基于5G承载的智能城域网部署研究及实现_刘倩.pdf

44ELECTRONIC ENGINEERING&PRODUCT WORLD 2023.3$电子产品世界Design设计应用&Application无线应用基于5G承载的智能城域网部署研究及实现Research and implementation of intelligent MAN deployment based on 5G bearer刘 倩，项朝君，吕艳娜，罗望东（中国联通河南分公司，河南郑州450000）摘 要：分析了以满足5G业务承载为主的智能城域网网络的总体架构，从智能城域网组网、IGP协议部署、BGP协议部署，结合Segment Routing、SDN、BGP-LS、MPLS BGP VPN跨域对接等技术。阐述了智能城域网与周边网络系统的对接情况以及5G相关业务VPN在智能城域网内、跨网之间互通的网络承载实现方案。智能城域网通过架构简化、协议简化、设备简化、网络控制和管理智能化实现了面向5G业务为主的多业务融合统一承载，解决了业务承载一致性差的问题，满足未来5G时代业务的承载需求。关键词：5G承载；智能城域网；SR；SDN；BGP-LS；MPLS BGP VPN；智能化1 概述在长期的业务网络发展演进过程中,联通构建了多张不同定位的 IP 承载网络,主要分为 IP 城域网和 UTN城域承载传送网。其中,IP 城域网是互联网业务的承载网络,主要承载的有家庭固定宽带、固网语音、IPTV、政企专线等业务；UTN 城域承载传送网络则主要用于IP/MPLS技术的无线接入网（IP RAN）、政企专线等业务。不同城域网络的管理相对独立,并且在设备容量、协议使用、自治域划分以及业务功能支持上都各不相同,随着 IP 业务融合演进发展的趋势,上述网络之间形成了复杂的业务联系,多张网络互联带来了背靠背资源浪费以及网络管理的高复杂度,同时导致业务承载的一致性差、业务转发效率低、网络扩展不灵活、创新业务支撑不足等一系列问题。鉴于现有网络的复杂性以及 5G 承载、通信云化、城域网网络功能虚拟化等业务承载的迫切要求,中国联通城域网络重构势在必行。随着 5G 时代的到来,5G 基站建站速度及建站密度都远超 4G 基站,4G 承载网的接入汇聚核心设备无论从容量还是功能性能等方面都无法满足 5G 业务的发展,因此,以 5G 建设及5G 承载网络构建为契机,打破烟囱式的组网架构,构建一张融合承载的智能城域网实现通信云、移动业务、政企客户接入以及固网宽带等业务的综合承载成为必要1。2 联通智能城域网组网方案智能城域网采用核心（MCR）+汇聚（MER）+接入（MAR）的简化架构实现 5G 业务、专线业务、家客业务以及 4G、5G 基站互操作等业务的综合承载目标。联通智能城域网总体架构如图 1 所示。图1 联通智能城域网总体架构 2023.3电子产品世界设计应用Design&Application无线应用其中,核心设备（MCR）用于网内不同汇聚设备间流量转发以及与其他网络间流量转发；汇聚设备（MER）用于多业务综合承载接入,包括基站回传业务、大客户业务、通信云业务以及 vBRAS 业务等,与 MER 同局址的 BBU 或少量周边基站直接接入 MER；接入设备（MAR）用于基站接入以及部分节点的综合业务接入。MCR 和 169 网 CR 对接,疏导 vBRAS 家宽业务流量以及互联网专线类流量；MCR 和 CUII/B 对接,疏导访问大区 5GC 流量；MCR 和 UPF 对接,疏导访问 UPF流量。MCR 和 IPRAN 对接,疏导互通流量和访问 4G 核心网流量；MCR 和电信网络对接,疏导共建共享流量。2.1 智能城域网IGP协议部署2.1.1 IGP协议层次化部署智能城域网 IGP 协议层次化部署,MCR 与 MER 之间、MER 与 MAR 之间均部署 ISIS 协议,都采用 Level 2 层级,MCR 与 MER 设备共进程 ISIS n。接入环采用ISIS 多进程,接入 MAR 设备按环分进程,每个接入环（或接入链）部署 1 个 ISIS 进程,与核心汇聚层实现路由隔离,同一对汇聚设备下不同接入环分属不同进程,进程间的路由相互隔离2。如存在多级接入环,二级接入环/接入链与一级接入环采用同一进程。MAR 将 MAR-MAR 互联、MAR-MER 互联接口和自身环回口宣告进 ISIS,ISIS 进程号与本设备所在的环号对应。MER-MER 互联接口开启 N+1 个子接口,面向接入侧的 N 个子接口运行接入环 ISIS 进程,第N+1 个子接口运行 MER-MCR 之间的 ISIS 进程。图2 智能城域网IGP协议部署2.1.2 IGP COST值设置原则接入环 MAR-MER 或 MAR 之间的 COST 设置为100,MER-MER 之间用于接入环 ISIS 进程的互联子接口 COST 值大于接入环所有链路 COST 值之和设置为2 000,为接入环闭环,确保 MAR 之间的互通不经过MER 绕行。MCR 根据双平面设计原则,汇聚环 MER 之间以及MER-MCR 之间 COST 设置一致均为 100。同时为保证横穿流量尽量靠近接入层,相同层级节点之间互联电路COST 值逐级减小,MCR-MCR 之间 COST 设置为 150大于 MER-MER 的 COST 值 100。2.1.3 IGP路由重分布核心汇聚 ISIS 进程和接入 ISIS 进程进行按需路由引入。接入环汇聚设备将其 loopback 路由引入接入环ISIS 进程。对于业务 IP,按照业务分层部署方案,接入设备的路由没有必要引入到汇聚环中。当汇聚 MER 上进行接入环 ISIS 进程和汇聚环 ISIS进程的双点双向路由重分布时,为了防环,在相互重分布路由时需要注意在将汇聚 ISIS 进程的路由发布给接入ISIS进程之后不能再被重分布进汇聚ISIS进程,同理,在将接入 ISIS 进程的路由发布给汇聚 ISIS 进程之后不能再被重分布进接入 ISIS 进程。路由引入可能引起环路问题,如图 3 所示,接入进程为 ISIS 2,汇聚进程为 1000,汇聚环 MER 间的 COST值为 100,对于 A2 设备的环回地址在 2 台 MER 上查看COST 值均为 200,在 2 台 MER 的 ISIS 1000 进程分别引入 ISIS 2,此时在 MER1 上再次查看 A2 的环回地址COST 值为 100,下一跳为 MER2,同理在 MER2 上查看A2 的环回地址 COST 值为 100,下一跳为 MER1,此时环路产生。为解决上述问题,在进行路由引入时需要打上更大的 cost 值（现网配置为 10000）。2.1.4 智能城域网Segment Routing配置智能城域网开启 SR 功能,将 loopback 环回地址作前缀通告 Node-SID,在 ISIS 协议下使能 ISIS Segment Routing 功能,使能 ISIS 的 BFD,以及 ISIS TI-LFA,触发故障快速感知和重路由。46ELECTRONIC ENGINEERING&PRODUCT WORLD 2023.3$电子产品世界Design设计应用&Application无线应用SRGB 域的空间大小设置原则为：大于 SR 网络（本地网）域内网元数量,同时要保证 SRGB 起始值加偏移值不大于 SRGB 的结束值。目前,每个本地网的 SRGB 范围为 24 000-43 999,每个本地网中所有设备的 SRGB 范围及起始值均保持一致。单个本地网中每个网络节点的 ISIS prefix-sid index值必须在 SRGB 之内,目前 SRGB 最大值和最小值之差为20 000,那么ISIS prefix-sid index可用值是0-19 999。MER 设备的每个 ISIS 进程的 SRGB 范围必须一致。每台设备的 NODE SID 设置为每 AS 域内唯一,为每台设备分配 6 个 NODE SID,其中,预留 5 个标签用于满足后期硬切片等业务发展需求。2.2 智能城域网BGP协议部署在智能城域网内,BGP 协议除了作为跨网边界路由协议外,还主要用于传递业务路由,BGP 开启 BGP VPNv4/VPNv6/EVPN 地址族用于传送相关业务路由。2.2.1 智能城域网两级RR部署智 能 城 域网及 5G 接入环部署两级 RR,智能城域网核心设备 MCR 兼做 一 级 RR 并且 cluster-id 设置一致,一级反射器 MCR不设置下一跳为自己,智能 城 域 网 中 MER 做 RR client；5G 接入环汇聚设备MER 兼做二级 RR 不设置cluster-id,二 级 RR 作 为5G 接入环内的 RR,对同环路由不修改下一跳,对于其他路由（跨环和回传）修改下一跳地址为自己,5G 接入环内的其他设备做RR client。智能城域网边缘设备与路由反射器建立 BGP-LS 邻居关系获取网络拓扑信息,路由反射器与 SDN 控制器建立 BGP-LS 邻居关系3,控制器根据获取的拓扑信息计算路径。2.2.2 智能城域网RD/RT部署方案智能城域网网络目前为口字型部署,结合业务需求及运维管理,智能城域网全网设备上同一个 VRF 的RD 设置一致。汇聚核心设备部署单 RT,其值与 RD 值保持一致。接入设备目前对于 5G_RAN、5G_RAN_VIP、4G_RAN 业务启用双 RT 部署,因为这些业务存在 Xn 流量,在实现 S1 业务的同时保证 Xn 同环业务的直接转发需求。RT2 独立规划,其 Assigned Number 采用 7 位编号,即 RT2 的标准格式为“AS:ABBBCCC”。第 1 位“A”表示 VPN 属性,本期主要涉及 3 类 VPN（1 为 5G_RAN,2 为 5G_RAN_VIP,3 为 4G_RAN）。第 2-4图3 路由引入引起环路图 4 MER 至 MAR 路由策略部署 2023.3电子产品世界设计应用Design&Application无线应用位“BBB”表示汇聚设备的编号（取奇数）。第 5-7 位“CCC”表示接入设备所属 ISIS 进程的进程号。例如一对 MER 设备编号为 5 和 6（即 BBB=005）,接入环ISIS 进程为 3（即 CCC=003）,VPN 为 5G_RAN（即A=1）,此时 RT2 应为 AS:1005003。双 RT 规划路由策略为：接入设备启用双 RT,RT1和 RT2,同环业务使用 RT2,其他业务使用 RT1,MER针对不同环的 MAR 设备分配到不同的 peer group 组,MER 给 MAR 下发缺省路由的同时再给同环 MAR 发布携带对应 RT2 的路由。MER 本地配置缺省路由,并将缺省路由通过network 方式在 bgp 的 VPN 实例下引入,MER 针对不同环的 MAR 设备分配到不同的 peer group 组,针对不同的 group 使用不同的 export 策略,主要区别在于 node20 设置,MER 针对不同的接入环邻居发布对应 RT2 的路由。2.2.3 智能城域网MCR/MER优选同平面路由智能城域网网络目前为口字型结构,BGP 选路遵循同侧优先的原则,将 MCR 和 MER 分为 2 个平面,其中 MCR1 和 MER1 在同一平面 A,MCR2 和 MER2 在同一平面 B。MCR 将下联所有 MER 放至 1 个 bgp 组中,MCR1发出的所有路由打上团体属性 A,MCR2 发出的所有路由打上团体属性 B。A 平面 MER 收到属性 A 的路由配置local-preference 100,属性 B 的路由配置 local-preference50；B 平面 MER 收到属性 A 的路由配置 local-preference50,属性 B 的路由配置 local-preference 100。A 平面 MER1 发路由给 MCR 时,打上团体属性A,B 平面 ME