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H3C方案-城域网大POP解决方案

发表于2016-11-18 02:13:33

从互联网诞生起,门户网站、电子邮件、网络社区、即时通信以及搜索引擎等新技术相继出现,极大地改变了人类沟通与生活的方式,报纸、图书、电话、电视传统媒体逐步被互联网化。 而如今云计算,大数据,移动通信,物联网,OTT等新的热点又开始大行其道,在可预见的将来,这些新的技术浪潮又将极大改变人们的生活,将传统的沟通方式拍倒在沙滩上。
面对汹涌的互联网技术革新浪潮,不进则退。对运营商来说,最重要的是网络基础设施能很好的适应这些不断革新的业务,提供更好的业务体验。在几个主要的领域内,宽带接入网建设思路比较清晰, google领先全球运营商推出了商用的Gigabit Fiber计划,实现千兆到户覆盖,在国内市场,运营商也在开始光纤建设计划,提供20~50M的宽带接入, 在可预见的未来几年, 百兆以及千兆的宽带覆盖将逐步成主流;在骨干网, 100G,设备集群等技术已经成熟;移动通信领域,LTE/WIFI开始进入规模的商用部署阶段;数据中心网络相关的虚拟化,大二层,DCI互联等技术也逐步开始标准化,明确了未来发展的方向。
为适应业务变革浪潮, 还有一块需要重点考虑的领域是城域网, 尤其是城域网的汇聚层建设,在这一层次,不仅要对接入,骨干网的上行、下行高速流量进行统一调度,还要对相关的业务进行可获得性的部署,比如为了提升业务体验,运营商需要把大量业务的CDN节点沉到汇聚点,让服务更靠近用户侧。所以城域网业务POP点是一个起到承上启下作用的关键层次。
一、 流量汇聚层的架构演变
城域网汇聚交换机组网的演化如下图所示:

图1:城域汇聚交换机组网演进

在业务发展的初期,城域网承载业务基本以宽带数据业务为主,组网中可以采取PON或者DSLAM设备直挂BRAS的方式,最大限度的发挥扁平化组网的优势,这种架构可以俗称为单边缘组网。
随着业务的发展, 比如IPTV, VOIP等业务的部署,需要运营商在POP业务汇聚点增加SR设备, 这时候就出现了如图1中间所示的双边缘组网架构, PON或者DSLAM的流量想要经过汇聚交换机分流到BRAS/SR设备,也被称之为双边缘组网。为了增加PON上行链路的以及汇聚节点交换机单点的可靠性,在汇聚交换机位置可以双节点部署,从而大大提高整个网络可靠性。
以上是普遍情况,实际中并不排除某些地方因各自原因而继续采用较传统的组网方式,比如继续采用单汇聚交换机,比如在某些人口较少的地方继续采用单边缘组网。
随着业务的进一步发展, 对流量汇聚设备的影响主要体现在两个方面,往下看, 因为用户带宽的提升与宽带渗透率的提高,要求设备提供更高的带宽;往上看的话, 随着提供给用户的业务不断增多, 需要汇聚设备分流的方向也越来越多。 因此摆在运营商面前的主要问题已经不是考虑继续“扁平化”组网的取舍, 而是怎么样对汇聚层进行改革而满足新的发展需求。

图2:大容量汇聚分流节点

新型的汇聚节点交换机必须要具备如下的特征:
大容量
能够提供高密万兆的100G平台产品,以一个覆盖2~3万用户的业务汇聚点计算,如果要为每户提供无收敛的100M带宽, 则每个汇聚设备必须提供200~300个高密度的10G端口,因此汇聚设备必须是要大容量的处理平台。
高性能 要能够严格无阻塞转发,突发流量大缓存。视频业务是对网络承载要求较高的业务:其流量较大,一路高清可能占10M以上的带宽,在微观尺度上, 视频报文又是按照一定的突发比率转发, 在用户体验侧, 对视频报文的丢包,延时等又比较敏感,因此,如果汇聚节点设备的性能跟不上,造成丢包, 则用户侧很容易感知到。
可靠性
故障切换时间毫秒级。由于汇聚分流节点在组网中承上启下的作用, 其可靠性的指标对网络整体可靠性能影响较大,比如对于汇聚节点本身的备份冗余,对于上下行双背链路的故障保护切换等, 在性能指标上, 故障收敛时间如果能控制在毫秒级别比较合适。
虚拟化
简化管理工作,简化网络架构,提升效率。在汇聚层分流节点引入虚拟化可以让网络架构更加合理有效, 比如汇聚节点两台设备采用N:1方案虚拟化为一台以后,管理起来非产方便。
综合以上分析的这些特点, 以Huawei Quidway 8500/9300等10GE平台为特征的传统交换机已不能满足新型城域网业务的组网需求,放眼未来, 数据中心级别的交换机产品将逐步承担起城域网汇聚分流节点的任务。
二、 业务部署区的架构演变
运营商城域网CDN的网络架构已经经历过了几个阶段的演化。

图3: 从单级cache到多级CDN的架构演变

如图所示, 在早期以数据业务和P2P下载为主的互联网时代, CDN或者cache节点一般部署在城域入口的位置。 把内容引入到城域网本地可以解决用户流量在骨干网的迂回,解决骨干网流量结算的问题。 对数据业务来说,并没有把内容进一步往下推到汇聚层的需求, 因为这时候占带宽最大的是P2P下载流量,流量在本地城域网的模型是“人人为我,我为人人”的方式,汇聚点没有内容缓冲的必要。
随着IPTV,数字电视,VOD点播等视频业务的开展, CDN架构逐步变为右侧的多级架构。 由于IPTV等业务基本是本地运营商自营业务, 因此以省或者城域为中心设立一级CDN,在地市城域网的业务汇聚层设置边缘CDN节点,,以内容的下沉来获取带宽与更好的服务响应,也有的CDN会部署到三级甚至四级。
目前, OTT是大家关注的焦点,它指的是谷歌、苹果、腾讯等互联网企业利用运营商的宽带网发展自己的业务,早已普及的QQ、正在兴起的网络视频以及各种移动应用商店里的应用都是OTT。
以Apple TV, Google TV作为代表的OTT TV业务发展迅猛,正在吞噬互联网的大量带宽,以Gartner的统计,目前互联网的视频流量已经占到了总流量的一半以上,而到2016年, 视频流量将占到互联网总流量的90%以上。
在全新的OTT商业模式下,SP向用户直接收费,运营商无法参与其中的利益分配, 而且其传统的业务也越来越受到OTT业务的挑战。 面对风起云涌的OTT业务,最好的选择时把这些OTT“引”进来,发挥网络平台的优势,为OTT提供差异化的价值服务,而不是“堵”出去。为了更好的承载越来越多的OTT业务, CDN架构必然要采用全分布式的CDN架构, 就是在汇聚层业务POP点构建大量的OTT CDN节点, 把OTT内容放在最靠近用户的地方,以此来帮ISP提升业务体验。

图4:全分布式的OTT业务CDN架构

在具体的“产品”包装上,除可以向ISP卖汇聚点机房空间, 机架空间,服务器资源,运营商如果建成云资源平台,向ISP出售云计算资源,则可以更好的符合业务发展的方向, 比如, 向OTT ISP出售可弹性扩展的虚拟与存储资源,可以帮助ISP在汇聚节点更快,更省的部署CDN。

图5:采用云计算IDC来构建新一代CDN资源池

为满足全分布式OTT CDN的部署需求, 有必要以云计算IDC技术来构建CDN资源池, 在汇聚层构建小型IDC, 进行云化, 让CDN成为云华平台上的资源,其构建要满足一下几个方面的要求:
模块化的业务分区设计:
从资源的角度讲, 计算、存储、网络以及安全要进行合理布置;从运营属性讲,运营商自营的CDN业务要与外部的业务进行区分;从OTT业务属性来说,不同OTT业务对承载要求不同,比如视频类的业务与搜索类的业务对网络要求不同,要进行合理规划。
高性能、高带宽以及高可靠的基础网络:
无论是传统还是云计算的数据中心,网络的性能,处理能力,高可靠都是必然要求的指标,比如在第一部分曾经提及的核心设备100G的处理平台,从而提供高密度10G口;对大规模突发数据的缓冲处理能力;以及网络在遇到故障时的快速倒换。
对计算资源虚拟化的支持:
网络接入层部署EVB标准化技术802.1Qbg,对VM做到接入和策略控制,与管理平台配合,实现VM策略自动下发。
为实现虚拟机在DC内的动态迁移,在DC内以VLAN构建二层组网环境。
为实现CDN计算资源在不同CDN节点间动态迁移和资源调配,CDN节点间可以采用PBB/SPB大二层组网技术进行互联。
网络虚拟化的要求:
首先要求是设备级别的N:1与1:N虚拟化, 比如以IRF为代表的N:1组网技术, 可以整合DC内网络拓扑,简化管理, 以MDC为代表的1:N的虚拟化技术,讲物理设备在逻辑上分为几个, 在DC内结合横向,纵向组网策略, 为网络的部署提供便利。
其二,在业务通道上的虚拟化技术,比如VLAN, MPLS VPN,SBP,PBB等,讲需要承载的虚拟化资源建立相应的业务通道;
从云计算业务的角度来看,当把计算和存储虚拟化资源卖给不同客户的情况下,还要网络层面适应多租户的组网需求,用虚拟化的网络业务为计算、存储虚拟化业务提供端到端的承载平台。这个需要主要是在网络管理平台来交付,网络侧要为管理平台的多租户业务提供管理接口。
三、 大POP核心区的建设与虚拟化整合
新业务的发展需要城域网POP点的网络架构进行全面的革新,从整体架构来看,需要分成三个大的区域来建设。
如第一部分所述, 汇聚区采用二层组网,采用高带宽,高性能的交换机设备, 对二层流量起到汇聚作用,同时减少SR设备高速端口的消耗。
业务区主要部署各种OTT业务的内容存储与业务计算资源,采用云计算,多租户的技术, 在POP点构建小型的云服务中心。
核心区是传统城域网中SR/BRAS的位置,其承担了用户IP网关的功能, 并担任业务网关,进行认证、计费和授权。在大POP点架构中,它处于核心位置,除过完成传统的网关功能, 还要打通汇聚区与业务区,完成业务互联,把资源就近下发到用户的高速管道。

图6:城域网大POP点网络架构

在大POP的建设上, 引入虚拟化技术,可以对网络架构进行有效的整合,帮助运营商更好的管理网络,更快的实施业务:
SR/BRAS设备N:1虚拟化整合:
在传统城域网中, BRAS/SR需要承担多种业务的业务网关,比如宽带业务,IPTV业务,企业大客户业务等。组网中,为加强这些重要网关节点的冗余保护能力, 需要部署多种组网技术, 比如,用于三层网关保护的VRRP保护组,用户二层VPLS保护的VPLS PW冗余保护技术, 用户三层MPLS VPN的 VPN FRR,MPLS LSP 隧道保护, 为加快收敛能力还要配置各种各样的BFD保护组。
如图,而在实际的组网中,最复杂的情况是在设备上同时配置上述的组网方案,而其配置的复杂性还要随着业务量的增加而增加。

图7、SR设备虚拟化改造带来技术上的简化部署
将中间两台SR设备通过IRF虚拟化技术,简化成一台以后,SR设备只需结合上跨设备的链路聚合特性,就可以替代一大堆传统的组网保护技术。
端到端设备N:1虚拟化整合:

图8虚拟化技术对组网链路的整合
在组网中,业务区、汇聚区和核心区的设备都是节点冗余, 为提高可靠性,中间的链路都是双向交叉连接,连线较多,如果是二层链路要启用MSTP或者快设备捆绑; 如果是三层链路,可能还需要配置更多的IP三层接口。通过IRF将三个区域中的双节点设备整合以后,网络的架构变得更加简洁。
四、 总结

为适应互联网业务的飞速发展, 运营商需要将城域网汇聚层的建设思路进行较大调整,构建数据中心级的大POP。传统汇聚交换机因为处理性能的落后, 需要以数据中心级别的交换机来替代;另外,为提升各类OTT的业务体验,运营商需要将传统的CDN向云计算化的方向发展, 构建全分布式的CDN架构,按照云化的要求来构建业务区的基础网络设施。 在业务汇聚点的传统BRAS/SR网关设备也可以考虑以虚拟化为代表的技术升级,使大POP网络简单,高效得发挥作用。