劉志華 鄧永平 徐建鋒 2006/09/15
以IP技術為基礎的數(shù)據(jù)業(yè)務正在快速發(fā)展，同時許多網(wǎng)絡和業(yè)務都在圍繞IP技術進行融合，IP網(wǎng)絡作為多業(yè)務承載平臺是網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢，正在蓬勃發(fā)展和緊鑼密鼓準備中的NGN和3G業(yè)務網(wǎng)絡以及逐漸興起的IPTV業(yè)務，需要充分依賴于IP網(wǎng)絡技術。另外，以MPLS技術為基礎的VPN企業(yè)互聯(lián)業(yè)務市場需求強勁，高質量要求的IDC業(yè)務也是將來新的業(yè)務增長點。面對競爭和多業(yè)務融合發(fā)展的需求，許多電信運營商作出了網(wǎng)絡技術轉型的重大戰(zhàn)略舉措——建設具有融合多業(yè)務能力的IP/MPLS承載網(wǎng)絡。業(yè)務對網(wǎng)絡的需求
電信業(yè)務發(fā)展的整體趨勢是從話音到數(shù)據(jù)、視頻綜合的多媒體業(yè)務，具體地說，可以大致分為語音、交互式視頻（視頻會議、可視電話等）、流媒體視頻（IPTV、視頻監(jiān)控等）、企業(yè)互連和數(shù)據(jù)等業(yè)務，每類業(yè)務又存在多種實際業(yè)務形式。不同業(yè)務特征存在較大的差別，對承載網(wǎng)絡存在不同的需求。
因此，這些業(yè)務的融合客觀上需要有與之相適應的承載網(wǎng)絡。業(yè)務的發(fā)展對承載網(wǎng)絡提出了新的要求：業(yè)務量的快速增長對網(wǎng)絡承載能力提出挑戰(zhàn)；話音、交互式視頻、流媒體業(yè)務對IP網(wǎng)絡QoS提出更高的要求，同時要求網(wǎng)絡具有快速路由收斂和故障保護能力；IPTV流媒體業(yè)務客觀上要求網(wǎng)絡具有組播（Multicast）能力；企業(yè)互連提出了MPLSVPN組網(wǎng)要求，多數(shù)大企業(yè)存在語音、視頻、商業(yè)交易等多業(yè)務同時運行需求，對網(wǎng)絡QoS提出了新的要求；業(yè)務盈利模式對QoS的差異化要求。
因此，多業(yè)務融合IP承載網(wǎng)絡應該是因特網(wǎng)與電信網(wǎng)技術的結合，即IP/MPLS＋QoS模式。應當是有服務質量保證、安全、可維護、可管理的電信級IP網(wǎng)絡。
網(wǎng)絡組織與路由設計
網(wǎng)絡組織
多業(yè)務融合IP承載網(wǎng)絡設計的總體目標是要達到“容量可擴展、用戶可識別、業(yè)務可區(qū)分、質量可控制、網(wǎng)絡可管理”。設計思路是實現(xiàn)“骨干網(wǎng)絡簡潔化、業(yè)務實現(xiàn)邊緣化、網(wǎng)絡結構高效化、流量調(diào)整靈活化、故障影響局部化”。
網(wǎng)絡建設規(guī)模根據(jù)業(yè)務發(fā)展的需求進行設計，按照如下原則進行：設備交換容量（最大端口配置容量）根據(jù)今后3年的流量預測設計，鏈路帶寬按照當前的流量預測設計，盡量做到網(wǎng)絡建成后的幾年內(nèi)不再進行節(jié)點和設備擴容，只要增加鏈路帶寬和相應的接口卡，保證多業(yè)務融合IP承載網(wǎng)絡的相對穩(wěn)定。在網(wǎng)絡覆蓋方面，要考慮到網(wǎng)絡扁平化的原則，使業(yè)務能力直接覆蓋到全國大多數(shù)城市節(jié)點，通過少量的延伸方式實現(xiàn)業(yè)務全國覆蓋；同時，還需要考慮到電信運營上海外擴張發(fā)展的需要，在業(yè)務發(fā)展前景好的海外城市節(jié)點實現(xiàn)網(wǎng)絡覆蓋。此外，還需要考慮與其它現(xiàn)有網(wǎng)絡（如CN2與ChinaNet）并行運行和故障備份的要求，在關鍵的城市節(jié)點進行互連。
網(wǎng)絡設計包括兩個網(wǎng)絡功能層面和4個網(wǎng)絡結構層次，實現(xiàn)承載和業(yè)務提供相對獨立。兩個功能層面分別是高速轉發(fā)層（骨干網(wǎng)絡）和業(yè)務提供層；4個結構層次是核心層、匯接層、邊緣層和業(yè)務接入層。骨干網(wǎng)絡只負責數(shù)據(jù)的高速轉發(fā)，設備互通問題相對較少，可以適當引入多廠商設備，降低網(wǎng)絡建設成本；業(yè)務提供層使用同一廠商設備，以減少業(yè)務互通障礙，保證業(yè)務提供，便于業(yè)務管理。所有業(yè)務在邊緣實現(xiàn)，只能通過業(yè)務路由器（SR/PE）接入，包括軟交換、視頻會議、VPN業(yè)務、互聯(lián)網(wǎng)專線、ATM/FR/DDN業(yè)務接入等等。業(yè)務升級或者新業(yè)務的增加、安全控制等只須在邊緣層進行，保證骨干網(wǎng)絡的穩(wěn)定。運營商內(nèi)部網(wǎng)絡間互連通過骨干網(wǎng)絡，比如城域網(wǎng)互連、IDC等等。
拓撲設計的思路是，在保證網(wǎng)絡層次化的同時實現(xiàn)網(wǎng)絡扁平化，提高網(wǎng)絡效率、實現(xiàn)路由路徑最短化。以業(yè)務量為依據(jù)，打破行政區(qū)域，實現(xiàn)跨省匯接、減少匯接節(jié)點、減少匯接層次、減少端到端路由跳數(shù)；在核心節(jié)點、匯接節(jié)點和邊緣節(jié)點重疊的節(jié)點，內(nèi)部簡化為一個層次。核心節(jié)點的選擇，充分考慮業(yè)務流量、傳輸資源狀況和地理位置因素，根據(jù)業(yè)務QoS、網(wǎng)絡容災和轉發(fā)效率要求，采用全網(wǎng)狀結構互連，保證在正常情況下，核心節(jié)點間延時小于15ms；同一局向之間至少使用兩條鏈路互連，采用不同的傳輸路由，相互之間優(yōu)先備份，控制故障影響的范圍。匯接節(jié)點設置根據(jù)流量流向，充分考慮網(wǎng)絡結構的優(yōu)化，打破行政區(qū)域限制，至少連接兩個核心節(jié)點，實現(xiàn)兩個局向負載分擔、故障備份；在經(jīng)濟緊密聯(lián)系、互相之間通信量大的部分省份，引入?yún)^(qū)域網(wǎng)絡概念，實現(xiàn)跨省匯接，同時邊緣節(jié)點可以直接連接核心節(jié)點。此外，對于業(yè)務量較小的地市，不單獨設置節(jié)點，而是就近合并城域網(wǎng)，控制節(jié)點數(shù)量。
路由設計
路由設計要求實現(xiàn)網(wǎng)絡流量的均衡性，實現(xiàn)流量調(diào)整的靈活性。如前面所述，網(wǎng)絡結構設計采用了扁平化的設計思路，同樣在路由設計上也采用扁平化的思路。將大顆粒的省份和城市分布在不同的局向，保證整體上流量均衡，通過IGP路由策略實現(xiàn)；以城域網(wǎng)為單元進行微調(diào)，使用IGP和BGP相結合的調(diào)整方法，盡量實現(xiàn)流量均衡，提高鏈路利用率，控制鏈路利用率均衡性相差在20％以內(nèi)。
在IGP設計方面，還要求實現(xiàn)網(wǎng)絡故障情況下具有良好的控制能力、加快網(wǎng)絡收斂時間、提高網(wǎng)絡的穩(wěn)定性、適當控制IGP路由表容量。IGP采用簡單高效穩(wěn)定的ISIS協(xié)議，所有路由器在同一ISIS Level 2平面內(nèi)，通過科學的Metric設計，可以有效控制鏈路故障影響范圍。
關鍵技術應用設計
MPLS設計
MPLS技術發(fā)展相對成熟，但在中國全國范圍這樣大規(guī)模的網(wǎng)絡上部署，在世界范圍內(nèi)還是首次，具有極大的挑戰(zhàn)性。對于多業(yè)務融合IP承載網(wǎng)絡，MPLS技術應用是全面提供新型業(yè)務，尤其是VPN業(yè)務和FRR保護。MPLS技術最大的挑戰(zhàn)是其標簽的分發(fā)能力、標簽收斂速度、標簽表和標簽轉發(fā)表容量、標簽表的維護能力等。多業(yè)務融合IP承載全網(wǎng)所有路由器運行MPLS，采用LDP協(xié)議分發(fā)標簽，為控制標簽表和標簽轉發(fā)表的數(shù)量，全網(wǎng)只針對關鍵的路由進行標簽分發(fā)；同時為提高標簽收斂速度，全網(wǎng)所有路由器LDP相關定時器進行優(yōu)化設定，并統(tǒng)一標簽的發(fā)布和管理模式。
MPLS流量工程TE可以實現(xiàn)流量均衡、提高帶寬利用率，基于TE的FRR可提供50ms級別的鏈路、節(jié)點保護，能夠更好地滿足實時業(yè)務的要求。多業(yè)務融合IP承載網(wǎng)絡，如CN2網(wǎng)絡，運行初期帶寬相對充足，TE對提高帶寬利用率、緩解網(wǎng)絡擁塞的作用并不明顯也不迫切。而目前DWDM提供的10G/2.5G波分鏈路沒有保護機制，無法滿足50ms級別的鏈路保護的要求，使用FRR則可以實現(xiàn)這一目的。
QoS設計
QoS技術是統(tǒng)一承載網(wǎng)絡內(nèi)部資源分配的手段，是將統(tǒng)一的IP承載網(wǎng)絡邏輯上分為不同的資源子網(wǎng)。比如3G，軟交換、MPLS VPN、ATM等都可以單獨建網(wǎng)，現(xiàn)在采用IP/MPLS技術建設融合網(wǎng)絡，所有網(wǎng)絡業(yè)務容量疊加，通過QoS技術分配資源給不同的業(yè)務。多業(yè)務融合IP/MPLS承載網(wǎng)絡設計中，需要考慮在鏈路適度輕載的基礎上，全網(wǎng)部署基于DiffServ的QoS技術，提供不同等級的服務，針對不同等級業(yè)務分配不同的冗余資源，滿足高等級業(yè)務的突發(fā)，保證高等級業(yè)務不受低等級業(yè)務的影響，實現(xiàn)語音、數(shù)據(jù)和視頻等不同業(yè)務在同一張網(wǎng)絡上的融合承載。
網(wǎng)絡組播設計
由于IPTV類型業(yè)務占用的帶寬高，可以利用廣播形式提供業(yè)務，因此客觀上要求承載具有組播能力。在具體設計中，在全網(wǎng)開啟組播功能，采用ASM模型進行部署，整個骨干網(wǎng)絡設置為一個PIM-SM域，并通過設置組播邊界、分組過濾等對組播流量進行控制和管理。骨干網(wǎng)RP設置在核心節(jié)點信息源較集中的位置。多業(yè)務融合IP承載通過MBGP和MSDP協(xié)議實現(xiàn)跨域組播，連接城域網(wǎng)，并為企業(yè)客戶以及ICP等提供中國電信的組播業(yè)務。
IPv6設計
IPv4存在地址空間及在應用管理靈活性、安全性等方面的缺陷，使互聯(lián)網(wǎng)逐漸轉向以IPv6為基礎的下一代互聯(lián)網(wǎng)是不可避免的大趨勢。因此，網(wǎng)絡設計要求具有運行IPv6的能力，所有的路由器具備運行IPv4/IPv6雙協(xié)議棧的能力，同時使IPv6業(yè)務具備硬件轉發(fā)的能力。
對于CN2網(wǎng)絡，鑒于IPv6技術及其業(yè)務發(fā)展還處于試驗發(fā)展之中，商用業(yè)務還較少，因此初期暫不在全網(wǎng)P設備啟用IPv6功能，通過在全網(wǎng)PE路由器上部署MPLS6PE功能，利用MPLS多協(xié)議能力承載IPv6接入商用業(yè)務，可使IPv6業(yè)務在全網(wǎng)范圍內(nèi)開展。
網(wǎng)絡安全設計
在網(wǎng)絡安全設計方面，多業(yè)務融合IP承載網(wǎng)絡需要在網(wǎng)絡結構、路由協(xié)議、防攻擊、控制垃圾流量等各個方面進行安全的設計。
設備要求
多業(yè)務融合IP承載網(wǎng)絡的目標是大容量、高質量、高安全和可管理的多業(yè)務承載網(wǎng)絡，不僅要求路由器具有大容量高性能，還要求具備IGP/BGP快速路由收斂、MPLS VPN和FRR、組播、QoS、IPv6能力，還需要支持各類協(xié)議平穩(wěn)重啟和流量采集等技術（xFlow等）。
如在CN2網(wǎng)絡設計中，根據(jù)業(yè)務量預測和網(wǎng)絡結構設計的需要，骨干P路由器采用了A、B、C三檔次的高端路由器設備，業(yè)務PE路由器采用D、E兩個檔次的設備。不同檔次設備的容量要求不同，對于業(yè)務路由器要求具有豐富的業(yè)務特征。設備選型過程中，所有類型的路由器都經(jīng)過了嚴格的測試。測試數(shù)據(jù)表明，通過IP網(wǎng)絡設備能夠勝任多業(yè)務承載網(wǎng)絡的要求。今后，隨著多業(yè)務融合IP承載業(yè)務增長，容量不斷擴大，多業(yè)務融合IP承載將逐步進行多機級聯(lián)集群技術，試驗使用更高速率的接口類型。
綜上所述，多業(yè)務融合IP/MPLS承載網(wǎng)絡可為電信網(wǎng)絡的發(fā)展奠定一個統(tǒng)一的有高質量保證的業(yè)務承載平臺。通過精心設計、部署、網(wǎng)絡驗收測試以及多種業(yè)務加載運行，充分表明IP/MPLS多業(yè)務融合網(wǎng)絡能夠實現(xiàn)承載包括企業(yè)VPN互聯(lián)、軟交換、3G、IPTV、視頻會議、視頻監(jiān)控、高質量大客戶互聯(lián)網(wǎng)專線接入和高質量IDC等有QoS保證需求的關鍵業(yè)務。有理由相信，這種網(wǎng)絡的建設將加快電信運營商的網(wǎng)絡與技術轉型，也在很大程度上促進我國網(wǎng)絡業(yè)務的全面發(fā)展和向融合網(wǎng)絡的演進步伐。
