凝聚產(chǎn)業(yè)力量，加速轉(zhuǎn)控分離vBRAS商用推進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)化落地

中國移動研究院|胡淑軍 秦鳳偉 楊新國

在下一步的工作中，中國移動將攜手業(yè)界伙伴，進(jìn)一步推進(jìn)轉(zhuǎn)控分離vBRAS技術(shù)接口的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程、推動轉(zhuǎn)發(fā)面UP技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化和成熟。

當(dāng)前vBRAS已引起業(yè)界的廣泛關(guān)注。SDN/NFV產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟近日發(fā)布了《vBRAS技術(shù)白皮書》，該白皮書由中國移動、中國電信、中國聯(lián)通和中國信通院聯(lián)合牽頭，華為、中興、新華三、諾基亞及賽特斯等廠家共同參與完成編制，主要圍繞轉(zhuǎn)控分離vBRAS介紹其總體方案、關(guān)鍵技術(shù)及未來演進(jìn)。白皮書的發(fā)布標(biāo)志著轉(zhuǎn)控分離vBRAS技術(shù)方向已成為業(yè)界共識。而近日中國移動完成的業(yè)界首次千萬級vBRAS測試則表明其在技術(shù)上已初步具備商用條件。當(dāng)然，在轉(zhuǎn)控分離vBRAS技術(shù)不斷取得突破的同時，還有像接口標(biāo)準(zhǔn)化、UP通用化及固移融合等問題有待進(jìn)一步的研究和解決，而這些問題的最終解決依賴于業(yè)界的共同努力、攜手合作。

產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟白皮書主要介紹了轉(zhuǎn)控分離vBRAS的相關(guān)技術(shù)及未來演進(jìn)，通過凝聚產(chǎn)業(yè)力量加速轉(zhuǎn)控分離vBRAS的成熟商用和標(biāo)準(zhǔn)化落地。本文將重點(diǎn)摘取其中的轉(zhuǎn)控分離vBRAS定義、控制面CP和轉(zhuǎn)發(fā)面UP關(guān)鍵技術(shù)、C/U間接口技術(shù)等內(nèi)容進(jìn)行探討。

轉(zhuǎn)控分離vBRAS的定義

轉(zhuǎn)控分離vBRAS是指借鑒SDN和NFV的技術(shù)思路，結(jié)合CT與IT的技術(shù)優(yōu)勢，充分考慮運(yùn)營商現(xiàn)實(shí)場景需求，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離、控制面虛擬化集中化、轉(zhuǎn)發(fā)面虛實(shí)共存的vBRAS系統(tǒng)。轉(zhuǎn)控分離vBRAS系統(tǒng)包含控制面BRAS-CP、轉(zhuǎn)發(fā)面BRASUP及C/U之間的標(biāo)準(zhǔn)化接口，因此又稱為C/U分離vBRAS系統(tǒng)。

轉(zhuǎn)控分離vBRAS架構(gòu)如圖1所示，具有如下特點(diǎn)。

● 轉(zhuǎn)發(fā)控制分離：參考SDN技術(shù)思路，vBRAS的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面需要通過分離及接口標(biāo)準(zhǔn)化來實(shí)現(xiàn)解耦。

● 控制面CP虛擬化實(shí)現(xiàn)，集中式部署：借鑒NFV虛擬化優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)CP依據(jù)服務(wù)用戶規(guī)模彈性提供；集中式部署實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)一管控和調(diào)度。

圖1 轉(zhuǎn)控分離vBRAS架構(gòu)

● 轉(zhuǎn)發(fā)面虛實(shí)共存、多樣化部署：借鑒傳統(tǒng)BRAS高性能優(yōu)勢，對于面向大流量場景的UP采用高性能硬件技術(shù)實(shí)現(xiàn)且分布式部署；而面向大Session小流量場景的UP則采用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)且集中式部署。

表1 各種轉(zhuǎn)發(fā)面技術(shù)對比

控制面CP和轉(zhuǎn)發(fā)面UP關(guān)鍵技術(shù)及未來演進(jìn)

控制面CP目前已經(jīng)支持千萬級海量用戶的接入、分布式數(shù)據(jù)庫、異地容災(zāi)及彈性擴(kuò)縮容等關(guān)鍵技術(shù)，基本可以滿足運(yùn)營商的現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際需求。未來，控制面CP將繼續(xù)向著云化和北向開放的方向演進(jìn)。

轉(zhuǎn)發(fā)面UP目前主要基于NP技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而未來的轉(zhuǎn)發(fā)面是各種技術(shù)的融合與妥協(xié)，它既需要較高的性能及可編程性，也需要一定的通用性。轉(zhuǎn)發(fā)面UP的可選技術(shù)主要包括NP、ASIC、x86和P4，各種技術(shù)能力對比如表1所示。

從表1可見，ASIC轉(zhuǎn)發(fā)面的主要問題是可編程性差而無法滿足BRAS多業(yè)務(wù)接入的需求，x86轉(zhuǎn)發(fā)面的主要問題是性能差而無法滿足運(yùn)營商高性能轉(zhuǎn)發(fā)要求，而P4技術(shù)的發(fā)展還不太成熟。對于NP轉(zhuǎn)發(fā)面，盡管其可以滿足性能要求和多業(yè)務(wù)接入需求，但在技術(shù)通用性方面還有待提升。從目前的發(fā)展來看，各種轉(zhuǎn)發(fā)面技術(shù)也在逐漸相互融合、取長補(bǔ)短。比如，ASIC轉(zhuǎn)發(fā)面也在提升可編程能力，而x86轉(zhuǎn)發(fā)面也在考慮采用智能網(wǎng)卡等方式提升性能。

C/U間接口技術(shù)

BRAS-CP和BRAS-UP之間有3類通信接口需求，分別為用于傳送PPPoE/IPoE撥號報文的業(yè)務(wù)接口、用于下發(fā)用戶轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)的控制接口以及用于自動化下發(fā)UP配置的管理接口。由于這3類接口性質(zhì)完全不同，因此分別采用不同的協(xié)議來承載這3種接口。通用的OpenFlow協(xié)議承載該接口。鑒于OpenFlow協(xié)議并未考慮BRAS的需求，需要對OpenFlow協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展。目前，中國移動正在聯(lián)合多個廠商在IETF同步推進(jìn)控制接口新標(biāo)準(zhǔn)CUSP。

圖2 轉(zhuǎn)控分離vBRAS接口

CP向UP下發(fā)的用戶轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)信息主要包括以下幾方面。

● 用戶標(biāo)識類信息：Session ID、用戶MAC、用戶IP、內(nèi)外層VLAN等用戶信息。

● 用戶策略類信息：出方向用戶限速Cir/Pir/Cbs/Pbs、入方向用戶限速Cir/Pir/Cbs/Pbs以及用戶優(yōu)先級等。

● 地址段下發(fā)信息：包括地址段、掩碼等。

管理接口Im：用于CP向UP下發(fā)相關(guān)配置，配置信息的下發(fā)采用Netconf協(xié)議。CP向UP下發(fā)的業(yè)務(wù)配置主要3類。

● BRAS通道配置：包括OpenFlow和VxLAN通道的配置。

● BRAS業(yè)務(wù)策略模板配置：QoS模板配置和ACL模板配置。

● BRAS業(yè)務(wù)接口配置：包括BRAS子接口、VLAN的配置等。

中國移動成功完成業(yè)界首次千萬級vBRAS測試

中國移動本次千萬級轉(zhuǎn)控分離vBRAS測試重點(diǎn)針對千萬級用戶Session支持、控制面CP異地容災(zāi)、虛實(shí)共管、高可靠性及高安全性保障等關(guān)鍵特性，并充分覆蓋了傳統(tǒng)BRAS的全部業(yè)務(wù)功能、性能以及可靠性需求。

轉(zhuǎn)控分離vBRAS接口如圖2所示，CP與UP之間的接口包括業(yè)務(wù)接口Is、控制接口Ic和管理接口Im。

業(yè)務(wù)接口Is：用于在CP與UP之間傳遞PPPoE和IPoE的撥號報文。由于需要在CP和UP之間跨越三層網(wǎng)絡(luò)傳遞完整的二層封裝報文，因此該接口采用VxLAN協(xié)議承載。在業(yè)務(wù)接口的設(shè)計上，需要重點(diǎn)考慮的問題是在UP上送撥號報文的同時，如何將用戶的精綁定信息（包括設(shè)備編號、槽位編號、子槽位編號、端口編號及端口類型等）也一并上送，以供Radius服務(wù)器做用戶認(rèn)證。用戶精綁定信息上送可采用VxLAN GPE擴(kuò)展方案。

控制接口Ic：用于CP向UP下發(fā)用戶轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)以及UP向CP上報業(yè)務(wù)事件。由于是動態(tài)下發(fā)控制表項(xiàng)的需求，因此采用業(yè)界

本次測試是正式商用的重要基礎(chǔ)，為中國移動后續(xù)大規(guī)模vBRAS商用部署提供了可靠的實(shí)踐依據(jù)。本文重點(diǎn)針對千萬級用戶session支持、虛實(shí)共管及高可靠性安全性保障進(jìn)行介紹。

圖3 千萬級CP架構(gòu)參考圖

● CP千萬級用戶Session支持及異地容災(zāi)：基于中國移動TIC架構(gòu)，控制面CP部署在核心TIC里，其覆蓋的寬帶用戶規(guī)模應(yīng)該達(dá)到千萬級Session的要求。中國移動研究院引領(lǐng)業(yè)界完成了千萬級CP的架構(gòu)設(shè)計（推薦的千萬級CP架構(gòu)參考圖如圖3所示），并通過引入分布式云化數(shù)據(jù)庫，將vBRAS系統(tǒng)會話容量、撥號上線及下表速率進(jìn)行了大幅提升，實(shí)現(xiàn)了千萬級會話容量、撥號和下表速率均達(dá)到萬級以上每秒的能力；且分布式數(shù)據(jù)庫采用主備實(shí)時同步機(jī)制，解決了海量用戶數(shù)據(jù)同步和備份的性能難題，實(shí)現(xiàn)了CP跨DC熱備份。當(dāng)單個DC內(nèi)vBRAS控制面出現(xiàn)故障時，用戶可平滑遷移到備用控制面，無需重新?lián)芴柹暇€，充分保障了用戶業(yè)務(wù)不受影響。

● 虛實(shí)共管：現(xiàn)網(wǎng)BRAS會承載一些大Session小流量的業(yè)務(wù)，典型的比如ITMS業(yè)務(wù)。此類業(yè)務(wù)適合于虛擬化的UP進(jìn)行承載，而且由于流量小，完全可以通過集中部署來統(tǒng)一承載核心TIC覆蓋范圍內(nèi)的所有用戶的此類業(yè)務(wù)。而對于寬帶上網(wǎng)、IPTV等大流量場景，需要高性能UP以實(shí)現(xiàn)本地流量的高速卸載。因此，集中部署的控制面CP需要具備通過統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化接口對虛擬化UP和高性能UP統(tǒng)一管控的能力。虛實(shí)共管測試組網(wǎng)圖如圖4所示。

此次測試驗(yàn)證了CP的集中控制與虛實(shí)共管能力，以及高性能UP和虛擬化UP協(xié)同完成大Session小流量業(yè)務(wù)的承載。測試結(jié)果符合預(yù)期。

● 可靠性及安全性測試：在可靠性方面，CP支持VM故障、服務(wù)器故障、CP機(jī)房災(zāi)情故障等三級故障保護(hù)，UP支持接口、單板、整機(jī)等三級故障保護(hù)，CP與UP之間的VxLAN、OpenFlow和NetConf通道故障保護(hù)也通過了測試；相對于傳統(tǒng)BRAS的1：1/1+1熱備方案，轉(zhuǎn)控分離vBRAS的方案可以大大簡化配置和組網(wǎng)；N：1溫備的測試結(jié)果符合預(yù)期，符合中國移動企標(biāo)要求；支持分布式數(shù)據(jù)庫，在CP故障時DB不受影響，備用CP可快速從DB進(jìn)行數(shù)據(jù)恢復(fù)。而在安全性方面，測試了CP經(jīng)受仿冒DDoS攻擊的典型安全場景，測試結(jié)果證明，CP在經(jīng)受DDoS攻擊后，具備較強(qiáng)的防御能力。

圖4 虛實(shí)共管測試組網(wǎng)圖

下一步工作

在下一步的工作中，中國移動將攜手業(yè)界伙伴，進(jìn)一步推進(jìn)轉(zhuǎn)控分離vBRAS技術(shù)接口的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程、推動轉(zhuǎn)發(fā)面UP技術(shù)的進(jìn)一步優(yōu)化和成熟。

在接口標(biāo)準(zhǔn)化方面，盡管目前BBF TR-384轉(zhuǎn)控分離vBRAS架構(gòu)已正式發(fā)布，IETF也已經(jīng)正式成立CUSPDT（CU分離協(xié)議設(shè)計團(tuán)隊(duì)）以加速CUSP協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化落地，但在下一步的工作中仍然需要加強(qiáng)接口的標(biāo)準(zhǔn)化工作，加速C/U的解耦進(jìn)程。

在UP通用化方面，需要整個產(chǎn)業(yè)鏈相關(guān)廠家攜手共進(jìn)，推動轉(zhuǎn)發(fā)面技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)UP在高性能及高可編程性的基礎(chǔ)上，也具有較好的通用性。另外，在推動轉(zhuǎn)發(fā)面技術(shù)成熟的同時，也需要充分發(fā)揮轉(zhuǎn)控分離的架構(gòu)優(yōu)勢，挖掘出更多的業(yè)務(wù)場景。

最后，轉(zhuǎn)控分離后的vBRAS架構(gòu)也為將來的固移融合打下堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)，固移融合等相關(guān)課題也需要進(jìn)一步深入研究。