PTN網(wǎng)絡(luò)中的自愈DCN技術(shù)

◆張莉

PTN網(wǎng)絡(luò)中的自愈DCN技術(shù)

◆張莉

（江西山水光電科技股份有限公司 湖北 430079）

DCN（Data Communication Network）是通信網(wǎng)絡(luò)中必備的一項(xiàng)管理技術(shù)，用于解決網(wǎng)絡(luò)中批量網(wǎng)元的網(wǎng)管問題。本文主要針對PTN網(wǎng)絡(luò)，提出了一套帶保護(hù)的DCN方案，它融合傳統(tǒng)的DHCP協(xié)議，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端設(shè)備零配置逐級上線，通道故障快速檢測，線路恢復(fù)迅速自愈，有效地避免了以太網(wǎng)環(huán)路，且不占獨(dú)立帶寬。

DCN；零配置上線；自愈

DCN（Data Communication Network）是通信網(wǎng)絡(luò)中必備的一項(xiàng)管理技術(shù)，主要用于解決網(wǎng)絡(luò)中批量網(wǎng)元的網(wǎng)管問題，通常具有網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜、共用物理端口、獨(dú)立邏輯連接的特點(diǎn)。

DCN技術(shù)被廣泛應(yīng)用于移動、電信等運(yùn)營商或者大型企業(yè)的在網(wǎng)設(shè)備管理[1]，良好的DCN系統(tǒng)能保證系統(tǒng)穩(wěn)健維護(hù)。但這些DCN網(wǎng)絡(luò)通常復(fù)雜、區(qū)域大，一旦出現(xiàn)故障，很難定位到故障源，維護(hù)工作量巨大，若沒有人工干預(yù)，往往也難以恢復(fù)，網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜度和故障恢復(fù)速度往往成為DCN管理的瓶頸。而且隨著通信領(lǐng)域技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景有了零配置上線的需求，目前通信網(wǎng)絡(luò)中真正能夠做到即插即用的DCN系統(tǒng)是較少的，一般需要對新接入的設(shè)備進(jìn)行少量的配置。

本方案針對移動PTN網(wǎng)絡(luò)中的DCN組網(wǎng)需求[2]，剛好解決了快速故障檢測恢復(fù)以及零配置上線兩個難題。

1 PTN網(wǎng)絡(luò)中的DCN組網(wǎng)需求

在移動小型化接入控制網(wǎng)絡(luò)（PTN Signal Control Network， SCN）中，提出了這樣的需求：

（1）通過一張路由可達(dá)的信息網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)DCN的控制通道，控制通道應(yīng)通過帶內(nèi)通道，與業(yè)務(wù)通道邏輯隔離。

（2）小型化接入設(shè)備要求即插即用，重啟之后按先前保存的配置上線。

（3）小型化接入設(shè)備能自動檢測到網(wǎng)絡(luò)故障，并通過其他路徑重新上線，重新上線的過程不可引起環(huán)路。

（4）網(wǎng)管平臺能繪制拓?fù)鋱D并及時發(fā)現(xiàn)拓?fù)渥兓?/p>

如圖1所示，網(wǎng)管機(jī)站與要管理的設(shè)備通過骨干PTN網(wǎng)絡(luò)相連，骨干PTN網(wǎng)絡(luò)中已有一條VLAN ID = 4094的專線業(yè)務(wù)為DCN通道。局端（HUB）PTN設(shè)備與遠(yuǎn)端（CPE）PTN設(shè)備都需要被網(wǎng)管平臺管理，要求局端設(shè)備由網(wǎng)管配置開通上線，遠(yuǎn)端設(shè)備即插即用。

考慮上述需求，骨干PTN網(wǎng)絡(luò)提供的專線業(yè)務(wù)為帶內(nèi)DCN通道，與普通業(yè)務(wù)邏輯隔離。遠(yuǎn)端PTN設(shè)備下掛于局端PTN設(shè)備，看起來適用DHCP協(xié)議自動分配IP的方法，DHCP協(xié)議的客戶端可以零配置上線且能按先前保存的配置重新上電。但是，傳統(tǒng)的DHCP協(xié)議[3]不宜穿越PTN網(wǎng)絡(luò)，自動檢測網(wǎng)絡(luò)故障和重新上線又如何解決呢，網(wǎng)絡(luò)防環(huán)從來不是個簡單的課題，網(wǎng)管平臺要繪制和更新拓?fù)?，也需要一些特殊手段?/p>

圖1 DCN應(yīng)用場景

2 DCN具體實(shí)現(xiàn)方法

本方案的設(shè)想是以DHCP協(xié)議為基礎(chǔ)，使用它的協(xié)議報(bào)文分配IP，利用VLAN的特性打通DCN通道逐級上線和穿越PTN網(wǎng)絡(luò)，自定義部分私有協(xié)議，實(shí)現(xiàn)連通性檢測和重新上線，同時由局端PTN設(shè)備通過連通性檢測的結(jié)果及時上報(bào)拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

本場景通過網(wǎng)管平臺對局端設(shè)備進(jìn)行DHCP-DCN的配置，使它作為DHCP服務(wù)端，為下行遠(yuǎn)端設(shè)備分配IP地址，遠(yuǎn)端設(shè)備自動開啟DHCP客戶端功能，向所有連接的端口發(fā)送DHCP請求。網(wǎng)管與局端設(shè)備的通信以及局端與遠(yuǎn)端交互的DHCP報(bào)文都使用VLAN4094的標(biāo)簽。遠(yuǎn)端設(shè)備分配到IP之后，自動將上行端口加入VLAN4094，若收到其他遠(yuǎn)端設(shè)備發(fā)送的DHCP請求，將請求轉(zhuǎn)發(fā)給上行端口，同時打通下行端口的VLAN通道，實(shí)現(xiàn)設(shè)備逐級上線。設(shè)備上線之后局端與遠(yuǎn)端發(fā)送心跳報(bào)文互動，若檢測不到心跳則進(jìn)入自愈流程，斷開VLAN通道，重新發(fā)送IP請求（之前分配的IP），直到再次上線為止。

具體執(zhí)行流程按如下三種情況[4]進(jìn)行分析：

情景1：C設(shè)備與S設(shè)備直連的上線流程

（1）C設(shè)備啟動后，定時向所有連接的鏈路發(fā)送dhcp-discover報(bào)文。

（2）S設(shè)備收到discover報(bào)文，根據(jù)設(shè)備mac和option判斷該報(bào)文是否合法，如果合法，則回復(fù)offer報(bào)文。

（3）C設(shè)備收到offer報(bào)文后，根據(jù)client-id判斷是否為回復(fù)給自己的offer報(bào)文，如果是，則繼續(xù)發(fā)送request報(bào)文。

（4）S設(shè)備收到request報(bào)文后，給對應(yīng)的C設(shè)備回復(fù)ack報(bào)文，并將C設(shè)備的信息貯存起來。同時，S設(shè)備向網(wǎng)管系統(tǒng)上報(bào)拓?fù)渥兓痶rap，網(wǎng)管系統(tǒng)重新采集拓?fù)湫畔?，對新上線C設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)管。

（5）C設(shè)備收到ack報(bào)文后，進(jìn)行IP地址和網(wǎng)關(guān)配置，并將上聯(lián)口（收到ack報(bào)文的端口）加入管理VLAN。

（6）S設(shè)備對C設(shè)備發(fā)起自定義的心跳報(bào)文，C設(shè)備收到報(bào)文后回應(yīng)，建立連通性檢測，在三倍超時時間內(nèi)收到報(bào)文認(rèn)為連接正常。

圖2 直連設(shè)備上線流程

情景2：C2設(shè)備經(jīng)過中繼C1設(shè)備上線

（1）C2設(shè)備啟動后，定時向所有連接的鏈路發(fā)送dhcp-discover報(bào)文。

（2）C1收到該報(bào)文后，判斷自己是否已經(jīng)上線，如果是則在報(bào)文中添加option82（包括設(shè)備dcn ip和收到該報(bào)文的端口信息）信息，然后將報(bào)文從上行口轉(zhuǎn)發(fā)出去，否則丟棄該報(bào)文。

（3）S設(shè)備收到C1轉(zhuǎn)發(fā)過來的discover報(bào)文后，根據(jù)設(shè)備mac和option判斷該報(bào)文是否合法，如果合法，則回復(fù)offer報(bào)文。

（4）C1設(shè)備收到offer報(bào)文之后，根據(jù)報(bào)文攜帶的option82中的端口信息，判斷是自己的端口則從該端口轉(zhuǎn)發(fā)，否則丟棄該報(bào)文。

（5）C2設(shè)備收到offer報(bào)文后，根據(jù)client-id判斷是否為回復(fù)給自己的報(bào)文，如果是則回復(fù)request報(bào)文。

（6）C1設(shè)備收到request報(bào)文后，從上行口轉(zhuǎn)發(fā)該報(bào)文。

（7）S設(shè)備收到request報(bào)文后，給C2回復(fù)ack報(bào)文，并將C2的信息和它攜帶的option82中的C1相關(guān)信息貯存起來。同時，HUB設(shè)備向網(wǎng)管系統(tǒng)上報(bào)拓?fù)渥兓痶rap，網(wǎng)管系統(tǒng)重新采集拓?fù)湫畔?，對新上線的C2進(jìn)行網(wǎng)管。

（8）C1收到ack報(bào)文后，同第4步操作。

（9）C2收到對應(yīng)ack報(bào)文后，進(jìn)行IP地址和網(wǎng)關(guān)配置，并將上行口加入管理VLAN。

（10）C2上線之后，S設(shè)備更新DCN拓?fù)鋱D，向C2發(fā)送私有的管理報(bào)文，將C2下聯(lián)口加入管理VLAN。

（11）C2收到S設(shè)備配置VLAN的報(bào)文后，判斷報(bào)文內(nèi)的server-ip是否與自己上線的server-ip相同，如果相同則將下聯(lián)口加入管理VLAN內(nèi)，至此，一條基于VLAN管理通道已打通。

（12）S對C2發(fā)起心跳報(bào)文，C2收到報(bào)文后作出回應(yīng)，建立連通性檢測，在三倍超時時間內(nèi)收到報(bào)文認(rèn)為連接正常。

圖3 通過中繼設(shè)備上線流程

情景3：自愈流程

如圖4所示組網(wǎng)圖，需要網(wǎng)管的設(shè)備S和C（1）C2成環(huán)路連接，

（1）假設(shè) C1首先通過S的ge1口上線，C2則通過C1的ge2口上線，此時有C1的ge（1）ge2，C2的ge2屬于VLAN4094。

（2）若C1與C2之間的鏈路斷開，S與C2之間的心跳報(bào)文則出現(xiàn)超時，C2發(fā)現(xiàn)超時，主動刪除IP，并將自身的ge2口從網(wǎng)管VLAN中退出。

（3）S設(shè)備發(fā)現(xiàn)超時，刪除離線網(wǎng)元C2的信息，向網(wǎng)管系統(tǒng)上報(bào)拓?fù)渥兓痶rap，并且通過自定義的管理協(xié)議將C1的ge2口從網(wǎng)管VLAN中退出。

（4）C2重新進(jìn)入上線流程，此時S與C2之間的鏈路是連接的，C2走直連設(shè)備的上線流程，通過S的ge2口上線，依然分配到之前的IP地址，同時，S設(shè)備可以感知C2重新上線的路線，告知網(wǎng)管，網(wǎng)管重繪拓?fù)鋱D。C2設(shè)備從故障到自愈的流程完成。

圖4 自愈流程組網(wǎng)圖

3 實(shí)際應(yīng)用舉例

本案所述方法帶自愈的DCN技術(shù)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于中國移動小型化接入PTN設(shè)備的網(wǎng)管自通場景。一般部署方式有兩種：一種是部署在經(jīng)城域PTN網(wǎng)落地的網(wǎng)管機(jī)房，如圖5中的網(wǎng)管平臺A，另一種是直接部署在PTN網(wǎng)落地的網(wǎng)管機(jī)房，如圖5中的網(wǎng)管平臺B。

圖5 具體實(shí)施組網(wǎng)圖

實(shí)際接入網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備組網(wǎng)是復(fù)雜多樣的，不拘泥于章節(jié)2中描述的場景，可以有多個地址池，如圖5中的POOL-A和POOL-C。如POOL-C，類似章節(jié)2描述的自愈組網(wǎng)，網(wǎng)管平臺直接管理HUB-C，由CPE-E/F/G組成的環(huán)路接入HUB-C的下行端口，按響應(yīng)順序依次上線，自動進(jìn)行故障檢測。使用更多的是如POOL-A的組網(wǎng)，兩臺HUB設(shè)備組成的保護(hù)通道，配置相同的地址池，首先由HUB-A完成服務(wù)器工作，由CPE-A/B/C/D及更多小型化PTN設(shè)備組成的環(huán)路按響應(yīng)順序依次上線，自動進(jìn)行故障檢測。若故障出現(xiàn)在HUB-A上，則由HUB-B接管服務(wù)器工作，下行CPE設(shè)備按原有配置重新上線，形成配置加DCN環(huán)路的雙重保護(hù)。

如圖5實(shí)施的DCN網(wǎng)絡(luò)布局，同一網(wǎng)管平臺可網(wǎng)管的設(shè)備數(shù)量可以千計(jì)甚至更多，網(wǎng)管的瓶頸或許會體現(xiàn)到網(wǎng)管平臺的性能上，而不再體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度和故障恢復(fù)上。

4 結(jié)語

本文針對移動PTN網(wǎng)絡(luò)跨域廣、組網(wǎng)復(fù)雜、時效性能要求高的特點(diǎn)，提出了PTN網(wǎng)絡(luò)中一種即插即用的、主動愈合的DCN方案。它除了具有常規(guī)DCN技術(shù)能批量網(wǎng)管，不占用獨(dú)立線路的特點(diǎn)，還解決了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對設(shè)備零配置上線的需求，而且能快速地檢測到故障并修復(fù)，減少了大量的人工維護(hù)工作，不失為一種優(yōu)異的DCN解決方法。該方法不止能應(yīng)用于移動PTN網(wǎng)絡(luò)，其原理也可在其他DCN場景中得到擴(kuò)展。

[1]譚群芳，魯曉霞.一種基于SDN的云數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中心解決方案[J].電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2017（1）：25-28.

[2]小型化接入PTN S-SCN網(wǎng)管自通方案[Z].北京：移動研究院，2016：1-11.

[3]RFC2131：Dynmic Host Configuration Protocol[S]. R. Drmos.1997（5）：1-45.

[4]張莉.一種基于vlan管理通道的DCN保護(hù)系統(tǒng)[P].江西山水光電科技股份有限公司，2018：1-8.