運營商互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)及策略研究

王澤林，謝夢楠（中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究院，北京100048）

0 引言

國內(nèi)運營商互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)一般按照雙平面設(shè)置，2 個平面流量基本均衡，同時能夠起到保護的作用。骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)一般通過2 對路由器進行互聯(lián)，分別對應(yīng)2 個平面，兩網(wǎng)之間通過BGP 路由協(xié)議疏導(dǎo)互通流量。骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)之間采用不同的互聯(lián)結(jié)構(gòu)、不同的路由策略均會引起骨干網(wǎng)2個平面流量的均衡問題，以及骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)核心路由器之間流量的橫穿等問題。本文主要研究國內(nèi)運營商互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)之間典型的互聯(lián)結(jié)構(gòu)以及相應(yīng)的路由策略，給出不同方案之間的比較。

1 骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)連接方式

運營商骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)一般通過2對路由器進行互聯(lián)，分別對應(yīng)2個平面，連接方式分為口字型連接和交叉連接。

1.1 口字型連接

骨干網(wǎng)邊緣接入路由器（A路由器）與城域網(wǎng)核心路由器（CR）分平面互聯(lián)（見圖1）。CR1 與A1 路由器相聯(lián)，CR2 與A2 路由器相聯(lián)，CR1 和CR2 互聯(lián)，A1 和A2路由器視流量情況決定是否互聯(lián)。CR1與A1路由器之間的鏈路用來疏通骨干網(wǎng)平面一與城域網(wǎng)之間的流量，CR2與A2路由器之間的鏈路用來疏通骨干網(wǎng)平面二與城域網(wǎng)之間的流量。

1.2 交叉連接

圖1 口字型連接示意圖

骨干網(wǎng)A 路由器與城域網(wǎng)CR 交叉互聯(lián)（見圖2）。CR1 與A1、A2 路由器相聯(lián)，CR2 與A1、A2 路由器相聯(lián)，CR1和CR2互聯(lián)，A1和A2路由器視流量情況決定是否互聯(lián)。CR1 與A1、A2 路由器之間的鏈路以及CR2 與A1、A2 路由器之間的鏈路分別用來疏通骨干網(wǎng)2個平面與城域網(wǎng)之間的流量。

圖2 交叉連接示意圖

1.3 2種連接方式的優(yōu)缺點

口字型連接結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)缺點。

a）優(yōu)點：單邊連接節(jié)省CR、骨干網(wǎng)A路由器端口資源和對應(yīng)鏈路的傳輸資源，且骨干網(wǎng)雙平面結(jié)構(gòu)清晰。

b）缺點：CR之間存在上行橫穿流量（可以配合調(diào)整CR下發(fā)到BRAS/SR的路由策略來避免此問題）。

交叉型連接結(jié)構(gòu)具有以下優(yōu)缺點。

a）優(yōu)點：CR之間不存在上行橫穿流量。

b）缺點：增加了CR、骨干網(wǎng)A路由器的端口消耗和傳輸資源的消耗，骨干網(wǎng)雙平面結(jié)構(gòu)不清晰。

考慮成本因素，推薦使用口字型連接。

2 骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)間路由策略

骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)之間通過EBGP進行路由交換。

2.1 上行流量路由引導(dǎo)策略

a）CR 給BRAS/SR 下發(fā)骨干網(wǎng)發(fā)布的明細路由。在CR 與城域網(wǎng)BRAS/SR 之間開啟IBGP，將CR 接收到的明細路由通過IBGP下發(fā)到BRAS/SR（根據(jù)業(yè)務(wù)開通情況可考慮下發(fā)其他路由）。上行流量根據(jù)明細路由進行優(yōu)選，選擇不同的CR 作為出口進入骨干網(wǎng)。此策略解決了口字型連接下CR間橫穿流量的問題。

b）CR 給BRAS/SR 下發(fā)默認(rèn)路由。在CR 與城域網(wǎng)BRAS/SR 之間使用IGP，通過下發(fā)默認(rèn)路由給BRAS/SR 設(shè)備，引導(dǎo)上行流量負載分擔(dān)到2 臺CR，如骨干網(wǎng)A路由器與CR之間采用口字型連接，則由于路由優(yōu)選的因素，部分上行流量會在CR之間進行橫穿。

2.2 下行流量路由引導(dǎo)策略

a）方式一：城域網(wǎng)2 臺CR 發(fā)布不同的用戶地址段（各一半）給骨干網(wǎng)。城域網(wǎng)2 臺CR 發(fā)布不同的用戶地址段給骨干網(wǎng)A路由器，同時要做到2臺CR發(fā)布的用戶路由基本均衡，來引導(dǎo)流量大致均分到2臺CR入城域網(wǎng)。

b）方式二：城域網(wǎng)2 臺CR 發(fā)布相同的用戶地址段（所有城域網(wǎng)用戶地址段）給骨干網(wǎng)。城域網(wǎng)2 臺CR發(fā)布相同的用戶路由給骨干網(wǎng)A路由器，同時在骨干網(wǎng)內(nèi)部啟用虛擬下一跳技術(shù)，使流量在骨干網(wǎng)內(nèi)部負載均衡到2臺A路由器，進而從骨干網(wǎng)進入城域網(wǎng)。

虛擬下一跳技術(shù)是一種實現(xiàn)IBGP 的負載均衡辦法。假設(shè)網(wǎng)絡(luò)中用IBGP 承載用戶路由，IGP 為IS-IS，在2臺目的路由器（骨干網(wǎng)A路由器）中分別設(shè)置1個相同的虛擬地址，在與其他IBGP鄰居路由器宣告路由時，將該地址作為到達下一跳地址，在2臺目的路由器上再分別配置1 條靜態(tài)路由，將該虛擬地址的下一跳指向城域網(wǎng)CR 互聯(lián)接口的地址。采用該方式后，從源到目的的流量將在BGP 屬性Weight、Local Prefer?ence、AS-path、Origin、MED均相同的情況下，強行將到達目的的路由下一跳指向相同的虛擬地址。該地址對于源路由器在選路時完全相同，將以負載均衡的方式分別發(fā)送到2臺目的路由器（骨干網(wǎng)A路由器）。

采用此方法，還可以在目的路由器建立IBGP鄰居中設(shè)置路由策略控制部分路由（China169 A 路由器中可設(shè)置為城域網(wǎng)CR 發(fā)布的所有用戶路由）的虛擬下一跳，而其他路由的下一跳不變，提高路由的可控性。

2 種方式對比，方式二能更好地做到骨干網(wǎng)的流量均衡以及骨干網(wǎng)到城域網(wǎng)的流量均衡，但需要增加配置量，同時在骨干網(wǎng)使用虛擬下一跳技術(shù)之前，還需要全網(wǎng)規(guī)劃某運營商所有城域網(wǎng)的虛擬下一跳地址，避免重復(fù)。

2.3 骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)及策略

基于上述的上、下行流量引導(dǎo)策略，考慮骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)互聯(lián)結(jié)構(gòu)及策略時，可以有以下2種方案（方案不限于以下2 種，本文只挑選了最有可能的2 種進行闡述）。

a）方案一：CR與A路由器之間口字型連接，CR與BRAS 間開啟IBGP 承載用戶路由，CR 向BRAS/SR 設(shè)備下發(fā)運營商網(wǎng)內(nèi)路由，2 臺CR 向直連的2 臺A 路由器各發(fā)一半的用戶路由，骨干網(wǎng)策略不變。流量流向參見圖3。

圖3 方案一流量流向圖

（a）上行流量引導(dǎo)：根據(jù)明細路由進行優(yōu)選。

（b）下行流量引導(dǎo)：根據(jù)2臺A路由器向骨干發(fā)布的不同用戶路由進行下行流量引流。

（c）優(yōu)點：無CR 間橫穿上行流量，無骨干網(wǎng)橫穿流量。

（d）缺點：2臺CR雖然是各發(fā)布一半的地址段，但由于不同地址段對應(yīng)的流量不一定相同，仍然可能會造成BRAS/SR至CR的鏈路流量不均衡。

b）方案二：CR 與A 路由器之間口字型連接，CR向BRAS 設(shè)備下發(fā)默認(rèn)路由，2 臺CR 向直連的2 臺A路由器發(fā)全部的城域網(wǎng)用戶路由，骨干網(wǎng)采用虛擬下一跳技術(shù)，將發(fā)布用戶路由的下一跳地址指向1 個虛擬地址，虛擬地址的真實下一跳地址為2臺CR的地址（虛擬下一跳在2臺A路由器上設(shè)置）。參見圖4。

圖4 方案二流量流向圖

（a）上行流量引導(dǎo)：從BRAS到CR負載分擔(dān)上行，CR到A路由器直接上行。

（b）下行流量引導(dǎo)：骨干網(wǎng)內(nèi)流量負載分擔(dān)到2臺A路由器，從A路由器到CR流量直接下行，從CR到BRAS流量直接下行。

（c）優(yōu)點：無CR 間橫穿上行流量，無骨干網(wǎng)A 路由器之間平面間橫穿流量，骨干網(wǎng)流量均衡，BRAS到CR流量均衡，CR至A路由器流量均衡。

（d）缺點：全國所有A 路由器需要增加虛擬下一跳的配置，需要增加虛擬下一跳到CR 的實際下一跳的靜態(tài)路由配置，全國需統(tǒng)一規(guī)劃所有城域網(wǎng)的虛擬下一跳地址。

由于方案二需要全網(wǎng)統(tǒng)一增加A 路由器的配置，所以在該方案的實施過程中，不同城域網(wǎng)與骨干網(wǎng)之間路由策略的修改會有先后順序，不可避免地會出現(xiàn)過渡階段，當(dāng)某一城域網(wǎng)與骨干網(wǎng)之間已經(jīng)修改為方案一的路由策略方案，而對端城域網(wǎng)與骨干網(wǎng)之間還未修改時，方案二處于改造的中間狀態(tài)，如圖5所示。

3 總結(jié)

運營商互聯(lián)網(wǎng)骨干網(wǎng)與城域網(wǎng)的連接方式及互聯(lián)策略眾多，本文提出了2 種典型的互聯(lián)結(jié)構(gòu)及互聯(lián)策略方案供運營商選擇。不同方案的選擇應(yīng)綜合考慮技術(shù)方面的優(yōu)缺點、投資成本、改造難度等多種因素，在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及互聯(lián)策略的基礎(chǔ)上逐步演進。

圖5 方案二改造中間狀態(tài)流量流向圖

［1］ 鄧煒，趙武，范春湘.利用BGP 虛擬下一跳技術(shù)實現(xiàn)IP 骨干網(wǎng)流量負載均衡［J］.電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2009（8）：63-66.

［2］ 陳敏.廣域網(wǎng)架構(gòu)與路由技術(shù)項目教程［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2013：213-255.

［3］ Randy Zhang，Micah Bartell.BGP 設(shè)計與實現(xiàn)［M］.北京：人民郵電出版社，2012：110-180.

［4］ Priscilla Oppenheimer. Top-Down Network Design［M］. Indianapo?lis：Cisco Press，2011：51-78.

［5］ Parkhurst，William R. Cisco BGP-4 Command and Configuration Handbook［M］.Indianapolis：Cisco Press，2001：120-142.

［6］ Faraz Shamim，Zaheer Aziz，Johnson Liu，et al.IP 路由協(xié)議疑難解析［M］.北京：人民郵電出版社，2013：50-70.

［7］ Jeff Doyle. TCP/IP 路由技術(shù)（第二卷）［M］. 北京：人民郵電出版社，2009：350-380.

［8］ 張國清.路由技術(shù)（IPv4 版）［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2012：70-120.

［9］ Todd Lammle.CCNA學(xué)習(xí)指南［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2009：267-387.

［10］Diane Teare.CCNP Route［M］.北京：人民郵電出版社，2011：297-457.

［11］Russ White，Don Slice，Alvaro Retana.路由設(shè)計的優(yōu)化［M］.北京：人民郵電出版社，2013：348-392.

［12］Zaheer Aziz，Johnson Liu，Abe Martey. IP 路由協(xié)議疑難解析［M］.北京：人民郵電出版社，2013：52-137.

［13］Sam Halabi.Internet 路由結(jié)構(gòu)［M］.北京：人民郵電出版社，2015：221-228.

［14］ IETF RFC 4271.A Border Gateway Protocol 4（BGP-4）［S/OL］.［2015-07-02］.https：//www.rfc-editor.org/rfc/rfc4271.txt.

［15］ IETF RFC 1997. BGP Communities Attribute［S/OL］.［2015-07-02］.https：//www.rfc-editor.org/rfc/rfc1997.txt.