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IP城域网业务控制层组网可靠性探讨
IP城域网业务控制层组网可靠性探讨
高 鹰
（中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司 重庆 400042）
【摘 要】：
IP城域网业务控制层是IP城域网有效运营的关键，主要包括BRAS、SR等设备，目前多业务趋向于由统一功能的BSR设备承载，其提供PPPOE、IPOE、静态IP专线、MPLS VPN等业务。现有业务控制层设备多采用单节点部署方式，存在一定隐患，需要考虑其设备组网可靠性问题。
本文结合影响可靠性的因素，从设备可靠性、链路可靠性等不同角度对业务控制层的组网可靠性方案（如（N+1）和（1+1）等）进行了介绍探讨，并结合实际组网设计案例方案予以说明。 【关键词】：业务控制层 可靠性 BRAS SR BSR N+1 1+1
Explore the reliability of IP MAN network service control layer
Ying Gao
(Chongqing Branch of China Mobile Group Design Institute Co.,Ltd.,Chongqing 400042)
【ABSTRACT】：
IP MAN( Metropolitan Area Network )Service Control layer is the key to effective operations, including BRAS, SR and so on. At present, many businesses tend to be carried by the uniform load BSR equipment, BSR provides PPPOE, IPOE, static IP line, MPLS VPN services. Most of the existing equipment is a single-node deployment,Which is easy to hit a single point of failure. The reliability of network equipment.should be considered.
In this paper, analysis of the factors that impact reliability , from different perspectives ,such as the equipment reliability, link reliability , is well explored. The IP MAN service control layer Network reliability programs (such as the (N +1) and (1 +1)) , combined with the design of case notes, were introduced.
【Keywords】：Service Control Layer , Reliability , BRAS, SR, BSR, N+1 , 1+1
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IP城域网业务控制层组网可靠性探讨
1 引言
在全业务运营环境下，电信业务应用凸显了向移
动互联网变迁的趋势。为应对全业务竞争需要，中国移动需要弥补Internet网络资源短板，当前主要依托CMNet向下延伸建设IP 城域网实现固网宽带业务的拓展。
IP城域网是三网融合、全业务运营的基础传输平台，是捆绑集团客户，提供优质电信级服务的关键。
当前各运营商建设IP城域网主要参照以下四层模型结构进行建设：
图1 IP城域网层次结构示意图
其中，IP城域网中业务控制层作为多业务能力的提供者，是关键中的关键，是运营商营运收入的保障。城域网业务控制层位于宽带城域网接入边界和IP/MPLS核心网边界，为用户高速Internet接入、VOIP、IPTV等Triple play业务提供统一的终端/用户管理平台和业务控制平台，是业务提供、管理、计费和控制的关键点。业务控制层关注对业务的有效控制及业务QOS的实现，主要包括两大核心网元：
BRAS(Rroadband Remote Acess Server)、SR（Service Router）。
(1) BRAS对CPN提供二层PPPOE会话的终结、IPOE（IP over Ethernet）等业务；
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(2) SR 提供互联网专线、VPN业务的承载能力，
支持与接入汇聚层平滑对接，在整个IP城域网的路由器上完成Mpls VPN的布署，承担VPN PE路由器的功能。
从技术发展趋势来看，业务控制层的设备功能正趋于将BRAS与SR、MPLS VPN PE的功能整合为一，合设为综合型的宽带全业务接入控制设备BSR（等同于BRAS+SR）。
目前宽带运营商多采用在每个业务汇聚区域集中建设一个业务控制层核心，建设1台BRAS＋1台SR，下端汇聚交换机采用“口子型”或者“双归属”的连接接入BRAS和SR。
由于采用BRAS与SR分离布署的方式进行建设，BRAS和SR是独立部署，实际运营存在一定的单点业务隐患。要保证IP城域网的有效运营，满足用户优质业务体验，建设中需要充分考虑其设备组网可靠性问题。
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业务控制层可靠性分析
2.1
影响可靠性的因素
目前影响业务控制层可靠性的因素主要包括以
下：
(1) 设备级故障：如BRAS、SR设备自身故障：主控引擎坏，业务板卡坏，宕机。
(2) 组网链路故障：如上连链路或者核心路由器故障；下连链路故障或汇聚交换机宕机。
在业务控制层组网可靠性方面要重点解决以上问题。 2.2
系统对可靠性的要求
业务控制层可靠性的要求呈现以下层次递进关系：
(1) 设备级高可靠性
设备级高可靠性主要体现在关键部件都提供了冗余备份，包括电源、风扇、交换网、主控板等。在主
IP城域网业务控制层组网建设可靠性探讨
用部件失效的情况下备用部件立即生效，降低单点故障。
设备级高可靠性包括设备部件级、设备间备份的可靠性。
(2)网络级高可靠性
网络级高可靠性体现在当节点或链路故障时，提供了丰富而全面的网络自愈技术应用，确保数据流不间断转发，增强链路的可靠性。网络级高可靠性的设计包括对VRRP、BFD、FRR、GR、ETH/MPLS OAM等的技术应用。 (3)业务级高可靠性
数据流不间断转发并不代表用户的业务不中断。当网络节点或链路故障时，用户流量将切换到备份单板或设备，此时如果用户信息没有同步到备份单板或设备，用户业务依然会中断。作为业务控制层的设备，在组网建设之初就应充分考虑业务的高可靠性设计，在网络或链路故障时保证用户业务不中断。
3 业务控制层可靠性建设分析探讨
从业务控制层设备内可靠性、设备间可靠性、链
路可靠性等角度，对组网可靠性进行以下分析探讨： 3.1
设备内可靠性
思路：由于BSR可能出现故障的大多数在模块，对BSR设备自身问题引起的故障，可考虑利用设备自身所具有的冗余（包括主控板冗余和模块冗余），提升设备内的可靠性。组网时同一设备的不同模块的两个端口互为备份，当一个端口DOWN或某条链路DOWN时，用户业务流量可通过备份通道上行，不需重新拨入。业务切换顺序如下：
(1) 同一设备上的两个接口加入同一个备份组，端口间启用VRRP+协议，协商出主备接口；
(2) 用户从主接口上线，当主用接口发生故障，通过VRRP+协议，协商出新的主接口；
(3) 用户流量从新的主用接口进入，用户不需要重
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拨号。
对于现有业务功能单一且模块较多的节点，利用BSR自身的冗余功能提升可靠性，无需网络中的其它元件(接入网，核心网等)改变配置，且成本较低。 3.2 设备间可靠性
3.2.1
全网（N+1）备份方式
全网（N+1）方案思路：在全网中心放置一台或多台备份BRAS，按最大需求配置板卡。平时下面交换机上vlan或者s-vlan通过2层交换网上行到它的归属的BRAS上，当某台BRAS设备发生故障时，把这台BRAS设备上面的vlan或s-vlan里的pppoe终结到全网的那台（N+1）BRAS设备上。（N+1）方案实际组网可参见本文图4示例。
N+1方案的要求如下：
(1)大二层可达：要求汇聚交换机与中心汇聚交换机有链路可达。如何通过大二层将用户VLAN透传到N+1备份机上，可以借用多种二层技术，例如交换机增加物理链路、VPLS、VLL、 L2 VPN等方式。
(2)人工干预：这台N+1设备上所有下行接口采用自适应动态配置，设置成伪认证（以避免端口精确绑定带来认证失败问题），上行接口正常接入城域网核心。全网出现BRAS故障时，人工干预使业务通过二层链路方式可通达灾备设备。恢复业务需要一定时间，PPPOE业务，DHCP业务恢复较快，专线业务需要重新配置。 3.2.2
双机(1+1)备份方式
双机（1+1）方案思路：与(N+1)方案不同， 双机（1+1）方案在每局址布署2台综合业务型BSR，综合型BSR实现BRAS与SR功能的融合统一，可实现PPPOE、专线、VPN的多业务融合接入。
结合一些VRRP+、BFD等技术的应用，目前一些性能较高的综合业务型BSR可实现（1+1）业务级的热备份。
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图2 业务可靠性（1+1）热备方案
实现原理：不同设备的两个接口加入同一个备份组，端口间启用VRRP+协议，协商出主备接口；BSR和汇聚交换机之间采用BFD，进行链路故障的快速检测；用户从主接口上线；主用接口发生故障，VRRP+协商出新的主接口；用户流量从新的主用接口接入(如图2所示)。
(1) BSR之间启用双向转发侦测BFD for VRRP完成主备选举，BSR和交换机通过BFD完成链路检测； (2) 正常情况用户从主BSR接入，用户会话信息同步备份到备BSR；
(3) 链路发生故障，设备通过检测机制感知后，业务倒换，用户的流量切换到备份BSR上；
(4) 故障BSR恢复，用户流量回切到原来的BSR设备上。
对于一些无法实现热备份的综合业务型BSR，需要牺牲一定的业务可靠性，实现“温备份”，即重新拨号(如图3所示)。
图3 业务可靠性（1+1）温备方案
用户根据BSR响应的先后，选择BSR进行接入，
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可以根据VLAN、MAC地址等属性配置响应延时时长，设置用户接入时的响应策略。
(1) 两台设备同时收到用户上线的请求，设备根据配置的延时策略延迟响应用户的接入请求。 (2) 用户选择首先作出回应的设备上线。
(3) 两台设备上的用户可以得到合理分配，业务支持设备间负载分担。
(4) 设备故障时，故障设备上接入的用户通过备份
设备重新拨号上线。 3.3 链路可靠性 3.3.1
上行链路
BSR设备上行通常双挂不同的核心节点路由器，以实现路由层面以及核心节点路由器层面的冗余备份。
无论采用何种路由方式，都可以通过将双向转发侦测（BFD）与相应协议结合，快速检测上行链路故障，启用替代路由。当故障发生在BSR上行端口上时，通过监控BSR网络侧上行端口的状态，可以决定业务是否倒换。
在网络运行中，BSR监控网络侧上行端口，如果BSR上行端口down，BSR降低设备在VRRP组中的优先级，根据设备在VRRP组中的最终优先级决定设备的主备状态。 3.3.2
下行链路
业务控制层下行链路主要连接城域网POP节点汇聚交换机。
当BSR下连的城域网交换机出现设备或者链路故障时，也会影响到用户上网体验。
针对此类故障，可以通过链路捆绑技术实现链路备份与负载分担。采用支持同板卡链路捆绑的方式实现链路冗余，捆绑之后的虚端口可以如同单一物理端
口。该端口可以封装VLAN、SVLAN，配置PPPOE、IPoE、静态IP等业务。同时，捆绑后的PPP用户端口nas-port-id保持恒定，不会因为用户从不同的物理