唐陽(yáng)，錢(qián)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(hù)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(mǎn)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(lái)連接用戶(hù)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(lái)完成用戶(hù)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(kāi)始顯現(xiàn)出來(lái),。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(lái)源的運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō),，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(guò)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(guò)將傳統(tǒng)的面向服務(wù)大客戶(hù)專(zhuān)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(hù)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(hù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)可靠性的要求越來(lái)越高,，如何保證用戶(hù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的不間斷傳輸,，成為急需解決的問(wèn)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(hù)的業(yè)務(wù)都會(huì)中斷,，業(yè)務(wù)恢復(fù)的時(shí)間也無(wú)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(guò)提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性來(lái)提高用戶(hù)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(hù)的BRAS認(rèn)證信息,、計(jì)費(fèi)信息和客戶(hù)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(tīng)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(hù)的BRAS認(rèn)證信息、計(jì)費(fèi)信息和客戶(hù)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)：

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

　?。?）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,。

　?。?）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(hù)感知不到,。

　?。?）用戶(hù)分配：IRF組網(wǎng)下匯聚交換機(jī)根據(jù)用戶(hù)物理地址（Media Access Control，MAC）在聚合端口Hash來(lái)分配上線用戶(hù),，基本可以達(dá)到各聚合端口中的成員端口的上線用戶(hù)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(lài)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(lài)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(guò)程［9］,，即通過(guò)上行接口的Up/Down狀態(tài)變化觸發(fā)下行接口的Up/Down,，無(wú)法讓下行接口的Up/Down來(lái)觸發(fā)上行接口的Up/Down。這樣就無(wú)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(guò)判斷設(shè)備多個(gè)接口Up/Down狀態(tài)來(lái)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(lái)的繁瑣配置,，也避免了軟件開(kāi)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),?？梢灾苯油ㄟ^(guò)X1,、X2、X3接口的狀態(tài)組合來(lái)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(méi)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?tīng)顟B(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(guò)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(kāi)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(lèi)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(guò)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(mǎn)足電信級(jí)業(yè)務(wù)的可靠性要求。

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