心網絡的需求。但是，在EVPN 中存在單一路徑，無法向虛擬機系統提供數據隔離，影響通信環境。因此，本文設計了一個適用于多歸屬場景的EVPN 技術，從功能索引、模塊配置等方面滿足數據中心環境下的各種需求，從而服務于更加高級的以太網。