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IP城域网的演进

一、 概述
目前,国内宽带业务发展迅速,互联网视频应用呈现爆炸式增长,网络流量 的增长已经成为 IP 城域网规模扩张的主要推手。各电信运营商也采用核心节点 的集群升级、中继电路的扩容、业务控制节点硬件设备裂变和下沉等建设思路, 通过对路由器容量的增加和传输带宽的扩容来应对流量压力,IP 城域网已经形 成核心层、业务控制层和接入层三层架构模式。 未来十年,网络流量将至少增加 20 倍,伴随着流量快速增长的是不断下降 的用户 ARPU 值, 高清视频和云计算的兴起将对 IP 城域网的网络质量和性能提出 更高的要求。IP 城域网未来如何演进是网络建设者需要思考的问题。

二、 IP 城域网现状分析 2.1、总体架构
IP 城域网主要承载普通互联网业务及含 IPTV 业务,一般宽带运营商在各省均建 设有一张 IP 城域网。以各省主导宽带运营商 IP 城域网为例,典型的 IP 城域网 分为三层架构:城域核心层、业务控制层和宽带接入层。各市 IP 城域网采用相 同的网络架构,以市 IP 城域网设置不同的自治域,各市城域核心层与运营商的 骨干网、省网以及其他专业承载网实现互通。 城域核心层设备一般采用各市双节点方式设置,BAS 与 SR 设备一般采用成对设 置。

2.2、城域核心的壮大
近几年, 城域核心层路由器中继带宽扩容是建设的重点,中继带宽颗粒度由 10G、40G 向 100G 迈进,单台路由器的槽位已不能满足需求,路由器集群得到广 泛应用, 城域核心单节点设备不断壮大,用户规模较大的市城域核心路由器已采 用集群设备,如思科 CRS 集群和华为 NE5000E 集群。随着未来网络流量的增长, 城域核心的中继容量不断增加,单节点规模也将不断壮大。

2.3、业务控制层的扩张
业务控制层设备主要有 BAS 和 SR 设备,每节点设置有 BAS 和 SR 设备。随着 宽带用户数的增加, 考虑到业务的安全性,单台 BAS 设备的处理用户规模不宜太 大,现阶段用户容量较大的节点均采用多台 BAS 设备来分散承载业务。

根据现有 IP 城域网规模来看, BAS 和 SR 设备对市区和县城覆盖已比较完善, 今后将逐步向郊区、城区以及重点乡镇进行覆盖。 在流量较大的节点,BAS 和 SR 设备大多采用 10G 电路上行,其余 BAS 和 SR 设备多采用多 GE 电路上行,随着用户平均流量的增加,BAS 设备的万兆上行改 造也是 IP 城域网扩容建设的重点。

2.4、接入层的革新
自 2011 年以来,各大电信运营商均大规模展开 xPON 接入网建设。由于 BAS 设备价格的昂贵和设备硬件端口集成度不高, 目前大部分 OLT 设备均采用二层交 换机汇聚后接入 BAS 设备,单 BAS 节点存在多台大型二层汇聚交换设备。以 PON+LAN、 PON+D、 FTTx 等接入网建设模式完成对现有传统 DSLAM 网络进行改造, 其中 FTTH 建设方式为主,运营商已停止新建 PON+D 网络。

2.5、IP 城域网发展的困惑
(1) 随着 IP 城域网出口中继电路扩容规模的增大,核心节点路由器设备迈 向集群模式, 高能耗、高承重和多机位的需求对城域核心节点宝贵的机房资源造 成很大的压力。 (2)城域核心路由器设备更新较快,40G、100G、200G 平台路由器已经广 泛应用,400G 平台也已入网,由于平台之间的兼容性问题,部分 40G 平台机框 和板卡大量退网,一定程度上造成投资浪费。 (3) 由于核心路由器设备价格昂贵, IP 城域网核心路由器投资占比达到 60% 以上,而业务压力较大的业务控制层设备投资占比小。 (4)随着城市规模不断扩张和农村乡镇宽带业务的蓬勃发展,BAS 设备大 规模实施下沉覆盖,近两年,BAS 设备大规模进行万兆电路上行改造也对城域核 心路由器造成电路扩容压力;部分节点 BAS 用户压力较大,进行 BAS 设备单点裂 变建设, 部分节点已达到 3-4 台 BAS 设备,单节点 BAS 设备整体的槽位和端口利 用率较低,且未实施热备机制,多台设备配置也对机房配套造成较大压力。 (5) 老型号 BAS 和 SR 设备不支持 IPV6 和 NAT444, BAS 设备和 SR 设备仍采 用成对设置,尚未实现 BAS 和 SR 业务网关融合。 (6)由于业务控制层投资占比较小,新增 BAS 设备配置较低,多采用 GE 上联和单槽配置,安全性较低,承载用户规模受限。

(7) 目前, 由于存在多层二层汇聚设备, 造成网络层级过多, 且大规模 FTTH 建设和 10GPON 的应用将导致二层汇聚网络大规模扩容,二层汇聚网络过大将成 为流量和业务的瓶颈。 (8)公网 IP 地址资源已经耗尽,IP 地址的短缺严重影响业务的发展,各 电信运营商已开始建设 IPV6 试商用网络, 但 NAT444 在短时间内将作为补充手段 进行建设,IP 城域网及周边系统需要进行调整建设。

三、 IP 城域网的演进 3.1、IP 城域核心节点演进
——开通市间核心节点直达电路。 以现在 IP 城域网架构,城域出口流量均通过运营商国干节点转发,随着城 域网流量的快速增长, 骨干网络设备的容量必将成为发展的潜在瓶颈,流量的多 层次穿越也将造成网络的整体投资明显增加。随着网络流量急剧增加。城域间采 用传输直达链路疏导流量成为必然的解决方案。 通过逐步开通省内互访流量较大 的市 IP 城域网核心之间直达电路,以减轻骨干节点扩容压力。 ——提升市核心节点平台容量,合理安排设备利旧。 大型 IP 城域网核心节点的扩容压力越来越大,随着 100G、 400G 交换平台路 由器的入网应用, 建议超级 IP 城域核心节点采用新的 100G 交换平台 (未来 400G 平台) ,40G 平台利旧至中小型城域网,超级城域核心节点重点扩容 100G(未来 40G)中继电路,中小型 IP 城域网重点扩容 40G 中继电路。通过充分利旧设备板 卡减轻投资压力。

3.2、业务控制层发展演进
——推进集成 MSE 发展。 IPTV、互联网视频、云计算的流量将占到 IP 城域网全部流量的 80%以上, 这部分业务提供现在集中在 IDC 内部, 而 IDC 一般集中设置在骨干网络和城域核 心位置,各运营商大部分采用省集中设置,城域内穿越流量较大。将视频业务和 云计算业务提供由骨干向边缘转移,向用户侧转移,能够有效降低网络的穿越流 量。 未来 IP 城域网的建设将采取 BAS 与 SR 合设向集成 MSE(Multi Service Edge)

发展,MSE 将具备视频推送能力、CDN 能力、计算能力、存储能力、网络连接能 力、用户管理能力等。通过业务提供边缘化,超过 50%的流量将终结在 MSE,城 域骨干和骨干网络的流量将大大减少, 流量分布的变化带来单位带宽的投资明显 下降,同时还具备了 CDN、IPTV、互联网视频、手机视频、IaaS 云计算的业务提 供能力,带来收入的增长。 ——业务控制层云化发展。 利用设备的 40G 或 100G 平台,将业务控制网关设备进行池组化,整个业务 控制层设备虚拟成一个或多个业务提供池,形成云网关,为下层用户提供本网络 层应提供的业务,为上层网络提供集中、简化、汇聚后的业务数据。 云化的业务控制层体现了少局所大容量的建设思路, 增强了业务控制层的安 全性、灵活性,并大大提高设备端口利用率,通过云池设备流量的高效收敛,减 少对 IP 城域网核心节点的电路扩容压力,同时业务能力的边缘化也极大的提升 了用户业务体验。

3.3、接入层的发展趋势
——推进 10GPON 应用,优化接入网络结构。 xPON 技术的广泛应用使接入网的覆盖半径由 2-3 公里扩展到 5-10 公里,融 合及云化的业务控制层将催生 10 万用户级的 MSE 节点,未来 T 级别的 MSE 设备 将成为主流,大容量,少局所的建设模式将得到进一步的发展。接入网络的架构 向 FTTH 发展,当 OLT 上行超过 4G 时,OLT 直接上联 BRAS 的成本更低,10GPON 得到广泛应用。网络层次由现在的 BRAS/SR—汇聚交换机—OLT---ONU--家庭网 关 5 个层次,演进到 MSE—OLT—OUN/家庭网关三个层次,接入网络逐步向扁平 化方向发展。

3.4、城域网向 IPV6 过渡演进
IPv4 与 IPv6 将在很长时间内共存。 如何实现共存期的应用互访和平滑演进, 是实现 IPv4 向 IPv6 成功过渡的基础。目前 IPv4 向 IPv6 过渡演进技术众多,包 括双栈、隧道、翻译等。建议现阶段建议采用方式有双栈或双栈+NAT444 方案, 在演进后期采用 DS-LITE 方案。 在城域网各层设备开启双栈协议, 同时支持 IPv4 和 IPv6 流量的上下行转发。 根据城域网设备情况,升级或新建 BRAS、CR 等设备开启 IPv4 和 IPv6 双栈,同

时将 AAA、DNS 等相关支撑系统升级支持 IPv6。由于 BRAS 设备数量较多,在实 际部署时,可根据用户及业务发展需求,逐步开启 IPv4 和 IPv6 双栈,以验证开 启双栈对设备的影响,在保障网络稳定可靠运行的情况下实现对双栈的支持。 由于双栈方式同时向用户提供 IPv4 服务,作为一种过渡方案无法完全解决 IPv4 地址短缺问题,因此在部署双栈时,可以同时引入 NAT444,采用 IPv4 私有 地址发展用户,即双栈+NAT444 方案。终端同时从运营商获得 IPv4 私有地址和 IPv6 地址,在运营商网络侧做一次 NAT444 转换。当网络演进到后期,终端和业 务大部分都是 IPv6 的时候,可以逐步减少 IPv4 地址,只给用户分配 IPv6 公网 地址。

结束语
IP 城域网是未来 IP 业务发展的关键,是云管道的基础。为了迎接超宽带、 高体验、高可靠 IP 城域网时代的来临,如何把握 IP 城域网的发展方向,将有限 的资金合理的投入到 IP 城域网建设,是值得各电信运营商网络建设者思考的问 题。建设一个灵活、高效的 IP 城域网是网络规划和设计的重点,运营商应通过 合适的技术构建超宽带、 低成本、 电信级、 绿色环保等面向未来的全业务城域网, 充分满足未来业务发展的需求。


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