王煥義，項國富

(中國移動通信集團安徽有限公司蕪湖分公司，安徽 蕪湖 241000)

IP城域網(wǎng)BRAS雙機熱備份中的路由控制方法

王煥義，項國富

(中國移動通信集團安徽有限公司蕪湖分公司，安徽 蕪湖 241000)

隨著“寬帶中國”戰(zhàn)略的實施，IP業(yè)務的種類越來越多樣化，人們對各種業(yè)務安全的需求也日益提高，寬帶網(wǎng)絡安全穩(wěn)定運行成為了運營商重點保障的范疇。介紹了BRAS熱備份的關鍵技術及實現(xiàn)方法，既能在網(wǎng)絡運營商網(wǎng)絡上實現(xiàn)主、備BRAS之間的無縫切換，又能有效控制BRAS的路由發(fā)布范圍。優(yōu)化路由以降低主、備BRAS間互聯(lián)電路的業(yè)務流量，提高電路的有效利用率。

BRAS;冗余備份;路由策略;前綴列表

1 引言

在運營商的IP城域網(wǎng)的建設和部署中，BRAS作為業(yè)務網(wǎng)關，負責終結用戶的DHCP請求、PPPoE協(xié)議棧以及用戶VLAN等重要功能。隨著運營商節(jié)能減排工作的推進，為降低網(wǎng)絡建設和維護成本，運營商普遍采用“大容量、少局點”的建設方案，單臺BRAS所承載的用戶越來越多，經(jīng)常出現(xiàn)峰值在線用戶數(shù)達4萬～6萬的情況。

BRAS作為IP城域網(wǎng)的核心設備，一旦發(fā)生設備故障，用戶會直接斷網(wǎng)，直到BRAS恢復故障、重新認證后才能再次訪問網(wǎng)絡。這對于使用互聯(lián)網(wǎng)電視、IP電話(voice over IP，VoIP)以及對網(wǎng)絡穩(wěn)定性比較敏感的企業(yè)大客戶來說是無法接受的。越是大容量的BRAS，承載的寬帶用戶數(shù)也越多，業(yè)務種類也越繁雜，在單點發(fā)生故障時的影響面也越大，可能在短時間內(nèi)爆發(fā)大量用戶集中投訴，極大地影響用戶的使用滿意度。故障的產(chǎn)生給維護人員帶來了巨大的壓力，BRAS設備及其相關接口、鏈路安全運行就顯得尤為重要。

本文以中國移動通信集團安徽有限公司蕪湖分公司(以下簡稱蕪湖移動)IP城域網(wǎng)的組網(wǎng)為例，討論BRAS雙機熱備份的基本原理、主要組成部分、雙機熱備份中接入網(wǎng)的業(yè)務規(guī)劃、網(wǎng)絡薄弱環(huán)節(jié)的熱備部署規(guī)劃以及雙機熱備份的具體實現(xiàn)方法，以實現(xiàn)網(wǎng)絡發(fā)生故障時流量能夠在用戶無感知的情況下自主切換而不間斷。

2 BRAS雙機熱備份技術原理簡介

在早期的IP城域網(wǎng)組網(wǎng)中，由于技術條件的限制，只能以冷備份的方式使用單點雙鏈路法或雙點雙鏈路法對下行鏈路實施冗余保護。所謂單點雙鏈路法，是將二層匯聚設備到BRAS的鏈路擴容為兩條，這兩條鏈路同時連接到同一臺BRAS設備，這種冗余備份方式實際上是一種設備內(nèi)冗余備份。雙點雙鏈路法是將二層匯聚設備分別上聯(lián)至兩臺不同的BRAS，正常情況下，匯聚交換機下的用戶在其中一臺BRAS進行認證、授權、計費，流量也經(jīng)過這臺BRAS與核心網(wǎng)絡交互。當這臺主用的BRAS設備發(fā)生故障時，用戶切換到備用BRAS設備上，重新向備用BRAS設備發(fā)起認證請求，完成流量切換。冷備份方式具有明顯的局限性，對于網(wǎng)絡質(zhì)量高敏感的語音專線、IPTV用戶，網(wǎng)絡中斷不可容忍;對于雙路由方式的企業(yè)專線用戶，由于VRRP中VRRP group字段大小限制，導致單個BRAS端口下受保護的企業(yè)專線數(shù)量不能大于255個，也顯現(xiàn)出很大的局限性。

隨著技術的發(fā)展，雙機熱備份已逐漸成為BRAS備份方案的主要方法。BRAS雙機熱備份是指利用兩臺BRAS設備進行用戶信息的相互備份，使得無論是設備的鏈路、端口、單板或整機出現(xiàn)故障時，用戶業(yè)務能夠在沒有人為干預的情況下無感知地自動恢復，從而極大地提升網(wǎng)絡服務的感知度。

2.1 雙機熱備份關鍵技術點

為了實現(xiàn)BRAS雙機熱備份，系統(tǒng)需要由業(yè)務信息的備份、設備的主備份決策和業(yè)務的轉(zhuǎn)發(fā)控制3個部分組成，其中信息的備份解決用戶信息在主、備設備間實時狀態(tài)的同步，主備決策確定兩臺設備在轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)時的主備關系，而業(yè)務轉(zhuǎn)發(fā)控制則負責用戶業(yè)務在故障發(fā)生時流量向備份設備切換。

2.1.1 業(yè)務信息的備份

BRAS在IP網(wǎng)絡中一般位于三層網(wǎng)絡的邊緣，提供寬帶接入服務、實現(xiàn)多種業(yè)務的匯聚與轉(zhuǎn)發(fā)。在運營商的IP城域網(wǎng)中，其上游連接核心路由器，下游連接二層接入網(wǎng)。由于BRAS的功能多，承載業(yè)務繁雜，因此BRAS設備上需要維護很多與用戶實時狀態(tài)相關的表項，如IP地址分配表、用戶認證信息表、授權信息表、路由表等，BRAS設備只有在用戶完成了認證授權之后，才允許轉(zhuǎn)發(fā)用戶的數(shù)據(jù)報文。為了保證備份設備能夠控制用戶的轉(zhuǎn)發(fā)和授權，需要將用戶的信息在主、備設備之間進行同步，保持用戶信息一致。該功能的實現(xiàn)方法因設備廠商不同有異。如華為ME60就依賴華為私有的通用備份協(xié)議完成。

2.1.2 設備的主備決策

在采用BRAS雙機備份的部署后，要求接入網(wǎng)絡的匯聚交換機雙歸屬到兩個BRAS上，這兩個BRAS間可實現(xiàn)以VLAN粒度實現(xiàn)負載分擔的接入。用戶接入時由主用BRAS負責提供認證和完成數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)，備用BRAS只做用戶信息備份，而不參與報文轉(zhuǎn)發(fā)，因此需要有相應的機制實現(xiàn)主備決策，在實際部署中采用VRRP+BFD協(xié)議來完成這項工作。

2.1.3 業(yè)務的轉(zhuǎn)發(fā)控制

業(yè)務的轉(zhuǎn)發(fā)控制需要考慮上行 (從用戶側(cè)到網(wǎng)絡側(cè))和下行(從網(wǎng)絡側(cè)到用戶側(cè))在沒有故障和存在故障情況下的控制。

上行控制通過交換機或OLT的MAC表來控制，主、備BRAS使用相同的MAC地址與用戶建立會話，BRAS通過發(fā)送免費ARP就能夠控制上行流量的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

下行流量的轉(zhuǎn)發(fā)采用路由控制，如果每個鏈路能夠規(guī)劃一個網(wǎng)段，則通過主用BRAS發(fā)布網(wǎng)段路由、備用BRAS狀態(tài)撤銷網(wǎng)段路由的方式控制下行流量的路徑;如果多個鏈路需要共享一個網(wǎng)段，則主、備BRAS都發(fā)布用戶網(wǎng)段路由，且主、備BRAS采用不同的cost，使上游IP核心網(wǎng)將路由總指向一個BRAS，BRAS上游鏈路故障，IP核心網(wǎng)通過路由協(xié)議收斂更新用戶網(wǎng)段路由的指向。

2.2 雙機熱備份技術方案

BRAS雙機熱備份的實質(zhì)是接入網(wǎng)的雙歸部署，關鍵要做好BRAS承載業(yè)務的規(guī)劃和對接入網(wǎng)熱備份端口、鏈路的規(guī)劃，上聯(lián)鏈路通常都由雙路由接入核心設備，相對比較安全，但是在熱備份部署中也需考慮其中斷的情況，使得接入根據(jù)上聯(lián)情況能夠自適應調(diào)整。

2.2.1 BRAS雙機熱備份的相關業(yè)務規(guī)劃

BRAS雙機熱備份的部署方案支持兩類接入網(wǎng)的拓撲，一是匯聚交換機或OLT直接雙規(guī)的主、備BRAS上的樹型組網(wǎng)接口;二是匯聚交換機或OLT組成環(huán)網(wǎng)(半環(huán))雙規(guī)到主、備BRAS上。而在BRAS上部署雙機備份的業(yè)務時需遵循以下規(guī)則。

VLAN規(guī)劃:需規(guī)劃控制VLAN部署VRRP組，業(yè)務VLAN接入用戶，如圖1所示。

地址池規(guī)劃:每個BRAS至少要有一個地址池，用戶給接入用戶分配IP地址;地址分配可以是本地分配，也可以是外置遠端DHCP服務器分配。

路由規(guī)劃:BRAS上通過 OSPF、ISIS、BGP等路由協(xié)議將地址池路由發(fā)布到IP核心網(wǎng)，并能夠通過路由策略手段，控制發(fā)布的地址池路由的cost/preference值。

BRAS間提供保護路徑:為了提高系統(tǒng)可靠性，BRAS之間需部署保護路徑，以便主設備發(fā)生接入鏈路故障時，流量能夠從保護路徑轉(zhuǎn)發(fā)。

2.2.2 設備端口及鏈路的熱備份部署

同一設備的端口間備份:同一設備的兩個端口互為備份，將互為備份的端口加入同一個Eth-Trunk或Link-Group組，當一個端口down或某條鏈路down時，用戶業(yè)務流量可通過備份通道上行，不需重新?lián)苋搿?/p>

不同設備間的鏈路備份如圖2所示。

如圖 2所示，BRAS-A和 BRAS-B之間部署 VRRP，決定主、備BRAS設備;用戶從主 BRAS設備上線后，用戶信息實時備份到備機，并生成用戶的控制和轉(zhuǎn)發(fā)表項。當主BRAS設備發(fā)生接入鏈路故障，備用BRAS便可以快速升為主用設備，接管用戶并執(zhí)行數(shù)據(jù)報文轉(zhuǎn)發(fā)。

如果在BRAS之間部署B(yǎng)FD，還可以加快VRRP的故障檢測，實現(xiàn)毫秒級的切換性能，使得用戶感知不到網(wǎng)絡發(fā)生過故障。

在網(wǎng)絡的運行中，有時故障會發(fā)生在BRAS上行端口。如圖3所示，BRAS設備監(jiān)控上行端口的工作狀態(tài)。如果監(jiān)測到BRAS上行端口由up狀態(tài)變?yōu)閐own狀態(tài)，則BRAS根據(jù)配置的規(guī)則降低設備在VRRP組中的優(yōu)先級，并根據(jù)設備在VRRP組中的最終優(yōu)先級情況判定設備的主備狀態(tài)。配置實例如下所示。

圖1 業(yè)務VLAN和控制VLAN的規(guī)劃

圖2 熱備份部署

圖3 BRAS設備倒換與上行端口故障關聯(lián)

3 BRAS雙機熱備份中的路由控制技術方案

為了改變IP網(wǎng)絡中流量經(jīng)過的途徑，通常要修改路由信息，主要通過改變路由屬性實現(xiàn)，這種修改的方法即路由策略，它屬于控制層面的行為，是在正常的路由協(xié)議之上根據(jù)某種規(guī)則、通過改變某些參數(shù)或者設置某種控制方式，改變路由產(chǎn)生、發(fā)布、選擇的結果，即改變路由表。

3.1 IP網(wǎng)絡中主流路由控制技術

路由控制由路由策略來實現(xiàn)，路由策略將路由信息過濾的手段提供給路由協(xié)議，是為了改變網(wǎng)絡流量經(jīng)過的途徑而對路由信息采用的控制方法，用以控制路由信息的引入、發(fā)布和接收。

路由協(xié)議在與對端路由器進行路由信息交換時，可能需要只接收或發(fā)布一部分滿足給定條件的路由信息;路由協(xié)議在引入其他路由協(xié)議路由信息時，也可能只需要引入一部分滿足條件的路由信息，并對所引入的路由信息的某些屬性進行設置以使其滿足本協(xié)議的要求。

路由策略由一系列的規(guī)則組成，這些規(guī)則大體上分為3類，分別作用于路由發(fā)布、路由接收和路由引入過程。因為定義一條策略等同于定義一組過濾器，并在接收、發(fā)布一條路由信息或在不同協(xié)議間進行路由信息交換前應用這些過濾器，所以路由策略也常被稱為路由過濾。

雖然IP網(wǎng)絡中的路由策略提供了routing-policy(路由策略)、access-list(訪問列表)、aspath-list(自治系統(tǒng)路徑信息訪問列表)、community-list(團體屬性列表)和prefix-list(前綴列表)等過濾器，供各路由協(xié)議引用進行協(xié)議策略規(guī)則的制定，但由于IP城域網(wǎng)一般不被設置為獨立的自治域，而是將其作為一個IGP路由域上聯(lián)到省網(wǎng)或骨干網(wǎng)，并且通過IBGP會話向骨干網(wǎng)通報其內(nèi)部路由。因此IP城域網(wǎng)的路由過濾策略通常只需用到routing-policy和prefix-list兩種過濾器。

3.1.1 路由策略

routing-policy是一種比較復雜的過濾器，它不僅可以匹配給定路由信息的某些屬性，還可以在條件滿足時改變路由信息的屬性。一個routing-policy由一組if-match和apply子句組成，if-match子句定義匹配規(guī)則，匹配對象是路由信息的一些屬性，也就是通過當前routing-policy所需滿足的過濾條件;apply子句指定動作，也就是在滿足由if-match子句指定的過濾條件后所執(zhí)行的一些配置命令，對路由信息的一些屬性進行設置。

3.1.2 前綴列表

prefix-list用于路由信息過濾，其匹配對象為路由信息的目的地址信息域，即路由信息分組中IP報頭的目的地址，它控制本地路由協(xié)議只能接收某些特定的路由信息。

前綴列表由列表名標識，每個前綴列表可以包含多個表項。各表項可獨立指定一個網(wǎng)絡前綴形式的匹配范圍，并使用索引號標識。

在匹配過程中，不同sequence-number的各個部分之間是“或”的關系，系統(tǒng)按索引號升序依次檢查各個表項，只要有一個表項滿足條件，就認為通過該過濾列表，不再匹配其他表項。

3.2 BRAS雙機熱備份采用的路由控制技術

在IP網(wǎng)絡中控制路由發(fā)布的方法非常靈活，可以在動態(tài)路由協(xié)議相互引入時修改cost值，BGP中引入routing-policy，修改med、AS-Path等。在IP城域網(wǎng)的 BRAS中使用的路由協(xié)議相對簡單，動態(tài)路由協(xié)議最常用的為OSPF，路由控制可以在OSPF進程中通過路由引入命令，配以routing-policy以及IP-prefix加以控制，配置實例如下所示，其中UNR(user network route)為華為私有協(xié)議。

在IP-prefix的策略中，按照網(wǎng)絡地址規(guī)劃，前半個B類的地址(如100.78.64.0/20)由主用BRAS分配后半個B類的地址(如100.78.192.0/20)由備用BRAS分配。并且主用、備用BRAS中發(fā)布路由策略完全一樣。

3.2.1 主、備BRAS對稱發(fā)布

互為主、備的兩臺BRAS的routing-policy和IP-prefix配置完全一樣，即主、備BRAS既發(fā)布本地分配的地址段路由，也發(fā)布對端分配的地址段路由。其效果是能夠精確控制發(fā)布路由的范圍，但是在兩臺BRAS的互聯(lián)電路上不僅傳送用戶備份信息，由于備用BRAS中還存在同主用BRAS等值的路由，因此互聯(lián)電路中還存在大量數(shù)據(jù)報文穿越，如果互聯(lián)帶寬不足會影響用戶使用感知。

3.2.2 主、備BRAS非對稱單邊發(fā)布

在這種路由發(fā)布方法中，在主、備用BRAS中各增加一個routing-policy節(jié)點node 30，但該節(jié)點為空語句;在主用BRAS的IP-prefix只允許備用BRAS分配的地址段路由，而在備用BRAS的IP-prefix只允許主用BRAS分配的地址段路由，具體配置實例(以主用側(cè)為例)如下。

這種方法的效果是能夠調(diào)整主、備BRAS中發(fā)布地址段路由的cost值，BRAS發(fā)布本端分配地址的路由cost值為接口配置的cost值，默認為1，而發(fā)布對端分配地址段路由cost值增加110，用以控制用戶網(wǎng)絡路由，同時兩臺BRAS的互聯(lián)電路上僅傳送用戶備份信息，在無上、下聯(lián)電路故障時沒有數(shù)據(jù)報文穿越。但此種方法不能精確控制發(fā)布路由的范圍，由于存在node 30，其為空語句，故BRAS中凡是沒有被拒絕的地址段均能夠發(fā)布出去，通常不是網(wǎng)絡維護人員希望看到的。

3.2.3 主、備非對稱雙邊發(fā)布

這種方法可以說是前兩種方法的結合與改進，即在主、備BRAS中，將routing-policy節(jié)點node 30增加匹配語句及apply動作，在IP-prefix添加對端設備分配的地址段路由，其配置實例如下。

主、備BRAS中routing-policy配置均為:

按此方法配置routing-policy以調(diào)整發(fā)布路由的cost值，配置IP-prefix確定允許發(fā)布的地址段，可以實現(xiàn)調(diào)整主、備BRAS中發(fā)布地址段路由的cost值，用以控制用戶網(wǎng)絡路由，兩臺BRAS的互聯(lián)電路上僅傳送用戶備份信息，在無上聯(lián)電路故障時沒有數(shù)據(jù)報文穿越。同時，此方法也能夠精確控制發(fā)布路由的范圍，凡是在IP-prefix允許的地址段路由能夠通過OSPF發(fā)布出去，沒有允許的地址段將不被發(fā)布，從而有效控制IP城域網(wǎng)的路由信息。不過，此種路由發(fā)布方法對地址規(guī)劃要求很精確，如果雙邊發(fā)布出現(xiàn)重合將達不到預期效果，如果發(fā)生遺漏將會造成部分網(wǎng)段無法上網(wǎng)。

3.3 BRAS雙機熱備份相關問題思考

BRAS雙機熱備份技術是一項實現(xiàn)BRAS跨設備備份的重要技術，它通過主備設備間信息同步、故障探測及協(xié)議聯(lián)動、主備切換及流量引導等技術，實現(xiàn)了在BRAS及其相連鏈路故障情況下的平滑切換，實現(xiàn)了電信級的業(yè)務容災要求。但是，目前BRAS雙機熱備份還沒有形成統(tǒng)一的標準，不同廠商實現(xiàn)機制不同，因此難以實現(xiàn)不同廠商設備間的備份;另外雙機熱備份是一種1+1的備份方式，設備資源耗費大，增加了建設成本。為了實現(xiàn)熱備份有建設投入，比較好的方法是將 BRAS組成pool，將多臺 BRAS實現(xiàn)N+1備份。目前華為技術有限公司、中興通訊股份有限公司、愛立信公司等主流設備廠商正開展此方面的研究，相信不久的將來會在運營商的網(wǎng)絡中加以實現(xiàn)。

4 結束語

本文對BRAS冗余熱備份中路由發(fā)布方案進行詳細研究，通過利用主、備BRAS設備間信息同步，配合主、備設備的非對稱雙邊路由發(fā)布等技術，實現(xiàn)了主、備BRAS之間的無縫切換技術方案。在該技術方案保障下，即便BRAS及其相聯(lián)鏈路出現(xiàn)故障也不會影響用戶寬帶業(yè)務的正常使用，不僅保證了用戶的使用感知，還能夠有效控制BRAS路由發(fā)布范圍，降低互為主、備的BRAS間鏈路負荷。該方案通過在蕪湖移動IP城域網(wǎng)中的運行，取得了良好的效果，減輕了維護人員排障壓力，提高了用戶對移動寬帶產(chǎn)品質(zhì)量的認同感，為蕪湖移動寬帶業(yè)務的發(fā)展提供了可靠的技術支持。

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Routing control method of hot standby BRAS in IP MAN

WANG Huanyi，XIANG Guofu
Wuhu Branch of China Mobile Group Anhui Co.，Ltd.，Wuhu 241000，China

With the implementation of “Broadband China” strategy，IP services become more and more diversified，the demand for all kinds of security is also increasing.The key technology of BRAS hot backup and its realization method were introduced，realizing the seamless handover between primary and standby BRAS and effectively controlled the route range in BRAS.The routing was optimized to reduce traffic between interconnect circuits of primary and backup BRAS to improve the utilization efficiency of the circuit.

BRAS，redundancy backup，routing-policy，prefix-list

TN915.1

A

10.11959/j.issn.1000-0801.2016024

2015-05-26;

2015-11-01

王煥義(1969-)，男，中國移動通信集團安徽有限公司蕪湖分公司高級工程師，主要研究方向為IP網(wǎng)絡優(yōu)化與維護、計算機網(wǎng)絡與通信、網(wǎng)絡信息安全。

項國富(1986-)，男，中國移動通信集團安徽有限公司蕪湖分公司工程師，主要研究方向為數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡維護、IP城域網(wǎng)維護與優(yōu)化。