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解析基于SDN架構(gòu)的SPN傳輸網(wǎng)絡(luò)解決方案

我快閉嘴 ? 來源:通信世界全媒體 ? 作者:呂斌 ? 2021-01-15 09:01 ? 次閱讀

隨著4G改變?nèi)藗兊纳睿?a target="_blank">5G將進一步給社會帶來根本的變化,從而實現(xiàn)一個完全移動和互聯(lián)的世界。特別是隨著信息時代的飛速發(fā)展,傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)無法滿足當(dāng)今企業(yè)、運營商和用戶的需求,SDN(Software Defined Network)正在改變網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在SDN架構(gòu)中,控制平面和數(shù)據(jù)平面是分離的,網(wǎng)絡(luò)智能和狀態(tài)在邏輯上是集中的,并且基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是從應(yīng)用程序中抽象出來的,因此企業(yè)和運營商獲得了空前的可編程性、自動化和網(wǎng)絡(luò)控制,能夠構(gòu)建高度可擴展的、靈活的網(wǎng)絡(luò),從而輕松適應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需求。

SPN(Slicing Packet Network)則是在5G發(fā)展中應(yīng)運而生的基于SDN架構(gòu)的一種傳輸解決方案,本文主要針對SPN方案中的L3VPN架構(gòu)及業(yè)務(wù)部署、保護方案、IPv6演進進行分析,了解不同方案中的優(yōu)缺點及技術(shù)發(fā)展趨勢。

下一代傳輸網(wǎng)絡(luò)的七大要求

數(shù)字社會的到來對通信基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響,現(xiàn)有通信網(wǎng)絡(luò)的流量模型將發(fā)生巨大變化。連接密度和流量密度將以前所未有的速度增加,并且地理網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍將大大擴展。不同類型的用戶對網(wǎng)絡(luò)提出了個性化的要求,特定行業(yè)的實時交互要求非常高。因此,下一代傳輸網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)必須滿足以下要求。

第一,高帶寬。傳輸網(wǎng)絡(luò)需要提供低成本和高帶寬功能。每個用戶的吞吐能力應(yīng)大于1 Gbit/s,并且網(wǎng)絡(luò)應(yīng)支持視頻、全息和VR應(yīng)用程序的持續(xù)開發(fā)。

第二,低延遲。它應(yīng)支持優(yōu)于1 ms的E2E延遲,以滿足交互式體驗和工業(yè)控制的嚴(yán)格要求。

第三,靈活的連接。連接總數(shù)增加了幾十倍,新網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該可以在擁有10000多個節(jié)點的龐大網(wǎng)絡(luò)中滿足Full Mesh數(shù)據(jù)連接。

第四,網(wǎng)絡(luò)開放性。應(yīng)支持標(biāo)準(zhǔn)化的南向接口和北向接口。通過這種方式,運營商、企業(yè)可以利用SDN控制平面的多功能性和開放性,在虛擬或物理部署或兩者中生成的服務(wù)來進行控制和實施。

第五,網(wǎng)絡(luò)切片。多樣化的服務(wù)帶來多樣化的網(wǎng)絡(luò)需求。將來,傳輸網(wǎng)絡(luò)應(yīng)配備動態(tài)網(wǎng)絡(luò)切片功能,以滿足多樣化的服務(wù)需求,網(wǎng)絡(luò)應(yīng)提供硬隔離和軟隔離的能力。

第六,高可靠性。它應(yīng)為AR、工業(yè)控制和遠(yuǎn)程醫(yī)療等新服務(wù)提供超高可靠性的連接。

第七,智能運維。服務(wù)模式從根本上發(fā)生變化,網(wǎng)絡(luò)切片和全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)流量需要更智能的網(wǎng)絡(luò)運維系統(tǒng),以降低運營成本。

切片分組網(wǎng)絡(luò)(SPN)致力于構(gòu)建高效、簡化和超寬帶的傳輸網(wǎng)絡(luò),以支持城域網(wǎng)中的不同服務(wù)。它具備以下特點:一是新架構(gòu),新技術(shù)架構(gòu)提供了一種低成本、簡化的傳輸網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)帶寬提高了100倍,每比特成本降低至原來的1/10至1/100;二是新服務(wù),SPN專注于對傳輸網(wǎng)絡(luò)上新服務(wù)的支持,延遲減少至原來的1/10至1/100,服務(wù)連接數(shù)量增加了100倍;三是新運維,全新的運維平臺提供了敏捷的服務(wù)部署和操作,OPEX降低至原來的1/10。

SPN被定位為基于以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的下一代融合傳輸網(wǎng)絡(luò),可實現(xiàn)高帶寬、低延遲和高效率的全面服務(wù)傳輸。SPN可承載無線服務(wù)、企業(yè)服務(wù)、住宅服務(wù)和云互連等服務(wù)。

SPN設(shè)計原則

SPN利用高效的以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)來提供低成本和高帶寬的傳輸網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。隨著多層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的有效融合,實現(xiàn)了靈活的軟隔離切片和硬管道切片,并提供了從L0到L3的多層服務(wù)傳輸能力。SDN集中管理和控制,以創(chuàng)新方式實現(xiàn)開放、敏捷和高效的網(wǎng)絡(luò)運營。SPN原則有如下7條。

第一,友好的包交換。SPN借助以太網(wǎng)技術(shù)(IEEE 802.3以太網(wǎng),OIF FlexE和創(chuàng)新的切片以太網(wǎng)),共享IP/Ethernet生態(tài)系統(tǒng)(光學(xué)模塊、協(xié)議和芯片),并友好地支持主流數(shù)據(jù)包交換。

第二,多層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合。通過IP、Ethernet和光技術(shù)的有效融合,可以實現(xiàn)L0到L3的分層組網(wǎng),以構(gòu)建各種類型的管道。以太網(wǎng)分組調(diào)度用于分組服務(wù)的靈活連接。創(chuàng)新的切片以太網(wǎng)數(shù)據(jù)單元流調(diào)度用于支持硬管道隔離和服務(wù)的帶寬保證,并提供低延遲的服務(wù)傳輸網(wǎng)絡(luò)通道。WDM技術(shù)則用于支持平滑的容量擴展和大粒度業(yè)務(wù)。

第三,高效的軟切片和硬切片。同時提供高度可靠的硬切片和彈性可伸縮的軟切片功能。此類功能隔離了物理網(wǎng)絡(luò)的資源以運行多個虛擬網(wǎng)絡(luò),并為多種服務(wù)類型提供了基于SLA的差異化傳輸網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

第四,SDN集中管理和控制。SDN有助于實現(xiàn)開放、敏捷、高效的網(wǎng)絡(luò)運營和維護。SPN可以監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)并實時觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)自我優(yōu)化,因此服務(wù)供應(yīng)和運維是自動化的。此外,具有基于SDN的融合管理和控制功能的體系結(jié)構(gòu)還提供了其他功能,例如簡化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和開放網(wǎng)絡(luò),以及跨網(wǎng)絡(luò)域和跨技術(shù)服務(wù)的協(xié)調(diào)。

第五,運營商級可靠性。支持網(wǎng)絡(luò)級分層OAM和保護功能。OAM用于監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)上的邏輯層、網(wǎng)絡(luò)連接和服務(wù),從而實現(xiàn)全方位的網(wǎng)絡(luò)可靠性并支持高可靠性的服務(wù)傳輸。

第六,高精度同步。實現(xiàn)了基于帶內(nèi)時鐘和時間同步的傳輸,可靠性高、精度高、效率高。

第七,靈活的業(yè)務(wù)調(diào)度。SPN使用靈活的隧道、尋址和轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù),靈活地調(diào)度點到點、點到多點和多點到多點的服務(wù)。切片以太網(wǎng)尋址和轉(zhuǎn)發(fā)用于實現(xiàn)第一層服務(wù)調(diào)度,MAC和MPLS尋址和轉(zhuǎn)發(fā)用于實現(xiàn)第二層服務(wù)調(diào)度,IP尋址和轉(zhuǎn)發(fā)用于實現(xiàn)第三層服務(wù)調(diào)度。

SPN基于ITU—T網(wǎng)絡(luò)模型,將以太網(wǎng)作為基本技術(shù),并支持IP、以太網(wǎng)和恒定比特率(CBR)服務(wù)的集成傳輸。SPN技術(shù)架構(gòu)包括切片數(shù)據(jù)包層(SPL)、切片通道層(SCL)、切片傳輸層(STL)、時間和時鐘同步模塊,以及管理和控制功能模塊。

第一層SPL:通過為IP、以太網(wǎng)和CBR服務(wù),實現(xiàn)尋址、轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸通道封裝,SPL提供了各種類型的服務(wù),例如第2層虛擬專用網(wǎng)(L2VPN)、L3VPN和CBR透明傳輸。SPL使用多種尋址機制(例如IP、多協(xié)議標(biāo)簽交換(MPLS)、802.1q和物理端口)執(zhí)行服務(wù)映射,并提供服務(wù)標(biāo)識、流量工程和服務(wù)質(zhì)量(QoS)保證。對于分組服務(wù),SPL提供了分段路由傳輸配置文件(SR—TP)隧道,并提供了面向連接和無連接的傳輸通道。基于源路由的分段路由技術(shù)允許入口使用一組分段(MPLS標(biāo)簽)來標(biāo)識每個隧道轉(zhuǎn)發(fā)路徑。與傳統(tǒng)的隧道技術(shù)不同,傳輸節(jié)點不需要維護分段路由隧道的路徑狀態(tài)信息,從而實現(xiàn)了靈活的路徑調(diào)整和網(wǎng)絡(luò)可編程性。SR—TP隧道技術(shù)增強了SR隧道的O&M功能,并支持雙向隧道和E2E服務(wù)級OAM檢測

第二層SCL:為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和分片提供端到端的通道化組通道。SCL使用創(chuàng)新的切片以太網(wǎng)(SE)在以太網(wǎng)物理接口和FlexE綁定組上執(zhí)行時隙處理,提供基于E2E以太網(wǎng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)連接,并為L1的多業(yè)務(wù)傳輸建立低延遲和硬隔離的切片通道。 SCL利用OAM和保護功能對以太網(wǎng)通道進行切片,從而實現(xiàn)了E2E性能監(jiān)控和故障恢復(fù)。

第三層STL:使用IEEE 802.3以太網(wǎng)物理層技術(shù)和OIF FlexE技術(shù)實現(xiàn)高效的高帶寬傳輸。以太網(wǎng)物理層由新的高速以太網(wǎng)接口組成,例如50GE、100GE、200GE和400GE。借助以太網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈,可以實現(xiàn)低成本和高帶寬的網(wǎng)絡(luò)建設(shè),并且支持跳數(shù)之間最長80 km的主流網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。對于需要更高帶寬可擴展性和更長傳輸距離的應(yīng)用程序,SPN使用以太網(wǎng)+ DWDM組合來實現(xiàn)10T級容量和數(shù)百千米長距離的聯(lián)網(wǎng)。

L3VPN架構(gòu)及部署方案

SPN 5G SPL承載方案設(shè)計理念

SPN網(wǎng)絡(luò)中L3VPN架構(gòu)需要具備以下三大能力。

一是增強靜態(tài)L3VPN大網(wǎng)能力:L3VPN域下沉/擴大,提供任意節(jié)點業(yè)務(wù)Mesh化互通能力;繼承PTN LTE靜態(tài)L3VPN運維習(xí)慣;L2+L3VPN和分層L3VPN按需部署。

二是靈活SR隧道業(yè)務(wù)調(diào)度能力:滿足點到點(S1)和Mesh業(yè)務(wù)(X2)承載需求;繼承MPLS—TP電信級OAM/APS保護能力;集中動態(tài)重路由簡化協(xié)議和保護層次;增強SR隧道運維能力。

三是SDN集中管控能力:云化、SDN化集中管控系統(tǒng);基于用戶意圖的智能業(yè)務(wù)布放和運維能力;開放網(wǎng)絡(luò)可編程能力。

SPN 5G集中管控架構(gòu)

SRTP—TE隧道集中、實時、閉環(huán)控制,提供隧道重路由能力,增強網(wǎng)絡(luò)可靠性。一是分布式控制協(xié)議,ISIS(網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)通告、SR—BE路由控制);二是南向控制接口要求,BGP—LS(網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)收集) + PCEP(控制通道);三是南向管理接口,Netconf(管理通道)L3VPN大網(wǎng)集中管控,提供符合傳輸運維習(xí)慣的靜態(tài)路由管理;四是南向管理接口,Netconf(管理通道)。

SPN 5G業(yè)務(wù)承載部署方案

SPN 5G業(yè)務(wù)承載部署方案有兩種。一是L3VPN到邊緣部署方案,即端到端L3VPN,骨干匯聚點L3VPN分層;二是L2VPN+L3VPN部署方案,即接入、匯聚層部署L2VPN,核心層部署L3VPN,骨干匯聚點進行L2到L3橋接。

SPN 5G業(yè)務(wù)保護方案

●S1業(yè)務(wù)

不同故障點觸發(fā)的保護機制、檢測機制、保護倒換性能不同。

●X2業(yè)務(wù)

X2業(yè)務(wù)在故障點中,觸發(fā)的保護機制、檢測機制、保護倒換性能總結(jié)。

靜態(tài)L3VPN 與動態(tài)L3VPN的對比

在路由策略管理方面,集中靜態(tài)L3VPN是基于網(wǎng)絡(luò)全局視圖的路由管控,簡化部署、運維,提升體驗;具備軟件定義路由策略管理架構(gòu)基礎(chǔ)。動態(tài)L3VPN(BGP RR) 則是基于BGP分布式/單站視角的部署、運維,部署難度大,技能要求高;并且需要遵循BGP標(biāo)準(zhǔn)的路由策略控制。

在路由引入管理方面,集中靜態(tài)L3VPN適用于基站直連接口路由和核心網(wǎng)靜態(tài)路由靜態(tài)引入,不適用于動態(tài)IGP協(xié)議路由引入(移動回傳場景不需要)。動態(tài)L3VPN(BGP RR) 適用于靜態(tài)路由引入和動態(tài)路由場景,擴展性、協(xié)議適應(yīng)性強。

在路由擴散方面,集中靜態(tài)L3VPN是控制器集中計算、存儲、擴散,控制器/DCN性能壓力大,在可承受范圍內(nèi);屬于自上而下的集中靜態(tài)路由管理,繼承PTN運維習(xí)慣,便于業(yè)務(wù)運維(業(yè)務(wù)溯源、定位定界);控制器脫管、設(shè)備復(fù)位故障場景下業(yè)務(wù)快速恢復(fù)能力強。動態(tài)L3VPN(BGP RR)是動態(tài)路由分布式存儲、集中反射,控制器計算/存儲壓力小,它是分布式動態(tài)路由、狀態(tài)數(shù)據(jù),單站運維模式弊端多,并且BGP RR脫管場景設(shè)備路由恢復(fù)依賴分布式BGP Peer,增大設(shè)備控制面復(fù)雜度。

在路由收斂方面,集中靜態(tài)L3VPN在多點故障(ASP/VPN FRR保護失效)場景下是靜態(tài)L3VPN難點,待研究。動態(tài)L3VPN(BGP RR)在多點故障時BGP動態(tài)撤銷路由,多點故障保護機制成熟,業(yè)務(wù)恢復(fù)時間》秒級。

基于5G移動回傳應(yīng)用場景和運維主要矛盾,推薦集中靜態(tài)L3VPN。

明細(xì)路由和聚合路由的對比

明細(xì)路由和聚合路由的對比所示,可以看出,明細(xì)路由有3個優(yōu)勢:接入域路由規(guī)劃相對簡單,IP地址資源利用率高;預(yù)留基于明細(xì)路由級的多點故障保護能力;預(yù)留基于明細(xì)路由級的業(yè)務(wù)負(fù)載分擔(dān)能力。

聚合路由也有3個優(yōu)勢:減小控制器計算/存儲/DCN性能壓力、設(shè)備路由資源壓力;提升用戶操作體驗,路由CRUD操作響應(yīng)快;利于現(xiàn)網(wǎng)問題定位定界。

大量路由的部署和運維效率問題是大網(wǎng)L3的主要矛盾,推薦聚合路由方式。

SPN L3VPN路由迭代公網(wǎng)隧道

通過控制器將PTN設(shè)備與無線基站直連接口IP擴散至遠(yuǎn)端PTN設(shè)備,生成反向轉(zhuǎn)發(fā)路徑。基于圖形化操作界面的L3VPN路由靜態(tài)引入、靜態(tài)擴散,免去復(fù)雜動態(tài)路由協(xié)議部署運維,適用移動回傳網(wǎng)成熟解決方案。

SPN L3VPN私網(wǎng)路由引入及擴散

L3VPN私網(wǎng)通過路由下一跳查找匹配DIP的SR隧道,作為公網(wǎng)隧道進行轉(zhuǎn)發(fā)。

IPv6技術(shù)及演進

隨著多種顛覆性技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用,網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了巨大的變革,IPv6已經(jīng)成為5G、IoT、SDN/NFV、云計算以及邊緣計算等新興技術(shù)的基礎(chǔ)。大量的終端設(shè)備聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生了大量的地址需求,使用傳統(tǒng)NAT的方式無法支持新的5G及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。此外,IPv6從設(shè)計之初就充分考慮了移動性的需求,還同時考慮到了網(wǎng)絡(luò)側(cè)和應(yīng)用側(cè)的需求,可以保證物聯(lián)網(wǎng)的安全性、可靠性和服務(wù)質(zhì)量。下面將從SPN網(wǎng)絡(luò)中IPv6技術(shù)的引入以及部署方案、演進策略進行分析。

移動回傳業(yè)務(wù)IP地址及應(yīng)用場景分析

終端與核心網(wǎng)PGW間IPv6改造屬于UE的用戶IP地址,PTN/SPN不可見。基站與核心網(wǎng)SGW間IPv6改造需要PTN/SPN L3VPN用戶側(cè)私網(wǎng)配合。PTN/SPN網(wǎng)絡(luò)側(cè)控制面(設(shè)備LSRID/NNI接口IP)和管理面(NE IP) IPv6為內(nèi)部組網(wǎng)接口。

●SPN L3VPN用戶側(cè)私網(wǎng)IPv6承載方案(6VPE雙棧)

VPN雙棧接入的引入,改變了以往接口只能部署單一協(xié)議棧類型VPN的問題。VPN雙棧接入下啟用IPv4和IPv6地址族,使得與L3VPN綁定的同一接口既支持IPv4私網(wǎng)接入,又支持IPv6私網(wǎng)接入。VPN雙棧接入,與基站和核心網(wǎng)地址協(xié)議解耦,實現(xiàn)當(dāng)前用戶側(cè)業(yè)務(wù)現(xiàn)網(wǎng)平滑過渡到IPv6承載。當(dāng)前PTN/SPN設(shè)備可通過軟件升級支持6VPE雙棧部署能力。

●SPN網(wǎng)絡(luò)側(cè)IPv6部署方案一:直接切換IPv6控制面

此方案的優(yōu)點是業(yè)務(wù)最終全部走IPv6控制面,最終無需雙棧維護;但缺點非常明顯:一是需要對全網(wǎng)業(yè)務(wù)進行切換,部分改造過程會導(dǎo)致業(yè)務(wù)受損;二是改造工程量巨大周期長;三是存在部分節(jié)點不支持IPv6控制面,需要進行替換后才可行;四是切換中需要消耗資源翻倍,會存在重負(fù)荷站點不能滿足而無法切換。

●SPN網(wǎng)絡(luò)側(cè)IPv6部署方案二:雙棧共存演進

此方案的優(yōu)點是對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)無修改,充分保障原有現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)安全,同時改造過程可控,工程量和實施代價相對較小。缺點是存在部分節(jié)點不支持IPv6控制面,需要進行替換后才可行,另外需要長期維護雙棧控制面,對設(shè)備規(guī)格存在較高要求。

●SPN網(wǎng)絡(luò)側(cè)IPv6部署方案三:新建網(wǎng)絡(luò)部署IPv6控制面

此方案的優(yōu)點是純新建網(wǎng)絡(luò)直接部署公網(wǎng)控制面,無雙棧運維復(fù)雜性,不需要復(fù)雜的改造過程。缺點是只適合全新建網(wǎng)絡(luò);V6控制面部分協(xié)議還未定義細(xì)節(jié)擴展,不夠成熟。

SPN L3VPN網(wǎng)絡(luò)側(cè)IPv6演進策略建議

一是擴容場景。擴容場景利舊大量現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備,初期基于實際流量按需擴容接入環(huán)、匯聚環(huán)。業(yè)務(wù)上仍然采用靜態(tài)L2+L3方案,不支持SR、FlexE等5G SPN新特性,滿足5G eMBB初期承載。由于部分老設(shè)備不支持控制面IPv6,且現(xiàn)網(wǎng)已部署IPv4控制面且無控制面協(xié)議,靜態(tài)隧道仍建議采用MPLS—TP隧道,不部署IPv6控制面。

二是升級場景。升級場景對現(xiàn)有PTN設(shè)備進行升級、替換后,支持SPN特性能力,承載5G業(yè)務(wù)流量。設(shè)備升級、替換后,PTN設(shè)備演進到SPN設(shè)備,具備控制面IPv6特性能力。基于現(xiàn)網(wǎng)大量的存量業(yè)務(wù)仍采用IPv4控制面進行部署,直接切換IPv6控制面導(dǎo)致大量的業(yè)務(wù)割接,對現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)會造成沖擊,建議仍繼續(xù)使用IPv4控制面部署。

三是新建場景。全新建場景,所有設(shè)備均具備軟件升級到IPv6控制面特性的能力,且已部署IPv4控制面場景,建議保留IPv4控制面,避免切換。還未部署IPv4控制面的場景,建議直接部署IPv6控制面,業(yè)務(wù)全部使用V6隧道和V6路由。

結(jié)語

秉承“新架構(gòu)、新服務(wù)和新運營”愿景的SPN 5G傳輸解決方案,支持全新的云服務(wù)傳輸和敏捷網(wǎng)絡(luò)運營。SPN使用高效的以太網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)來提供低成本和高帶寬的傳輸通道,通過L3VPN架構(gòu)及部署、保護方案、IPv6演進等方式,有效地集成多層網(wǎng)絡(luò)技術(shù),SPN可以傳輸L0—L3服務(wù)和進行軟/硬管道切片。SPN網(wǎng)絡(luò)基于SDN的集中管理和控制,為用戶提供了一個開放、敏捷、高效的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng),使我們的生活更加信息化、智能化,也更便捷。
責(zé)任編輯:tzh

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