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当下，全球运营商正面临着互联网时代的猛烈冲击，4K/8K高清视频、VR/AR、云计算、大数据、物联网等新兴技术的推出，对通信网络的需求越来越高，运营商已经认识到变革的必要性，在发展策略和路标规划中已明确提出利用SDN/NFV等新技术对现有网络架构进行改变。
作为运营商城域网重要环节的BRAS设备，在这场变革大潮中也必须相机而动，以新技术新思路应对网络流量和需求变化带来的挑战。ADMAN（应用驱动城域网）转控分离方案正是在这样一个大背景下为运营商城域网应运而生的。
运营商网络主要包括传输承载系统，业务控制系统，以及OSS/BSS系统等，各系统中都有大量的专有硬件和私有接口，系统封闭且运营复杂。在网络建设初期，受限于当时的技术能力和业务需求，运营商建设了大量的CO（局端机房），这些CO分布在不同的地域，承载相当繁杂的业务，CO与CO之间也难以协同调度。在互联网时代的冲击下，这样的网络建设模式就暴露出来了一些核心问题：
网络刚性，网元封闭。网络由大量的专用设备构成，功能单一，价格昂贵，多厂商对接、维护都很困难。
业务烟囱，业务烟囱的根源在于大量CO分散部署，且在专用设备假设的网络基础上，多业务融合非常困难，新业务的开通也需要打通诸多关节。
在上面两点的基础上，运营商面临一个困境，那就是网络规模不断扩大的同时，运营收入却不能随之增长。首先，大量专用硬件需要建设大量的CO，导致网络建设成本增加；然后，不同厂商的设备需要运维人员学习，网络规模扩大后运维难度与日俱增，导致运营成本增加。同时，新技术需要迭代新产品，花费大量资金建设的网络设备，生命周期会越来越短。这三点原因造成了运营商目前的困境。
近年来，全球运营商都在努力引入新技术，以期缓解乃至解决上述问题。诸如Verizon、AT&T等国外运营商已在运营商网络重构领域卓有成效，国内三大运营商也相继在15/16年发布了网络重构白皮书。那他们重构的目的是什么呢，怎么做才能重构呢，答案就是CORD。我们引用OPENCORD组织对CORD的解释，CORD意为结合SDN、NFV和云的弹性，将数据中心的经济性和云的敏捷性引入运营商网络。从这里我们可以看到运营商网络重构的几个关键点，一是使用到SDN、NFV和云相关的技术，二是城域网DC化。下面我们就来详细看一下，运营商城域网重构的特点。
我们先来看看DC化。传统运营商城域网存在业务烟囱，CO按照行政区域分散在各地，业务难以跨CO调度。同时各个业务系统也是独立的，使用的都是专用硬件和专用接口，无法共享资源。为了消灭业务烟囱，我们提出城域网DC化的理念，将传统CO重构、改造为DC，把资源和业务管理集约化，在DC内、甚至DC间来协同管理网络资源和共享利用。因为运营商业务多种多样，我们提出了边缘DC、核心DC和区域DC这样的分层DC架构，对于边缘DC，我们希望部署一些时延敏感，流量大的业务，而对于区域DC和核心DC，建议部署一些时延不敏感，流量小，但会话数比较多的业务。同时，集中管控的软件可以放在区域DC或核心DC。这样的话，我们通过DC，把网络资源和业务资源收敛在DC内，再在DC内实现资源集约化和业务统一管理。那前面这一段的CO，里面放的基本上就是POP或者OLT这些简单的设备了。目前运营商网络提供业务的对象主要有三种，一个是Mobile，也就是3G、4G、5G等业务，对应了M-CORD业务场景；一个是企业用户，对应了E-CORD业务场景；一个是家庭用户，主要对应了R-CORD场景。本文所述ADMAN转控分离方案主要涉及到R-CORD场景，也就是面向家庭用户业务的场景。
图1 运营商网络重构- DC化
运营商将城域网DC化之后，在DC内做了什么事呢？第一就是图1 运营商网络重构-DC化引入了ETSI NFV架构。这个架构将NFV系统分为了三层，最底层的VIM层、中间的VNFM层和最上层的编排层。VIM层一般负责整合基础资源， 将标准硬件资源池化，这一层一般采用云计算相关技术来实现，如利用H3C CAS系统和H3CloudOS搭建X86服务器集群， 或利用OpenStack+KVM来承担VIM的功能；VNFM层一般负责VNF的创建、修改、回收、开机、关机等操作，VNF Manager（生命周期管理器）需要在VIM层提供的基础资源上执行VNF的生命周期管理；最上面的编排层用于在VNF上实现业务编排，该层一般由一个编排器负责，编排器往上还可能对接业务系统或更高层的编排器。
图2 运营商网络重构– ETSI NFV架构
ETSI NFV架构的核心功能就是搭建一套能自动创建VNF，并且自动给VNF下发业务配置的系统。我们利用这个系统将所有的VNF统一管理起来了，包括它的创建、删除，包括业务的下发和回收，包括业务流量引流。由此我们实现了城域网重构的另一个特点，那就是资源池化。
在传统的城域网中，配置非常复杂，各项业务混杂在一起，维护起来非常困难，对运维人员的要求很高，且牵一发而动全身，BRAS相关业务的变更也很困难。同时随着城域网的发展，对BRAS数量的要求也更大，而BRAS价格昂贵，且单台BRAS接口资源有限，无法承载更多的HJSW。依托于ETSI NFV架构重构城域网后，业务从HJSW就分流进不同的业务资源池，逻辑清晰，维护简洁，且不同资源池的变更不会相互影响，可以单个资源池升级或变更，实现资源的集约化管理和高效利用，并最终实现运营商的目标：降低设备成本（CAPEX）和运维成本（OPEX）。
图3 运营商网络重构–资源池化
资源池化后带来一个新的问题，那就是这么多业务该如何区分。在传统城域网中，一般采用VLAN或者QinQ来划分业务或者OLT的，但是在资源池化后，我们转而采用VXLAN来实现业务区分，在HJSW（POP），通过QinQ或VLAN，就将业务接入到不同的VXLAN处理，通过VXLAN将业务引流至不同的业务资源池，从而实现业务划分。引入VXLAN后，我们在运营商城域网实现了一跳入云，或者叫一跳入DC，不管POP与DC之间过了哪些设备，只需要VXLAN源目IP可达即可，从一定程度上屏蔽了运营商接入网络的复杂性。
图4 运营商网络重构–网络虚拟化（VXLAN）
最后一个特点，SDN化，大家都知道，早期的SDN有一个核心理念，那就是转发平面与控制平面分离，网络集中控制。在ADMAN方案中，我们同样引入了转控分离这个理念，原因有几点：
传统物理BRAS价格昂贵
传统物理BRAS不够灵活，业务上线慢，变更慢
vBRAS转发性能不够
vBRAS CPU和内存性能足够好，适合大会话小流量
采用转控分离，vBRAS做CP，转发性能好的物理设备做DP
新华三基于CORD的理念设计出来的城域网重构方案名为ADMAN解决方案。下图是ADMAN解决方案业务模型架构，在这个组网架构中，我们使用NFVO、VNFM、CloudOS和CAS，来组成整个ETSI NFV架构，从而实现了vBRAS资源池化，同时，这个组网中有POOLGW交换机，做为整个DC的出口，连接到不同的POP交换机，POP下挂OLT，业务报文从OLT携带VLAN或QinQ上到POP，POP通过VLAN标签匹配VXLAN，将报文通过VXLAN送入DC，DC内再按照不同的业务类型进入到不同的资源池进行处理。整个架构有两个最重要的地方，一是标准，基于ETSI NFV架构可以确保方案标准化；二是在标准的基础上，整体方案实现了开放性，也就是说整个架构内的组件是可替换的，包括VIM、NFVI、NFV甚至是POP。
图5 ADMAN解决方案业务模型架构
作为城域网主要业务之一的视频业务不断发展，从标清，高清到4K高清，随着4K产业链相关技术的成熟，4K视频业务已如火如荼的进入了商业化实用阶段，4K视频在给用户带来高品质视觉体验的同时，也给承载4K视频的基础网络，带来了前所未有的挑战：
更高的带宽。与普通高清和标清相比，4K带宽要求大幅上升
业务模型 | 4K高清 | 普通高清 | 标清 |
忙时平均流量(Mbps) | 20 | 6.2 | 2 |
忙时平均带宽(M) | 50 | 8 | 4 |
更小的时延和丢包率。4K点播业务要求用户到CDN边缘节点的网络时延不能高于21ms
业务模型 | 4K点播 | 普通高清 |
丢包率 | <2‰ | <1‰ |
时延 | 15~20ms | 20ms |
除了高带宽和更小时延的要求，IPTV视频业务具有如下特点：
视频点播业务基于IPoE认证
视频业务的规划基本基于PSPV。外层VLAN标识不同OLT设备，内层VLAN标识业务类型，对所有用户来说，视频业务类型的VLANID相同；通过将单个外层VLAN+单个内层VLAN与VXLAN建立对应关系，可以实现基于OLT为粒度的调度。此种情况下，现网VLAN规划和VLAN数目可满足要求
业务封闭，安全问题较弱。视频业务带宽要求基本固定，同时由于基本属于私网业务，安全危险系数较低
转发能力需求高，QoS需求弱。视频业务对带宽、时延、丢包、抖动敏感，但对基于用户的统计、CAR、HQoS需求较弱
由此可见，为了视频业务的快速发展，首先要解决的是带宽限制问题。按照常规思路，解决之道是对现有BRAS设备进行扩容。但BRAS设备扩容成本高，且传统BRAS硬件采用各种专用器件搭建，BRAS软件也由厂家以黑盒方式提供，扩容复杂度亦高；另一种思路是，使用当前的云化技术，由基于标准X86服务器硬件的vBRAS替代硬件BRAS升级，但vBRAS天然适合处理大session、小流量的业务，当前服务器的转发能力尚不能够与NP设备或ASIC交换机抗衡。
在此背景下，运营商希望利用SDN/NFV技术对城域网进行重构，将视频点播业务流量进行转发与控制分离。
目前ADMAN转控分离方案中，CP（控制平面）全部是vBRAS来做，DP（转发平面）根据硬件形态不同分为三种，NP、ASCI和X86，对应的是路由器、交换机和vBRAS。
vRBAS CP网元专注于控制功能，负责处理控制报文，以控制报文触发建立并维护用户会话表，并与远端AAA/DHCP系统交互。用户认证通过后，把用户信息和业务信息形成流表，通过OpenFlow接口由CP下发到DP，指导用户数据报文独立转发。
DP承担数据转发功能，不对控制报文进行任何解析，直接通过VXLAN隧道将其透传至vBRAS CP，认证完成并下发流表后，将流表转换为可指导转发的硬件表项，后续用户数据报文直接由DP处理，无需vBRAS参与。
UCM全称为统一配置管理（Unified Configuration & Management），作为配置入口呈现给用户，为保障可靠性要求部署于集群服务器上，主要用于统一图形化配置界面，配置分解后下发到CP和DP，实际上做为ETSI NFV架构的编排层存在。
图6 运营商网络重构– SDN化（转控分离）
BRAS CP池和BRAS DP间的接口标准是决定控制和转发耦合性大小的关键，站在运营商的角度，期望两者之间采用松耦合方式，交互尽量少，最终能够实现异厂家控制网元和转发网元的对接。因此，在设计两者间接口时，需采用标准格式，信息少而精。
图7 CP与DP的松耦合接口
CP和DP跨复杂的Underlay网络来交互PPPOE/IPOE控制报文，为保证控制面可通过二层信息提取终端用户特征，CP和DP交互时需保留原始二层头、且能够通过某种机制携带原始入接口到CP，因此构建Overlay网络常用的VXLAN标准是非常合理的选择。DP向CP传递报文前，需将入接口映射为VNI，通过VXLAN隧道头携带到远端CP。采用标准VXLAN封装的另一个考虑是，为降低成本，有可能采用可编程ASIC代替网络处理器作为DP转发核心器件，而一般的可编程ASIC支持标准VXLAN封装很容易，但支持非标的VXLAN封装则相当困难。
图8 VXLAN报文封装示意图
CP认证通过后，需向DP下发指导转发的用户会话表。同时，DP也需周期性把基于用户的会话统计向CP反馈。此类和转发强相关的信息交互适宜采用OpenFlow标准，通过定义清晰的属性名称、类型、长度等元素，有利于异厂家互通。
图9 OpenFlow报文封装示意图
UCM作为对外统一配置入口，接收用户输入后，解析配置并分解，分别下发给CP和DP节点。此接口采用业界下发配置常用的NETCONF标准，通过定义明确的YANG模型，有利于异厂家互通。
转控分离系统需保持与原有业务系统（Radius服务器、DHCP服务器、策略服务器、Portal服务器等）的交互，交互仍采用标准接口，如Radius协议、DHCP协议、Portal协议等。
BRAS CP和BRAS DP作为独立网元受网管EMS系统管理，接口遵循标准的SNMP。
UCM以Restful接口提供编程能力给MANO内部的编排器。MANO内部的VNFM与BRASCP网元间遵循ETS INFV标准中的Vn fm-Vn f接口，以实现CP网元的生命周期维护和弹性扩缩容。
新华三在运营商大规模部署高清视频业务的背景下，为运营商应对高清视频业务挑战，重构城域网，提出了视频点播业务转控分离方案，有两种组网方式：
POP点作为DP
DP资源池化
图10 POP做为DP方案组网图
该组网方案一般将vBRASCP部署在核心DC。由CP和AAA，DHCPServer进行交互。要求CP和DP之间直接建立控制VXLAN隧道，且VTEP地址源和目的地址和OpenFlow连接的源和目的地址一致。对于下行的业务报文，DP可以根据CP下发的OpenFlow流表为报文封装QinQ信息，适用于各种QinQ规划。适用于接入侧未部署边缘DC，DP位置同传统BRAS或汇聚交换机。优势在于转发路径短，现网机房无需改造。但由于DP分散部署，转发资源无法共享，转发资源使用率受限。
图11 DP资源池组网方案
该组网方案适用于已完成边缘DC改造的局点，DP以池化形态部署于边缘DC内，分流节点只具备VXLAN分流能力，将流量牵引至边缘DC，由边缘DC内前置的PoolGW设备做分流调度。优势在于转发资源池统一对外提供服务，资源使用率高，可解决用户流量潮汐问题。但需将现网CO改造为边缘DC，并且转发路径变长，在分流节点无专用链路到DC情形下会增加CR负载。
对于视频点播业务来说，大多采用的是IPoE协议。在转控分离架构中，需要用户侧的IPoE终端首先在CP上完成认证，认证成功后的视频业务流量由DP负责转发。其详细的业务转发流程：
图12 转控分离业务认证流程
用户的DHCP请求首先会送到POP DP，DP对用户侧报文区分控制报文和数据报文，将控制报文封装于VXLAN隧道送往CP；对于DP资源池的组网方式，用户的控制报文首先经过POP交换机将报文封装进VXLAN，发送给边缘DC的POOL-GW，POOLGW根据VXLAN ID，将报文发送给资源池DP处理，资源池DP收到报文，识别为控制报文，通过VXLAN发送给CP处理。
CP解VXLAN封装，对原始控制报文进行认证处理，其间需维护用户会话表项、与AAA交互。
AAA认证通过后，可使用AAA分配的地址，或在本地地址池中分配地址，也可由远端DHCP Server分配地址。
将用户二层信息，IP地址等信息组成流表，CP通过OpenFlow连接下发给DP。
DP根据OpenFlow流程生成本地主机路由表、ARP表等表项，并增加网段路由以对外发布。
后续数据报文按照上述表项在DP完成转发处理，CP无需参与。
运营商城域网正面临着时代的严峻考验，在SDN/NFV和云计算技术逐步走向成熟和大规模商用的背景下，城域网必然会迎来新生。
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