唐陽，錢學(xué)榮

　　(南京郵電大學(xué) 通信與信息工程學(xué)院，江蘇 南京 210003)

        摘要：針對(duì)寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器的備份機(jī)制，主要研究了雙機(jī)備份機(jī)制和智能彈性架構(gòu)技術(shù)，分析和比較了兩者的優(yōu)缺點(diǎn)，并提出了一種接口聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

　　關(guān)鍵詞：寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器；可靠性；雙機(jī)備份；智能彈性架構(gòu)；接口聯(lián)動(dòng)

0引言

　　隨著運(yùn)營(yíng)商寬帶用戶和業(yè)務(wù)的增多以及電信網(wǎng)的IP化，簡(jiǎn)單的路由器技術(shù)已經(jīng)不能滿足運(yùn)營(yíng)商對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行控制和管理的需求［1］,為此，業(yè)務(wù)路由器（Service Router，SR）技術(shù)和寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器 (Broadband Remote Access Server，BRAS)應(yīng)運(yùn)而生。在它們面世初期，SR被用來連接用戶與網(wǎng)絡(luò)邊緣，實(shí)現(xiàn)較小容量的包轉(zhuǎn)發(fā)；BRAS則是面向?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的接入網(wǎng)關(guān)，用來完成用戶的認(rèn)證與管理。目前，SR技術(shù)與BRAS已經(jīng)大量應(yīng)用在電信運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)的邊緣處，兩者相互配合，承擔(dān)多業(yè)務(wù)承載的角色。然而，隨著運(yùn)營(yíng)商對(duì)視頻等業(yè)務(wù)需求的提升，SR技術(shù)和BRAS的缺陷也開始顯現(xiàn)出來。由于BRAS支持的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的以太傳輸協(xié)議（PointtoPoint Protocol over Ethernet， PPPoE）接入方式存在業(yè)務(wù)支持能力方面的內(nèi)在局限，不能承載大規(guī)模的IPTV等精品業(yè)務(wù);而SR則恰恰相反，其對(duì)PPPoE不支持，對(duì)于目前仍然以寬帶接入業(yè)務(wù)為主要收入來源的運(yùn)營(yíng)商來說，SR技術(shù)仍然不能獨(dú)擋一面。

　　IP網(wǎng)絡(luò)正處于向智能化的電信級(jí)IP承載網(wǎng)轉(zhuǎn)型的過程中，核心網(wǎng)邊緣設(shè)備的智能化是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵［2］。運(yùn)營(yíng)商通過將傳統(tǒng)的面向服務(wù)大客戶專線的SR與服務(wù)居民寬帶上網(wǎng)的BRAS融合為多業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)（MultiService Edge，MSE）［3］，加速新業(yè)務(wù)部署，改進(jìn)用戶體驗(yàn)，減少網(wǎng)元數(shù)量，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率和維護(hù)效率。

　　目前的BRAS組網(wǎng)應(yīng)用中，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求越來越高，如何保證用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不間斷傳輸，成為急需解決的問題［4］。在傳統(tǒng)的單機(jī)BRAS組網(wǎng)環(huán)境下，一旦出現(xiàn)鏈路、節(jié)點(diǎn)故障，所有用戶的業(yè)務(wù)都會(huì)中斷，業(yè)務(wù)恢復(fù)的時(shí)間也無法確定，對(duì)于網(wǎng)絡(luò)可靠性的影響比較大。

　　針對(duì)業(yè)務(wù)的可靠性需求，本文提出了雙機(jī)備份機(jī)制［5］和智能彈性架構(gòu)（Intelligent Resilient Framework，IRF）技術(shù)。主要闡述了雙機(jī)備份機(jī)制和IRF的可靠性，在對(duì)比了兩者的技術(shù)特點(diǎn)之后，提出了接口聯(lián)動(dòng)機(jī)制。

1雙機(jī)備份機(jī)制和IRF技術(shù)

　　1.1雙機(jī)備份機(jī)制

　　采用雙機(jī)備份的部署方法，通過提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性來提高用戶業(yè)務(wù)的穩(wěn)定性。對(duì)網(wǎng)絡(luò)匯聚層中的BRAS設(shè)備進(jìn)行雙機(jī)備份，主用設(shè)備和備用設(shè)備實(shí)時(shí)交互用戶的BRAS認(rèn)證信息、計(jì)費(fèi)信息和客戶管理信息［6］，從而保證了BRAS系統(tǒng)不間斷運(yùn)行，提高了可靠性。

　　雙機(jī)備份的BRAS組網(wǎng)如圖1所示。雙機(jī)備份組中有兩臺(tái)設(shè)備，一臺(tái)叫做主用設(shè)備（Master），另一臺(tái)叫做備用設(shè)備（Backup）。主用設(shè)備為業(yè)務(wù)提供支持，轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流量，并可在達(dá)到某一時(shí)間或一定的流量閾值后向備用設(shè)備發(fā)送業(yè)務(wù)備份信息；備用設(shè)備除接收主用設(shè)備的業(yè)務(wù)備份信息外，在主用設(shè)備發(fā)生故障后，備用設(shè)備會(huì)轉(zhuǎn)換成主用設(shè)備，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)流量，使業(yè)務(wù)不會(huì)中斷。

　　屬于同一個(gè)雙機(jī)備份組的兩臺(tái)設(shè)備上需要?jiǎng)?chuàng)建同一個(gè)虛擬路由冗余協(xié)議（Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP）備份組。雙機(jī)備份實(shí)例中的主用設(shè)備與VRRP備份組中的Master路由器對(duì)應(yīng)，執(zhí)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的工作，備用設(shè)備與VRRP備份組中的備用路由器對(duì)應(yīng)，監(jiān)聽主用設(shè)備的狀態(tài)，同步主用設(shè)備上的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，在主用設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，備用設(shè)備切換成主用設(shè)備，保證當(dāng)前運(yùn)行的業(yè)務(wù)不被中斷。對(duì)網(wǎng)絡(luò)匯聚層中的BRAS設(shè)備進(jìn)行雙機(jī)備份，主用設(shè)備和備用設(shè)備實(shí)時(shí)交互用戶的BRAS認(rèn)證信息、計(jì)費(fèi)信息和客戶管理信息，從而保證了BRAS系統(tǒng)不間斷運(yùn)行，提高了可靠性。

　　1.2IRF技術(shù)

　　IRF是H3C公司自主研發(fā)的軟件虛擬化技術(shù)。它的核心思想是將多臺(tái)設(shè)備連接在一起，進(jìn)行必要的配置后，虛擬化成一臺(tái)設(shè)備。使用這種虛擬化技術(shù)可以集合多臺(tái)設(shè)備的硬件資源和軟件處理能力，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備的協(xié)同工作、統(tǒng)一管理和不間斷維護(hù)。

　　在原本單機(jī)BRAS的組網(wǎng)環(huán)境基礎(chǔ)上，利用IRF技術(shù)將兩臺(tái)物理BRAS設(shè)備虛擬化成一臺(tái)邏輯BRAS設(shè)備，實(shí)現(xiàn)BRAS設(shè)備的高可靠性，同時(shí)也便于設(shè)備的管理。

　　1.3雙機(jī)備份與IRF對(duì)比

　　雙機(jī)備份機(jī)制和IRF技術(shù)都能為BRAS設(shè)備提供可靠性保證。如表1所示，從兩者的功能實(shí)現(xiàn)、需要的協(xié)議和配置的復(fù)雜程度進(jìn)行比較，可以看出IRF技術(shù)具有以下優(yōu)勢(shì)：

　　（1）兩種機(jī)制都是設(shè)備可靠性的保障，使用戶感知不到網(wǎng)絡(luò)故障，提升用戶的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

　　（2）配置上的簡(jiǎn)化：IRF機(jī)制不需要規(guī)劃VRRP主備組，也不需要啟動(dòng)雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)［7］（Bidirectional Forwarding Detection，BFD），減少了一半網(wǎng)關(guān)IP地址，也簡(jiǎn)化了配置。

　　（3）故障切換效率：IRF組網(wǎng)下二層聚合組的端口切換時(shí)間是毫秒級(jí)，用戶感知不到。

　　（4）用戶分配：IRF組網(wǎng)下匯聚交換機(jī)根據(jù)用戶物理地址（Media Access Control，MAC）在聚合端口Hash來分配上線用戶，基本可以達(dá)到各聚合端口中的成員端口的上線用戶數(shù)為1∶1，達(dá)到負(fù)載均衡的效果。

2接口聯(lián)動(dòng)機(jī)制

　　2.1實(shí)現(xiàn)背景

　　雙機(jī)備份機(jī)制依賴于VRRP協(xié)議，VRRP［8］是由 RFC2338定義的一種容錯(cuò)協(xié)議，而VRRP協(xié)議需要依賴于多個(gè)模塊的配合，實(shí)際上VRRP也是個(gè)單向的檢測(cè)過程［9］，即通過上行接口的Up/Down狀態(tài)變化觸發(fā)下行接口的Up/Down，無法讓下行接口的Up/Down來觸發(fā)上行接口的Up/Down。這樣就無法實(shí)現(xiàn)多個(gè)接口的狀態(tài)聯(lián)動(dòng)，從而增加了配置的復(fù)雜性。

　　2.2改進(jìn)機(jī)制

　　針對(duì)雙機(jī)備份機(jī)制已有的缺陷，本文提出了一種接口聯(lián)動(dòng)方案，通過判斷設(shè)備多個(gè)接口Up/Down狀態(tài)來觸發(fā)其他接口Up/Down狀態(tài)的變化，從而觸發(fā)設(shè)備相關(guān)的協(xié)議進(jìn)行鏈路切換。實(shí)現(xiàn)多接口狀態(tài)聯(lián)動(dòng)，避免了多種聯(lián)動(dòng)機(jī)制同時(shí)部署帶來的繁瑣配置，也避免了軟件開發(fā)實(shí)現(xiàn)模塊間關(guān)聯(lián)的復(fù)雜性。

　　如圖2所示，將X1、X2、X3接口設(shè)定在同一個(gè)LinkGroup（LG）組內(nèi)，LG的狀態(tài)有Initiated狀態(tài)、LGUp狀態(tài)，LGDown狀態(tài)。可以直接通過X1、X2、X3接口的狀態(tài)組合來決定接口組LG的狀態(tài)，達(dá)到統(tǒng)一管理的目的。

　　LG組狀態(tài)切換策略：

　　（1）當(dāng)LG組中所有的成員接口是Up狀態(tài)，LG組的狀態(tài)是LGUp；

　　（2）當(dāng)LG組中任一成員接口狀態(tài)是Down狀態(tài)，LG組的狀態(tài)是LGDown；

　　（3）當(dāng)LG組中沒有成員接口，LG組的狀態(tài)是Initiated。

　　根據(jù)以上LG組狀態(tài)切換策略可以制定X1、X2、X3接口狀態(tài)事件，并可能導(dǎo)致狀態(tài)機(jī)狀態(tài)的切換，從而實(shí)現(xiàn)LG組的狀態(tài)切換。表2例舉了所有接口可能出現(xiàn)的事件，表3則是對(duì)應(yīng)事件作用下LG組的狀態(tài)變化，圖3是對(duì)應(yīng)事件導(dǎo)致的狀態(tài)機(jī)的狀態(tài)切換。

　　通過實(shí)現(xiàn)多接口聯(lián)動(dòng)，可以達(dá)到聯(lián)動(dòng)業(yè)務(wù)的整體切換功能。以雙機(jī)備份組網(wǎng)為例，各模塊只需要關(guān)聯(lián)這個(gè)接口組狀態(tài)，而不再需要分別關(guān)注單個(gè)物理接口的狀態(tài)：VRRP直接監(jiān)測(cè)接口組狀態(tài)，X1/X2/X3鏈路斷開后，接口組狀態(tài)置為L(zhǎng)GDown，所有VRRP組整體降低優(yōu)先級(jí)，不需要再分別監(jiān)測(cè)上下行鏈路。這也便于后續(xù)類似需求的拓展。

3結(jié)論

　　本文所述的BRAS設(shè)備業(yè)務(wù)備份技術(shù)是一項(xiàng)實(shí)現(xiàn)BRAS跨設(shè)備備份的重要技術(shù)，它主要是通過主備設(shè)備之間的控制信息同步、故障探測(cè)及協(xié)議聯(lián)動(dòng)、主備切換等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在BRAS及其相連的鏈路處于故障情況下的平滑切換，實(shí)現(xiàn)了將網(wǎng)絡(luò)備份從傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)的核心層網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到二三層網(wǎng)絡(luò)邊緣，滿足電信級(jí)業(yè)務(wù)的可靠性要求。

　　參考文獻(xiàn)

　　［1］ 陳淑英.以太網(wǎng)技術(shù)走向電信化［J］.世界通信B，2007(37):22.

　　［2］ 陳曉春.寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器高可靠冗余備份關(guān)鍵技術(shù)的研究［D］.南京:南京郵電大學(xué),2011.

　　［3］ 李明.業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)加速融合：打造智慧網(wǎng)盈利中心［EB/OL］.（20130110）［20160312］.http://www.cww.net.cn/opera/html/2013/1/10/2013110748578959.htm.

　　［4］ 高鷹. IP 城域網(wǎng)業(yè)務(wù)控制層組網(wǎng)可靠性探討［J］. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2009，22(10)：5357.

　　［5］ 李健，靳冰祎.淺談BRAS(ME60)雙機(jī)熱備份實(shí)現(xiàn)方案［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（30）:7576.

　　［6］ 郭良軍.基于BRAS設(shè)備構(gòu)建可運(yùn)營(yíng)的新一代城域網(wǎng)［D］.北京:北京郵電大學(xué)，2007.

　　［7］ 高鑫.雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)協(xié)議研究［D］.北京：北京郵電大學(xué)，2007.

　　［8］ 張戈.使用VRRP技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)冗余保護(hù)［D］.鞍山:遼寧科技大學(xué),2008.

　　［9］ 韓倩，程友清.單向鏈路故障檢測(cè)的研究［J］.計(jì)算機(jī)科學(xué),2011,38(S1):392393.