典型的寬帶IP城域網(wǎng)分成核心、匯聚以及接入三個層面，作為用戶接入網(wǎng)絡(luò)與核心骨干網(wǎng)絡(luò)之間的橋梁，可以用來承載寬帶、互聯(lián)網(wǎng)專線、IDC、移動互聯(lián)網(wǎng)和其他(如WLAN及網(wǎng)管)不同的業(yè)務(wù)，典型的連接型IP城域網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

為應(yīng)對互聯(lián)網(wǎng)流量沖擊，寬帶IP城域網(wǎng)長期以來采用網(wǎng)絡(luò)不斷擴容和粗放式經(jīng)營模式，通過網(wǎng)絡(luò)輕載以及扁平化建網(wǎng)策略，為不同用戶/業(yè)務(wù)提供不同QoS等級的差異化服務(wù)機制。隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)流量的主體，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)已經(jīng)從簡單的網(wǎng)頁瀏覽，不斷豐富到高速下載、高清視頻、在線游戲、電子商務(wù)、金融交易等，業(yè)務(wù)類型不斷細分，不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求差異化也更加明顯，當(dāng)前粗放式經(jīng)營的寬帶IP城域網(wǎng)無法滿足管道智能化、運營差異化、能力開放化的新型寬帶服務(wù)需求。

　　圖1 傳統(tǒng)連接型城域網(wǎng)架構(gòu)

SDN的出現(xiàn)提供了一種最開放、靈活和可持續(xù)演進的創(chuàng)新架構(gòu)，其核心技術(shù)是通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面與數(shù)據(jù)面分離，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供良好的平臺。SDN是計算虛擬化后為適應(yīng)云計算網(wǎng)絡(luò)虛擬化的需求而發(fā)展起來，是ICT產(chǎn)業(yè)軟件化的的趨勢體現(xiàn)。將SDN應(yīng)用于城域網(wǎng)中能夠解決目前城域網(wǎng)中出現(xiàn)的業(yè)務(wù)控制層瓶頸，降低CAPEX、OPEX，簡化運營和維護，支持彈性伸縮，減少TTM等。

寬帶城域網(wǎng)亟需引入SDN/NFV

寬帶接入及終端側(cè)的需求

現(xiàn)有固定寬帶業(yè)務(wù)與寬帶接入方式以及接入終端之間強耦合，不但導(dǎo)致新業(yè)務(wù)部署復(fù)雜，而且家庭網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)復(fù)雜，導(dǎo)致故障率高。不同業(yè)務(wù)終端在家庭內(nèi)部的組網(wǎng)需求迫切，家庭網(wǎng)關(guān)已經(jīng)成為IP城域網(wǎng)絡(luò)的延伸以及家庭業(yè)務(wù)接入第一入口，現(xiàn)有橋接性網(wǎng)關(guān)已經(jīng)無法滿足智能化、開放化、虛擬化的需求。此外，二層資源緊缺，F(xiàn)TTx海量的站點管理也為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護帶來了新的挑戰(zhàn)，迫切希望實現(xiàn)寬帶接入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的可視、可管、可定位。

引入SDN/NFV、VxLAN、QINQ等技術(shù)，可實現(xiàn)二層資源的極大擴展，實現(xiàn)城域網(wǎng)大二層架構(gòu)，提高設(shè)備利用率，降低維護配置復(fù)雜性，解決目前城域網(wǎng)二層資源告罄的問題，幫助城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層實現(xiàn)高度收縮、資源池化、POP整合等目的。

城域匯聚及業(yè)務(wù)控制層需求

為降低各類業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的壓力，城域網(wǎng)的業(yè)務(wù)路由存在多邏輯平面和多邊緣部署方式，BRAS設(shè)備主要根據(jù)地域用戶覆蓋采用分布式部署方式，各設(shè)備獨立運行和維護，地址資源規(guī)劃復(fù)雜，存在網(wǎng)絡(luò)可靠性差、設(shè)備資源利用率低且不均衡、運維成本高等一系列問題。此外，BRAS設(shè)備多為廠家封閉式系統(tǒng)，新業(yè)務(wù)上線慢，與業(yè)務(wù)系統(tǒng)對接復(fù)雜，支持新特性的設(shè)備軟件版本開發(fā)周期長，新特性的部署周期長。

為滿足網(wǎng)絡(luò)智能化運營需求以及少數(shù)特殊業(yè)務(wù)承載需求，除了傳統(tǒng)城域BRAS設(shè)備以外，還增加了包括CGN、防火墻、DPI、CDN等不同的增值業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點，這些設(shè)備功能和應(yīng)用場景局限、部署分散、性能提升較慢、價格居高不下，對運營商而言性能價格比較低。以粗放式網(wǎng)絡(luò)帶寬出租運營為主，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與承載業(yè)務(wù)割裂，設(shè)備軟硬件耦合度很高，網(wǎng)絡(luò)能力封閉，業(yè)務(wù)升級速度慢，無法靈活有效提供寬帶增值業(yè)務(wù)以及端到端的寬帶管道精細化運營。

引入SDN/NFV技術(shù)，可實現(xiàn)BRAS/SR設(shè)備的軟件化和虛擬化，并實施POP點的收縮歸并，實現(xiàn)業(yè)務(wù)控制層軟硬件解耦；在目標架構(gòu)基礎(chǔ)上引入SDN技術(shù)，可實現(xiàn)控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離、強化控制能力、提升轉(zhuǎn)發(fā)效率、引入業(yè)務(wù)鏈、增強網(wǎng)絡(luò)能力開放、解決城域匯聚及業(yè)務(wù)控制層的問題。

城域核心層的需求

隨著云計算、大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)客戶需求的增加等因素將拉動城域網(wǎng)流量增長。城域網(wǎng)核心路由設(shè)備一方面對接骨干網(wǎng)業(yè)務(wù)資源，另一方面對接本地IDC業(yè)務(wù)資源，主要存在城域網(wǎng)核心路由器(CR)出口流量不均衡、大流量突發(fā)現(xiàn)象頻發(fā)、部分本地化流量繞轉(zhuǎn)到外網(wǎng)IDC訪問等問題，無法實現(xiàn)針對業(yè)務(wù)資源分布以及用戶訪問行為的智能流量調(diào)度策略。

通過引入SDN，城域網(wǎng)路由反射器進行虛擬化及SDN改造，增強路由反射器對整體路由信息的控制能力和流量智能調(diào)度能力，可解決城域網(wǎng)核心路由器層的流量優(yōu)化問題。

基于SDN/NFV的BRAS架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

SDN本身不僅是一種具體技術(shù)和協(xié)議，還是一種網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)；NFV實現(xiàn)業(yè)務(wù)功能與專業(yè)硬件解耦，促進業(yè)務(wù)功能重組，實現(xiàn)層級化部署。基于SDN/NFV的vBRAS的引入，為運營商網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)帶來機會，但也帶來巨大挑戰(zhàn)，需要驗證當(dāng)前vBRAS的功能與性能，掌握vBRAS設(shè)計架構(gòu)及業(yè)務(wù)實現(xiàn)流程；需要評估vBRAS對傳統(tǒng)BRAS業(yè)務(wù)承載能力，是否可在現(xiàn)網(wǎng)部署與應(yīng)用；需要探索vBRAS的部署模式，評估對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響。

vBRAS設(shè)備形態(tài)

當(dāng)前vBRAS的產(chǎn)品情況仍未完全成熟，廠家仍處在研發(fā)階段。當(dāng)前vBRAS的設(shè)備形態(tài)有兩種方案，一種為局部虛擬化方案，另一種為完全虛擬化方案。

　　圖2 vBRAS設(shè)備形態(tài)方案

局部虛擬化方案中，控制面虛擬化，轉(zhuǎn)發(fā)面采用傳統(tǒng)路由器承載。

完全虛擬化方案分為4個階段，如圖2所示。

階段1：軟化方案，基于服務(wù)器架構(gòu)實現(xiàn)軟硬件解耦；

階段2：虛擬化方案，通過虛擬機架構(gòu)承載業(yè)務(wù)，資源隔離，可實現(xiàn)動態(tài)遷移；

階段3：云化方案，計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一調(diào)度，業(yè)務(wù)統(tǒng)一編排，自動彈性伸縮；

階段4：SDN化方案，分解業(yè)務(wù)功能模塊化，若干業(yè)務(wù)功能集成為網(wǎng)絡(luò)功能；

當(dāng)前多數(shù)廠家產(chǎn)品處于階段3和階段4，向著云化和SDN化方向演進。

從現(xiàn)網(wǎng)BRAS和vRBAS對比來說，vBRAS和傳統(tǒng)BRAS性能參數(shù)對比分析，見表1。

　　表1 vBRAS和傳統(tǒng)BRAS性能對比分析

可見，vBRAS在性能上單機轉(zhuǎn)發(fā)能力弱，多機并行處理能力強，不存在控制平面的瓶頸，而傳統(tǒng)BRAS硬件轉(zhuǎn)發(fā)能力強，控制平面資源有限，存在瓶頸，結(jié)合設(shè)備的擴展性、靈活性以及標準化等綜合考慮，vBRAS符合未來的技術(shù)演進方向。

基于SDN/NFV的vBRAS城域組網(wǎng)架構(gòu)

基于SDN/NFV的vBRAS城域組網(wǎng)將以寬帶網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新業(yè)務(wù)為牽引，全面帶動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、IT資源池、管理和控制平臺等基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施的向SDN/NFV的全面遷移，重新構(gòu)建現(xiàn)有寬帶網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)體系和支撐體系，引入互聯(lián)網(wǎng)思維，基于端、管、云協(xié)同來進行迭代式的聯(lián)合創(chuàng)新，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)云化。

基于SDN/NFV的vBRAS城域組網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示。

　　圖3 基于SDN/NFV的vBRAS城域組網(wǎng)架構(gòu)

硬件層：整合傳統(tǒng)BRAS/SR設(shè)備池和x86服務(wù)器群在保護既有的投資基礎(chǔ)上，控制層硬件逐步向x86公共硬件架構(gòu)演進，而轉(zhuǎn)發(fā)層硬件將逐步由傳統(tǒng)路由轉(zhuǎn)發(fā)架構(gòu)和x86架構(gòu)向基于隊列轉(zhuǎn)發(fā)的新型高性能轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備方向演進。

虛擬層：統(tǒng)籌調(diào)度x86硬件資源，為vBRAS提供云化操作環(huán)境。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬層：實例化的vBRAS，實現(xiàn)軟硬件解耦、彈性擴容。

SDN控制器：在vBRAS實例化的基礎(chǔ)上提取控制信息，共管傳統(tǒng)BRAS/SR，并與傳統(tǒng)控制平臺進行整合，形成SDN集中控制單元，主要負責(zé)IP POOL、策略控制、AAA、DNS等傳統(tǒng)用戶及業(yè)務(wù)控制功能以及新的用戶和業(yè)務(wù)等管理功能等。

網(wǎng)絡(luò)資源協(xié)同控制及網(wǎng)絡(luò)能力開放層：采用統(tǒng)一化的SDN/NFV基礎(chǔ)環(huán)境，提供全面的寬帶網(wǎng)絡(luò)能力開放，聚合產(chǎn)業(yè)應(yīng)用，搭建寬帶聯(lián)盟應(yīng)用商城，開展生態(tài)運營。

vBRAS關(guān)鍵技術(shù)

·vBRAS云化設(shè)計

在ETSINFV ISG的推動下，目前vBRAS正在由軟化階段向云化階段演進，軟化方案由多臺服務(wù)器組成軟化的vBRAS群，每臺服務(wù)器包括若干個vBRAS，vBRAS軟化方案存在一些不足，比如軟化方案對外呈現(xiàn)大量網(wǎng)元，彈性伸縮后周邊配套服務(wù)器需要重新配置，彈性伸縮依賴控制器配合支持等。

　　圖4 vBRAS軟化方案

而vBRAS云化方案由若干個服務(wù)器云化對外組成一臺vBRAS，控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，控制轉(zhuǎn)發(fā)彈性伸縮，以此克服vBRAS軟化的不足，對外呈現(xiàn)較少的網(wǎng)元，彈性伸縮對周邊配套服務(wù)器不可見，彈性伸縮也不依賴控制器，更適合在云化數(shù)據(jù)中心中部署。

　　圖5 vBRAS云化方案

·vBRAS自動彈性伸縮

自動彈性伸縮是vBRAS的關(guān)鍵能力，根據(jù)負載情況動態(tài)擴展資源，創(chuàng)建和回收vBRAS，基于CPU、利用率、用戶數(shù)、轉(zhuǎn)發(fā)容量等自動負載均衡算法，實現(xiàn)MANO自動感知調(diào)度系統(tǒng)，資源動態(tài)均衡，業(yè)務(wù)無感知。自動彈性伸縮較原來傳統(tǒng)BRAS軟硬件一體的方式，能夠最大限度地提升硬件資源的利用效率。

vBRAS自動彈性伸縮流程如圖6所示。

　　圖6 vBRAS自動彈性伸縮，資源動態(tài)均衡

①理員在MANO上配置負載閥值和業(yè)務(wù)策略；

②vBRAS將負載情況實時上報給MANO；

③MANO判斷負載閥值，驅(qū)動vBRAS的scale out動作，創(chuàng)建新的VM并打通其與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的通訊通道；

④從EMS可以看到vBRAS在scale out之后性能提升。

·vBRAS可靠性設(shè)計

vBRAS的可靠性設(shè)計將繼承傳統(tǒng)BRAS的可靠性技術(shù)，比如Trunk、雙主控和雙機熱備等，同時將傳統(tǒng)的可靠性技術(shù)應(yīng)用到云環(huán)境，以應(yīng)對VM故障、服務(wù)器故障、機架故障和機房故障等，尤其是基于云的特點，vBRAS提供VM級的故障自愈，自動恢復(fù)技術(shù)。

通過MANO自動創(chuàng)建新的VM，取代故障VM，始終保持雙主狀態(tài)，無需人工干預(yù)。基于VM的故障自愈流程為STEP1:正常狀態(tài)；STEP2:主控VM故障，備控VM升主；STEP3:啟用服務(wù)器3，重新恢復(fù)雙主狀態(tài)。

　　STEP1

　　STEP2

　　STEP3

圖7 vBRAS VM級別的故障自愈

vBRAS引入思路及演進步驟

在IP城域網(wǎng)的層次結(jié)構(gòu)中，城域業(yè)務(wù)控制層位于寬帶接入層和城域核心層交匯處，承上啟下，BRAS設(shè)備作為城域業(yè)務(wù)控制層的重要網(wǎng)元，不僅作為寬帶用戶接入網(wǎng)絡(luò)的錨點，同時也是運營商電信級業(yè)務(wù)的接入控制點，BRAS設(shè)備是IP城域網(wǎng)由簡單的因特網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)向電信級業(yè)務(wù)可運營的城域網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵。

城域網(wǎng)vBRAS引入整體思路

城域網(wǎng)引入SDN/NFV，BRAS設(shè)備首當(dāng)其沖，但由于其復(fù)雜性及重要性，vBRAS的引入將是分階段、分步驟的，不能一蹴而就。

業(yè)務(wù)控制層vBRAS改造整體思路：引入NFV技術(shù)，實現(xiàn)BRAS設(shè)備的軟件化和虛擬化，以邊緣DC為載體，實現(xiàn)業(yè)務(wù)控制層軟硬件解耦，同時實施POP點的收縮歸并，實現(xiàn)城域網(wǎng)由邊緣DC和區(qū)域DC為中心的目標架構(gòu)；在目標架構(gòu)基礎(chǔ)上引入SDN技術(shù)，實現(xiàn)vBRAS控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離，同時結(jié)合物理BRAS池化組網(wǎng)，達到物理BRAS和vBRAS虛實組網(wǎng)和共管，強化控制能力，提升轉(zhuǎn)發(fā)效率；最后結(jié)合NFV管理平臺和編排體系，結(jié)合SDN控制器，實現(xiàn)端到端網(wǎng)絡(luò)資源的協(xié)同控制，業(yè)務(wù)鏈編排以及網(wǎng)絡(luò)能力開放，解決策略控制瓶頸問題以及帶寬經(jīng)營、寬帶業(yè)務(wù)創(chuàng)新等問題。

城域網(wǎng)vBRAS引入步驟

業(yè)務(wù)控制層vBRAS的引入是城域網(wǎng)SDN/NFV改造的關(guān)鍵，可以分成以下3個階段。

·階段1：以典型業(yè)務(wù)場景為基礎(chǔ)，引入x86架構(gòu)體系的NFV BRAS，促進硬件通用化和功能虛擬化，在公共硬件基礎(chǔ)上部署vBRAS等產(chǎn)品，基于虛擬化推動邊緣DC和區(qū)域DC的重塑。

·階段2：利用NFV虛擬層的能力，統(tǒng)籌調(diào)度BRAS池和vBRAS x86設(shè)備池，在vBRAS的基礎(chǔ)上提取控制信息，比如IP POOL、策略控制、AAA、DNS等傳統(tǒng)控制功能以及新的產(chǎn)品及業(yè)務(wù)控制功能，形成SDN控制單元，形成網(wǎng)絡(luò)對用戶及業(yè)務(wù)的感知和控制能力。

·階段3：NFV管理平臺及編排體系建設(shè)，新建業(yè)務(wù)編排器，結(jié)合SDN控制器，在城域網(wǎng)引入業(yè)務(wù)鏈，同時開放網(wǎng)絡(luò)能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的編程和調(diào)用，結(jié)合業(yè)務(wù)鏈的業(yè)務(wù)自動化，靈活開通服務(wù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的端到端控制和業(yè)務(wù)靈活編排引入。

城域網(wǎng)SDN/NFV化帶來的思考

城域網(wǎng)電信業(yè)IT化，利用NFV和云計算的方式構(gòu)建統(tǒng)一的硬件資源平臺，利用SDN和網(wǎng)絡(luò)虛擬化，構(gòu)建統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)資源平臺，并且從少量特種應(yīng)用領(lǐng)域逐步轉(zhuǎn)向關(guān)鍵網(wǎng)元領(lǐng)域；網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件統(tǒng)一標準化采購，另外采購軟件及必要的服務(wù)，用戶自己掌握SDN控制器和可靈活定制的業(yè)務(wù)邏輯。以上已經(jīng)成為城域網(wǎng)SDN化發(fā)展的趨勢。但是城域網(wǎng)當(dāng)前引入SDN面臨許多問題，值得我們深思。

SDN/NFV標準還不成熟，NFV的標準化完成了階段1工作，定義了框架，但流程還存在爭議問題，目前正在做階段2的工作，強調(diào)開放、互操作和具體實現(xiàn)，著手制定強制性標準。SDN的標準也在進行中，各大標準組織和開源社區(qū)成為推動技術(shù)成熟的主要方式，運營商需要考慮控制器的知識產(chǎn)權(quán)以及SDN和NFV的接口標準化問題。

未來的SDN網(wǎng)絡(luò)控制器將成為網(wǎng)絡(luò)的大腦，運營商需要占據(jù)主導(dǎo)權(quán)，否則將失去與應(yīng)用方合作的能力，同時也失去對網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)力。

SDN技術(shù)還有待成熟，具體表現(xiàn)在：首先，組網(wǎng)性能有待提高，如何提高SDN控制器的運算效率和處理能力，提高轉(zhuǎn)發(fā)面的轉(zhuǎn)發(fā)能力；其次，集中控制算法有待解決，在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中的接種控制算法、拓撲信息和資源狀態(tài)采集方法有待實現(xiàn)；最后，虛實組網(wǎng)演進，在分場景分區(qū)域引入SDN和NFV時，虛擬網(wǎng)元和物理網(wǎng)元、運營支撐系統(tǒng)之間并存、互通以及協(xié)同等有待解決。

總之，SDN/NFV提供了一種最開放、靈活和可持續(xù)演進的新架構(gòu)，為解決傳統(tǒng)網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的諸多問題提供了一種最根本的手段和最佳的重構(gòu)機會，SDN/NFV落地城域網(wǎng)值得期待。