近年來，家庭使用者接入帶寬的成倍提升，4K高清、物聯網等新業務的高速發展，傳統電信營運商面臨着裝置資源使用率低、管理維護複雜及新業務開通緩慢等挑戰。伴随SDN、NFV和雲計算等新技術的逐漸成熟，業界紛紛将這些新技術應用于電信網絡的轉型實踐，将傳統電信機房改造為靈活開放的電信雲，進而實作CT和IT的有機結合和良性互補。
本文将首先介紹中國移動在固定網絡方面的演進思路。其次，鑒于BRAS裝置是家寬業務接入的核心網元，後續章節将主要圍繞BRAS進行架構和技術方面的論述。
固定網絡新思路和新架構
在網絡架構設計上，中國移動推動以語音和資料為核心的設計架構向以内容和流量為核心的資料中心網絡架構改變。在該架構下，主要包括核心TIC層和邊緣TIC層。
核心TIC層：核心TIC以控制/管理/排程職能為核心，主要承載控制面網元和集中化的媒體面網元、CDN和骨幹流量轉發。
邊緣TIC層：邊緣TIC主要面向三大媒體面，以承載媒體流終結功能為主。
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圖1 新型網絡總體架構圖
将固定寬帶網絡應用于以TIC為基礎的新型網絡架構中，涉及到的網元主要包含BRAS-CP(BRAS控制面)、BRAS-UP(BRAS轉發面)、s-CPE(業務CPE)以及實體CPE。其各自的功能和定位如下。
BRAS-CP和BRAS-UP屬于BRAS的範疇：
BRAS-CP定位為使用者控制管理部件，部署于核心TIC，負責使用者接入管理、認證計費、使用者會話及政策管理等;
BRAS-UP定位為L3網絡邊緣及使用者政策執行部件，部署于邊緣TIC，負責流量轉發及使用者流量控制等。
s-CPE和實體CPE屬于CPE的範疇:
S-CPE部署于邊緣TIC，定位為使用者應用中心，包含家庭使用者的各種業務平台及增值服務;
實體CPE部署于使用者側，定位為使用者管道中心，負責使用者流量接入營運商網絡。
其中，BRAS-CP和BRAS-UP的概念來源于轉控分離vBRAS技術，下文将主要圍繞該技術進行相關探讨。
轉控分離vBRAS技術
傳統BRAS裝置作為使用者接入的網關和IP網絡的邊緣，面臨着巨大挑戰。
傳統BRAS面臨的挑戰
資源使用率低：傳統BRAS既作為使用者接入認證計費的網關，又作為IP網絡的3層邊緣，控制面和轉發面緊耦合在一起，導緻在性能處理上互相影響，無法充分發揮控制面和轉發面的性能極限。
管理維護複雜：由于BRAS裝置數量衆多，網絡在部署一個全局業務政策時，需要逐一配置每台裝置。這種配置模式很難随着網絡規模的擴大和新業務的引入，實作對業務的高效管理和對故障的快速排除。
業務開通緩慢：由于控制平面和資料平面深度耦合，且在分布式網絡控制機制下，導緻任何一個新技術的引入都嚴重依賴現網裝置，并且需要多個裝置同步更新，使得新技術的部署周期較長，嚴重制約網絡的演進發展。
轉控分離vBRAS技術架構
為全面應對傳統BRAS面臨的挑戰，中國移動率先提出了控制轉發徹底分離的全新vBRAS架構(如圖2)，BRAS控制面集中部署且采用虛拟化/雲化技術實作，BRAS轉發面分布式部署且采用高性能硬體，實作BRAS轉發面、控制面的徹底分離和解耦。在轉發面的裝置形态選擇上，初期重點考慮高性能，是以主要采用基于NP的硬體裝置，下一步存在多種選擇，一是推動實作通用化的轉發硬體裝置，二是提升x86虛拟化轉發面的性能。
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圖2 控制轉發分離vBRAS架構圖
這種控制轉發分離的vBRAS架構有如下特點：
轉發面、控制面完全分離，破除轉發面和控制面的緊耦合，有利于分别靈活擴容，互相不為限制。
對控制面進行集中化/雲化，更易于集中管控，雲化有助于彈性擴縮容，簡化運維。
對轉發面進行本地化，轉發面流量大，本地化可以實作大流量本地解除安裝。
控制面采用軟體實作，控制面屬于計算密集型，适用于軟體實作。
轉發面可采用硬體實作，轉發面屬于流量密集型，适用于高性能硬體實作。其中，對于大session小流量場景可以采用虛拟化實作。
控制面與轉發面之間采用标準接口，推動高性能轉發面的标準化、通用化。
該架構的優勢明顯，轉發控制完全分離，徹底解耦，靈活性高。其中的x86(控制面)專注于計算密集型的表項管理，而采用專用硬體的轉發面專注于大流量轉發，物盡其用、專注高效，可以徹底解決傳統BRAS面臨的各種挑戰。
轉控分離vBRAS功能劃分
從功能上看，控制轉發分離vBRAS主要包括控制面(BRAS-CP)和轉發面(BRAS-UP)兩個部分。
其中，控制面(BRAS-CP)定位為使用者控制管理部件，主要包含使用者控制管理(UCM)、使用者接入控制、使用者認證授權計費、位址管理(AM)、配置管理(CM)等功能子產品。
轉發面(BRAS-UP)定位為3層網絡邊緣及使用者政策執行部件，主要包含流量轉發、QoS、流量統計等純轉發面功能，以及單點傳播路由協定、多點傳播路由協定、MPLS(LDP/TE)等管道類控制面功能。把單點傳播、多點傳播、路由等管道類控制面功能保留在BRAS-UP，主要原因是目前BRAS層面流量不均衡問題并不明顯，不需要移入控制層面然後利用SDN技術解決流量不均衡問題;另外，如果隻考慮BRAS的虛拟化和SDN化，無法有效解決城域網流量均衡問題。将來針對流量均衡問題的解決，需要将BRAS、SR、CR等網元的控制面都納入SDN Controller統籌考慮，才能進行流量的全局排程進而實作均衡(如圖3)。
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圖3 控制轉發分離vBRAS功能劃分
轉控分離vBRAS接口
對于控制轉發分離vBRAS架構的接口，主要包含控制面(BRAS-CP)向上的北向接口以及控制面(BRAS-CP)和轉發面(BRAS-UP)之間的南向接口。
其中，控制面(BRAS-CP)和轉發面(BRAS-UP)之間的南向接口共有3種類型：
封包上送接口：建議采用VxLAN技術，實作BRAS-CP和BRAS-UP之間PPPoE接入控制封包以及Radius認證授權計費封包的上送和下發;
配置下發接口：建議采用Netconf協定，實作集中化BRAS-CP對衆多BRAS-UP的統一自動化配置;
表項下發接口：建議對OpenFlow協定進行擴充，進而滿足BRAS-CP對BRAS-UP的使用者表項下發的需求，實作BRAS-CP對BRAS-UP行為的統一管控。
控制面(BRAS-CP)向上的北向接口，作為整個控制轉發分離vBRAS系統的統一對外接口，主要用于完成與業務系統以及EMS等系統的對接，實作業務系統對vBRAS能力的統一調用。
中國移動将會以BRAS-CP為核心，推動接口标準化，實作轉發面和控制面的徹底解耦、促進網絡能力開放(如圖4)。
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圖4 控制轉發分離vBRAS接口劃分
轉控分離vBRAS使用者接入流程
轉控分離vBRAS系統支援使用者PPPoE&IPoE動态接入，以PPPoE流程為例，具體流程如圖5。
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圖5 PPPoE使用者接入流程
在PPPoE流程開始前，首先需要打通BRAS-CP和BRAS-UP之間的配置通道,可以通過EMS直接對BRAS-CP和BRAS-UP進行配置來實作配置通道的打通。配置通道打通後，BRAS-CP可通過該通道來配置封包上送通道和表項下發通道。BRAS-CP可實作對其所管理的所有BRAS-UP的統一配置，包括BRAS接口的相關配置以及QOS模闆的配置等。
BRAS-UP接收到使用者PPPoE接入封包，BRAS-UP通過封包上送通道上送到BRAS-CP。BRAS-CP處理PPPoE狀态機，觸發AAA認證及位址配置設定，通過封包上送通道下發回應封包到BRAS-UP，BRAS-UP将響應封包發送回使用者。
BRAS-CP建立使用者轉發表，并同步到使用者表資料庫。通過表項下發通道，BRAS-CP将使用者轉發表、使用者位址路由資訊下發到給BRAS-UP，BRAS-UP運作路由協定，生成網絡轉發表項，并将使用者路由釋出到網絡側，使得下行流量直接回到BRAS-UP。BRAS-UP收集使用者上下行流量統計資料、計費資訊、告警資訊并通過表項下發通道定期上送給BRAS-CP。
轉控分離vBRAS架構實作難點和名額要求
1)BRAS-CP和BRAS-UP之間接口
主要接口有封包上送接口(可選擇方案為vxlan)、配置下發接口(Netconf協定或openflow協定)、表項下發接口(OpenFlow協定)，其中與性能相關的主要是BRAS-CP可承載的并發會話數以及使用者上線速率。對于并發會話數要求BRAS-CP可承載1000萬以上，對于使用者上線速率要求達到10k/秒以上。
2)熱備/冗災備份
a.完成從傳統的電信化的容災備份向IT化的容災備份的過渡，實作N：1的熱備;
b.備份完成倒換後，表項的同步時間和速率，需要進行關注，應優于傳統BRAS裝置的故障重新開機時間。
總結和展望
推動固網結構向新型網絡轉變是業務和網絡發展的必然趨勢，新型的轉發控制分離架構和NFV/SDN技術為網絡架構的轉變打下了堅實的技術基礎，通過分階段逐漸推進固定網絡的重構、控制面功能原子化及轉發面通用化，一定能夠打造出面向業務和使用者高效靈活的下一代電信網絡。
原文釋出時間為：2017-03-16
本文作者：胡淑軍、黃璐、韓瑞波
本文來自雲栖社群合作夥伴“51CTO”，了解相關資訊可以關注“51CTO”
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