BRAS设备可靠性方案的研究与应用
BRAS设备可靠性方案的
研究与应用
阳成彦
（中国联通中山市分公司 528400）
摘 要
随着互联网的爆炸式发展和宽带中国战略的提出，IP网络承载着越来越多的电信业务，IP城域网的高可靠性及安全性越来越受关注，在IP城域网中扮演重要角色的BRAS设备重要性不言而喻。但是，由于IP网络本身架构以及技术的复杂性，高可靠性的网络需要采用多种技术才能取得。本文结合中山联通城域网的实际，采用smart-link组技术、eth-trunk跨板卡端口聚合技术以及BFD技术相结合的原则，提出了构建BRAS高可靠性的具体方案，并应用于中山城域网中，极大地提高了网络的安全性。
关键词：
BRAS 可靠性 smart-link组 端口聚合 BFD
ABSTRACT
With the explosive growth of internet and China broadband strategy proposed,IP network is carrying more and more telecom services,people pay more and more attention to the high reliability and security of IP MAN,BRAS equipment what is more important in the IP MAN plays a great role.However,we must use multiple techniques in order to obtain the high reliable network due to the IP network architecture and its technical complexity.In this paper,combined with the reality of IP MAN of Zhongshan of China Unicom,we adopt the strategy cross-card eth-trunk technology , smart-link group technology and the BFD technology which are applied in IP MAN of Zhongshan of China Unicom to creat specific programs of highly reliable and secure BRAS.
KEY WORDS:
BRAS,Reliability, port link-aggregation, BFD
概述
随着互联网的高速发展，网网络购物、网络游戏等应用层出不穷并逐渐普及，正深刻改变着人们的生活方式，网络已成为人们生产生活中不可或者的一部分。
为了提高网络品质、提高客户感知，电信运营商需要扩大网络容量，提高网络的安全可靠性，改善网络质量。作为IP城域网业务控制层的核心设备BRAS设备位于网络的二层与三层之间，在城域网中起着承上启下的作用，是IP城域网中的关键设备，其安全性、可靠性直接影响客户的感知度，因此如何提高BRAS设备的可靠性，已经成为电信运营商急需解决的问题。
中山联通城域网网络现状及存在的问题
网络拓扑及存在问题
中山联通城域网网络采取树形结果，层次清晰，实现大二层完全扁平化。业务控制层BRAS设备采取口字型双路由上行到两台核心路由器，互为备份。城域网建设初期，为了实现投资有效性以及管理集中化，采取大容量、高密度、集中化部署BRAS设备。随着宽带用户不断增加，集中式BRAS渐渐不能满足发展需求，今年来，采用分布式部署BRAS设备。目前，BRAS采取的是集中式与分布式结合的部署方式，故汇聚层交换机上行至BRAS有两种，口字型双路由上行（如下图SW1）和一字型同机房上行（如下图SW2）。
OTN技术暂未大范围推广，城域网汇聚层至业务控制层全部采用的是光纤直连技术，设备光口之间以点对点方式直连。受传输条件制约，存在较多超长距离链路。光纤技术舍弃了传输设备，无法保证光纤质量以及检测光纤性能。近年来，由于光纤衰耗引起的重大故障占比达到75%，尤其是光纤引起的单通故障，属于隐性故障，影响面大且排障难度大。
设备类型及存在问题
中山联通城域网业务控制层BRAS设备有华为技术有限公司的MA5200G以及ME60，上海贝尔股份有限公司的贝尔7750；汇聚层三层交换机有华为技术有限公司的S9300系列以及华三的S8500系列。
目前华为技术有限公司以及上海贝尔股份有限公司的BRAS产品，均采用分布式硬件转发，各系统以及硬件采取冗余设计，均能自动主备用进行切换，且不影响业务，达到了电信级的可靠性。在中山联通城域网内，BRAS设备承载的主要有ADSL、LAN、WLAN以及专线业务，对于MA5200G以及S8500来说，由于不支持10G平台，受带宽瓶颈限制，难以满足宽带爆炸式发展的带宽需求。而对单台设备而言，由于设备端口、板卡甚至宕机等原因引起的故障，也在比较普遍的，如果一台BRAS发生故障，就会造成上万用户的业务中断，后果不堪设想。
BRAS可靠性方案与应用
在电信发展初期，当BRAS发生故障时，我们通常依靠监控、更换故障板件的方式去解决问题。但是，从通信中断到故障恢复，少则需要十分钟甚至数小时，用户是难以接受的。因此，有必要利用新的技术手段提高BRAS的可靠性，使得BRAS端口、板卡甚至宕机情况下，不影响现网业务，能够进行无缝切换。
采用的技术
eth-trunk技术是一种端口捆绑技术，捆绑多个物理端口作为一个逻辑接口。Eth-trunk技术不仅可以增加带宽，还能实现流量负载分担，最重要的是能提高设备的可靠性。当某个物理端口故障时，流量自动切换到逻辑接口其他端口上，大大地提高了eth-trunk承载流量的可靠性。考虑到设备的板卡故障，本文提出了跨板块的eth-trunk技术，大大降低了故障发生率。
Smart-link组技术又称灵活链路技术，组内包含主、从两个端口，该端口可以是物理端口，也可以是逻辑端口。当处于转发状态的主端口链路故障的时候，smart-link组会自动将将业务切换至备用的组里面去。由于smart-link技术是基于本端设备端口状态的，若出现光纤单通引起的本端设备端口UP，对端设备端口DOWN，而smart-link组却认为端口正常，依然处于转发状态，因此smart-link组天生无法解决光纤单通、丢包等引起的故障。
BFD技术又称双向转发检测技术，用于检测转发引擎之间的通信故障。具体来说，BFD对系统间的、物理链路或者逻辑链路上的一种数据协议的连通性进行检测，若链路质量出现问题，则该端口自动处于阻塞状态。BFD技术非常好地弥补了smart-link组技术的不足。
本文融合了以上三种技术，三者相辅相成，缺一不可。在城域网中，结合以上三种技术，BRAS设备可靠性获得了飞跃式的提高。
N*2方案
N*2方案即采用跨板卡eth-trunk技术捆绑N个2GE端口，将业务终结至局（近）端的BRAS设备。N*2方案拓扑图如下：
该方案采取跨板卡eth-trunk技术，若BRAS设备端口、单板发生故障，对所有业务不影响。但该方案无法解决BRAS宕机问题，BRAS设备属于单点故障。该方案在传输资源有限的情况下，该方案还是有一定的应用价值，毕竟BRAS设备可靠性已达到99.99%。该方案易于扩容，且能节省BRAS设备cpu资源利用率。
目前该方案应用于小榄节点，基于N为3的GE平台，该方案某种程度上提高了BRAS设备的可靠性，解决了链路拥塞的难题。古镇节点局（近）端BRAS端口峰值利用率为31%，远远低于优化前的86%。
N*1+1方案
N*1+1方案即采用跨板卡eth-trunk技术捆绑N个GE或者N个10GE端口，将业务终结至局（近）端的BRAS设备；1个GE或者1个10GE上联至出局BRAS设备。局（近）端的BRAS设备承载绝大多数业务，出局BRAS尽可能承载少量业务，局（近）端与出局BRAS的链路采用smart-link技术进行业务热备份，所有端口启用BFD协议。N*1+1方案拓扑图如下：
该方案采取跨板卡eth-trunk技术，若BRAS设备端口、单板发生故障，对所有业务不影响；同时smart-link技术，一旦单台BAS宕机，确保ADSL、LAN、WLAN业务不中断。BFD技术能够检测光纤单通问题而导致smart-link组技术误判断，提高了smart-link组技术的可靠性。由于目前主流厂家的BRAS产品各模块均冗余保护，该方案出故障影响客户使用的概率基本为0，而且在传输条件有限的情况下，该方案具有良好的扩展性，方便链路扩容。
目前，该方案已古镇节点，基于N为2的10GE平台。通过该方案优化，BRAS设备可靠性得到了有效提高的同时，也解决了各节点链路拥塞的问题。古镇节点局（近）端BRAS端口峰值利用率为30%，远远低于优化前的80%。
结论
根据现网实际情况，通过对相关技术方案的研究，创造性地提出了N*2方案与N*1+1方案，有效地提高了BRAS设备的可靠性。随着宽带的不断发展，BRAS设备的高可靠性越是举足轻重，在具备条件的节点，一定采取N*1+1方案，从多方面提高BRAS安全性及可靠性。在实施BRAS设备可靠性两种方案后，中山城域网故障率大大降低了，链路拥塞率也完全消除了。
参考文献
刘化君 《计算机网络原理与技术》 电子工业出版社
郝群 《宽带接入网关BRAS的功能及其在宽带IP城域网优化建设中的实现》
李学军，李洪，朱英军 《宽带IP城域网的优化策略与实践》 人民邮电出版社
唐雄燕 《北京电信宽带网络现状及发展策略》 电信建设
附：作者简介
阳成彦 中山大学 硕士 现工作于中国联通中山市分公司 网络管理中心 联系方式：广东省中山市长江北北路6号联通大厦四楼
BRAS设备可靠性方案的研究与应用.docx
