電信級(jí)IP承載網(wǎng)規(guī)劃方法研究
2007/05/15
IP化已經(jīng)成為今后電信業(yè)務(wù)發(fā)展的必然趨勢，IP網(wǎng)也成為NGN在承載層面實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合的唯一選擇。傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)由于其最初的設(shè)計(jì)理念，將很難滿足電信業(yè)務(wù)的QoS、安全、可靠性和管控要求。通過對電信業(yè)務(wù)的需求分析，探討了保證IP網(wǎng)QoS、高安全、高可靠性和可控可管的各項(xiàng)技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上給出電信級(jí)IP承載網(wǎng)的規(guī)劃方法。
經(jīng)過多年的討論，IP網(wǎng)最終成為實(shí)現(xiàn)未來網(wǎng)絡(luò)融合的基石和各種業(yè)務(wù)的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)層承載平臺(tái)。但傳統(tǒng)的IP網(wǎng)是一個(gè)強(qiáng)調(diào)自治，缺乏集中控制和管理的網(wǎng)絡(luò)，其采用盡力而為的（best
effort）的方式進(jìn)行無差別包轉(zhuǎn)發(fā)，對延遲、抖動(dòng)和丟包率等影響IP包性能的指標(biāo)也缺乏保障措施。傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有著完善網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，對網(wǎng)絡(luò)的配置、性能、故障、安全和計(jì)費(fèi)等進(jìn)行全面管控，且能夠嚴(yán)格保證業(yè)務(wù)質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)。而傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)不能滿足電信業(yè)務(wù)的承載和運(yùn)營需求，因此需要對傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)“電信網(wǎng)絡(luò)IP化，IP網(wǎng)絡(luò)電信化”。隨著傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)向著電信級(jí)IP承載網(wǎng)的演進(jìn)，對IP網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃方法也將發(fā)生變化。
電信級(jí)IP承載網(wǎng)業(yè)務(wù)的差異性
隨著IP網(wǎng)成為今后統(tǒng)一的業(yè)務(wù)承載平臺(tái)。其承載的業(yè)務(wù)種類將日益繁多，涵蓋了現(xiàn)在多個(gè)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)，包括傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)（如話音業(yè)務(wù)）、視頻通話業(yè)務(wù)、流媒體業(yè)務(wù)（如視頻點(diǎn)播和IPTV業(yè)務(wù)）、專線租用業(yè)務(wù)，傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)（如Web瀏覽和文件下載）和非傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)（如基于P2P技術(shù)的各種業(yè)務(wù)）等等。這些業(yè)務(wù)之間存在著較大的差異，需要對這些差異性進(jìn)行分析，從而可以選擇合適IP承載技術(shù)。
1）不同業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的性能要求各不相同。如語音業(yè)務(wù)和流媒體業(yè)務(wù)對時(shí)延和抖動(dòng)要求較高，需要保證語音包傳輸過程中的順序性，但可以容忍一定程度上的丟包率；專線業(yè)務(wù)對安全性要求較高；后臺(tái)型數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)對時(shí)延和抖動(dòng)沒有嚴(yán)格要求，但要求IP包的無誤率為百分之百。
2）業(yè)務(wù)的流量模型存在很大的差異。話音（視頻）業(yè)務(wù)的流量模型是比較有規(guī)律的，這主要源于兩個(gè)方面的原因：話音（視頻）業(yè)務(wù)的帶寬需求是確定的，用戶的話務(wù)模型是基本穩(wěn)定和可預(yù)測的。但對于互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)而言，其流量模型的規(guī)律往往難以準(zhǔn)確獲得。這主要是因?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)是不斷發(fā)展變化的，不斷出現(xiàn)新的業(yè)務(wù)，這些新的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)對帶寬的需求是不確定的，其流量分布也是不同的（如文件下載，最初是從服務(wù)器下載，則其流量模式是以中心向外圍擴(kuò)散為特點(diǎn)的[1]，隨著現(xiàn)在P2P（peer-to-peer）下載的日益流行，其流量模式是無中心，導(dǎo)致流量模型更加難以確定）。從業(yè)務(wù)的上下行流量上來看：語音（視頻通信）是上下行對稱的業(yè)務(wù)；流媒體、傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)往往是以下行流量為主；P2P業(yè)務(wù)的上下行流量沒有必然的規(guī)律。
3）業(yè)務(wù)的價(jià)值和業(yè)務(wù)對資源的消耗沒有相關(guān)性。話音（視頻通信）業(yè)務(wù)和專線出租業(yè)務(wù)能夠給運(yùn)營商帶來很高的收入回報(bào)，但其消耗的帶寬往往只占總帶寬的5%-10%。基于IP網(wǎng)絡(luò)的VoIP、及時(shí)通信對電信運(yùn)營商的主營業(yè)務(wù)形成了替代性威脅，分流了大量的業(yè)務(wù)收入，這類業(yè)務(wù)消耗了資源，而且對運(yùn)營商帶來了損失。
基于P2P技術(shù)的各類業(yè)務(wù)降低對服務(wù)器端的帶寬和性能要求，而加大對網(wǎng)絡(luò)帶寬的需求，消耗了大量的帶寬資源（目前P2P應(yīng)用占總流量的50%～90%）；但對于運(yùn)營商而言，如果不考慮接入費(fèi)用，使用這些業(yè)務(wù)是免費(fèi)的。同時(shí)現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)基于傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)流量模型建設(shè)，P2P流量模型的變化使得傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)面臨著流量和網(wǎng)絡(luò)資源的不匹配。一個(gè)收益和回報(bào)不匹配的網(wǎng)絡(luò)，從產(chǎn)業(yè)鏈健康發(fā)展的角度而言不具備可持續(xù)發(fā)展能力。
電信級(jí)IP承載網(wǎng)保證措施
目前，以IETF為代表的各類國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和企業(yè)（包括設(shè)備制造商和運(yùn)營商）進(jìn)行了大量的技術(shù)研究工作，希望通過對傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改進(jìn)，從而使得IP網(wǎng)能夠擔(dān)當(dāng)起電信級(jí)業(yè)務(wù)承載網(wǎng)的重任。這些研究工作主要圍繞傳統(tǒng)IP網(wǎng)和電信網(wǎng)絡(luò)之間的性能差別，從QoS（服務(wù)質(zhì)量）、安全性、可靠性和IP網(wǎng)絡(luò)的可控可管等方面進(jìn)行了探索和研究。
1、QoS保證措施
QoS的評(píng)價(jià)主體應(yīng)該是使用業(yè)務(wù)的最終用戶[2]。影響最終用戶業(yè)務(wù)使用體驗(yàn)的因素包括從物理層、鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層一直到應(yīng)用層、表現(xiàn)層。ITU-T和ISO在定義QoS時(shí)，對QoS所涉及的范圍均不僅僅局限于IP層。由于本文討論的主要是IP網(wǎng)絡(luò)，故文中QoS所指是IP層的QoS，其主要性能描述參數(shù)包括丟包率、吞吐量、時(shí)延、抖動(dòng)等指標(biāo)，這些性能參數(shù)所約束的行為主體是IP包。
保證業(yè)務(wù)QoS的方法有多種，包括：過量資源配置，資源預(yù)留和業(yè)務(wù)區(qū)分。為保證IP QoS，IETF提出了區(qū)分服務(wù)（DiffServ）和集成服務(wù)（IntServ）模型，同時(shí)隨著MPLS技術(shù)的不斷完善，出現(xiàn)了基于MPLS（多協(xié)議標(biāo)記交換）的QoS保證方案[3]。
1.1 過量資源配置
充足的資源保證使得IP承載網(wǎng)是輕載網(wǎng)絡(luò)。試驗(yàn)表明，IP網(wǎng)絡(luò)在輕載的情況下（峰值帶寬利用率在50%以下），一般可以滿足電信業(yè)務(wù)QoS要求。但由于IP網(wǎng)絡(luò)上承載的業(yè)務(wù)（特別是一些互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)）其可控可管的能力較差，同時(shí)由于病毒和黑客攻擊等原因，容易在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生很大的流量沖擊，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷加大，此時(shí)IP包的QoS性能將大大下降，完全不滿足電信業(yè)務(wù)的承載要求。故僅僅采用過量資源來保證QoS存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要和其他QoS保證技術(shù)配合使用。
1.2 資源預(yù)留
資源預(yù)留的基本思想是在傳送業(yè)務(wù)流之前，根據(jù)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源預(yù)留（包括帶寬、CPU處理時(shí)間片和隊(duì)列），從而為該數(shù)據(jù)流提供端到端的服務(wù)質(zhì)量保證。資源預(yù)留是一種傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)思路，理論上可以嚴(yán)格保證業(yè)務(wù)的QoS。
IETF提出的集成服務(wù)（IntServ）模型采用了資源預(yù)留技術(shù)，采用面向流的資源預(yù)留協(xié)議（RSVP），在流傳輸路徑上的每個(gè)節(jié)點(diǎn)為流預(yù)留并維護(hù)資源。其主要缺點(diǎn)是由于RSVP信令需要為每一個(gè)業(yè)務(wù)流進(jìn)行端到端的信令建立，同時(shí)為了維持鏈路狀態(tài)還需要大量的定期刷新信息，占用大量帶寬資源和路由器的CPU處理能力，擴(kuò)展性差，難以在大型IP網(wǎng)絡(luò)中實(shí)施。
1.3 業(yè)務(wù)區(qū)分
區(qū)分服務(wù)的基本思想是通過對不同的業(yè)務(wù)流（包）按照服務(wù)質(zhì)量要求進(jìn)行標(biāo)識(shí)，劃分不同等級(jí)，從而使得不同的業(yè)務(wù)流（包）能夠在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上獲得區(qū)別對待：語音等電信級(jí)業(yè)務(wù)具有最高的服務(wù)等級(jí)；普通用戶互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的服務(wù)等級(jí)最低。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)擁塞時(shí)，服務(wù)等級(jí)高的業(yè)務(wù)流比級(jí)別低的業(yè)務(wù)流有更加優(yōu)先的轉(zhuǎn)發(fā)權(quán)，從可以有效改善電信業(yè)務(wù)流的QoS性能。
IETF提出的區(qū)分服務(wù)（DiffServ）模型通過DSCP（DiffServ CodePoint）字段（6 bit）來標(biāo)識(shí)業(yè)務(wù)，理論上可最多支持64種業(yè)務(wù)分類[4]。業(yè)務(wù)的標(biāo)識(shí)一般在網(wǎng)絡(luò)接入邊緣完成，網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)（路由器）通過DSCP匹配相應(yīng)的PHB（每跳行為）來進(jìn)行包的策略轉(zhuǎn)發(fā)，PHB主要依靠各種復(fù)雜排隊(duì)機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。由于區(qū)分服務(wù)只包含有限數(shù)量的業(yè)務(wù)級(jí)別，狀態(tài)信息數(shù)量少，同時(shí)不需要維持龐大的鏈路狀態(tài)信息，其擴(kuò)展性要比集成服務(wù)模型好。但區(qū)分服務(wù)模型只是改善了業(yè)務(wù)流流經(jīng)的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)對IP包的處理，缺乏全局的信令機(jī)制以協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)之間的信息傳遞與控制，因而其對業(yè)務(wù)QoS的保證也是相對的和局部的。
1.4 基于MPLS技術(shù)的QoS解決方案
MPLS是一種介于第二層和第三層的包轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，引入了基于標(biāo)簽的機(jī)制，把路由選擇和IP包轉(zhuǎn)發(fā)分開，由標(biāo)簽來規(guī)定一個(gè)IP分組通過網(wǎng)絡(luò)的路徑。MPLS網(wǎng)絡(luò)由核心標(biāo)簽交換路由器（LSR）、標(biāo)簽邊緣路由器（LER）組成。MPLS的報(bào)文頭中包含一個(gè)3bit的EXP字段，通過該字段可以標(biāo)記該MPLS報(bào)文的優(yōu)先級(jí)，從而使設(shè)備在轉(zhuǎn)發(fā)該MPLS報(bào)文時(shí)能根據(jù)優(yōu)先級(jí)標(biāo)志進(jìn)行區(qū)別對待。MPLS技術(shù)是一個(gè)良好的基礎(chǔ)平臺(tái)，被認(rèn)為是構(gòu)建電信級(jí)IP承載網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。在此基礎(chǔ)上又衍生出了MPLS
VPN技術(shù)、MPLS/DiffServ技術(shù)和MPLS TE（流量工程）技術(shù)等。
基于MPLS TE通過將MPLS技術(shù)、RSVP技術(shù)和約束路由技術(shù)相結(jié)合，也可以提高業(yè)務(wù)的QoS性能。通過RSVP-TE信令可以創(chuàng)建一條具有嚴(yán)格的資源保證的LSP（標(biāo)記交換路徑），從而嚴(yán)格保證業(yè)務(wù)QoS。同時(shí)，通過MPLS
FRR（快速重路由）可以實(shí)現(xiàn)鏈路的快速故障倒換，從而提高網(wǎng)絡(luò)的QoS性能。
2、安全保證措施
從網(wǎng)絡(luò)層面來看，解決電信業(yè)務(wù)安全問題的一個(gè)根本方法就是將電信業(yè)務(wù)和非電信業(yè)務(wù)進(jìn)行隔離。根據(jù)具體實(shí)現(xiàn)方式的不同，隔離又可以分為物理隔離和邏輯隔離。所謂物理隔離也就是專網(wǎng)專用，通過構(gòu)建電信業(yè)務(wù)的專用承載網(wǎng)絡(luò)來確保電信業(yè)務(wù)安全。邏輯隔離主要通過VPN（虛擬專用網(wǎng)）的方式，在公用網(wǎng)絡(luò)上劃分出電信業(yè)務(wù)的專用通道，其他業(yè)務(wù)不能滲透到這些專業(yè)通道上，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)安全。從管理難度和復(fù)雜性來看，物理隔離無疑具有管理難度較小和復(fù)雜性較低的特點(diǎn)。但從節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資的角度和未來的發(fā)展趨勢來看，統(tǒng)一的IP承載網(wǎng)則是一個(gè)更好的選擇。
目前，運(yùn)營商主要采用物理隔離來建設(shè)電信業(yè)務(wù)的IP承載網(wǎng)，這主要考慮到現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)、設(shè)備功能等方面沒有進(jìn)行過多的QoS、安全性和高可靠性考慮，如果對其升級(jí)改造則成本巨大，甚至高于新建一張IP網(wǎng)，且不能完全滿足業(yè)務(wù)要求。在這樣的背景下，選擇物理隔離就成為一個(gè)自然的選擇。同時(shí)，邏輯隔離也存在一些安全隱患，由于電信業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)均通過相同的網(wǎng)絡(luò)（路由器）進(jìn)行包轉(zhuǎn)發(fā)，如果攻擊導(dǎo)致路由器癱瘓，則無論是電信業(yè)務(wù)還是其他所有途經(jīng)其上的業(yè)務(wù)均將中斷。
必須指出的是無論物理隔離還是邏輯隔離只能將潛在的威脅降低到相對較低的水平，是一種主動(dòng)防范措施，還需要對應(yīng)用系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元（包括路由器，交換機(jī)，寬帶接入服務(wù)器等）和用戶終端的安全進(jìn)行全面考慮，從而將安全風(fēng)險(xiǎn)控制在可控的水平上。
3、高可靠性保證措施
傳統(tǒng)電信級(jí)業(yè)務(wù)要求99.999%的可靠性，但目前IP網(wǎng)的可靠性一般只能達(dá)到99.9%，還存在一定的差距。傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)的故障自我恢復(fù)能力是比較強(qiáng)的，當(dāng)發(fā)生鏈路或節(jié)點(diǎn)故障時(shí)，依靠路由協(xié)議的重新收斂，只要存在連通的物理鏈路，理論上目的地址就可達(dá)。但依靠傳統(tǒng)路由協(xié)議的收斂來實(shí)現(xiàn)故障恢復(fù)，其所需時(shí)間較長（根據(jù)故障檢測方法、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模、路由協(xié)議的不同，故障恢復(fù)時(shí)間有所不同，一般為秒級(jí)或10秒級(jí)），不能滿足電信業(yè)務(wù)要求。需要提高IP網(wǎng)絡(luò)的可靠性，減少IP網(wǎng)絡(luò)的故障率。
為了提高IP網(wǎng)可靠性，可以從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鏈路保護(hù)技術(shù)和節(jié)點(diǎn)冗余技術(shù)來采取相應(yīng)的措施。
1）采用雙平面架構(gòu)來提高網(wǎng)絡(luò)可靠性。采用類似于七號(hào)信令的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，分別設(shè)置兩個(gè)IP平面，業(yè)務(wù)設(shè)備同時(shí)接入兩個(gè)IP平面，當(dāng)一個(gè)平面出現(xiàn)某種故障，對業(yè)務(wù)產(chǎn)生影響時(shí)，可以快速切換到另一個(gè)平面，從而提高業(yè)務(wù)的可靠性。從工作方式上來看，雙平面架構(gòu)可以采用負(fù)荷分擔(dān)方式工作，也可以采用主備方式工作。
2）采用MPLS FRR（快速重路由）技術(shù)來實(shí)現(xiàn)鏈路的快速保護(hù)機(jī)制[5]。目前傳輸網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)50ms以內(nèi)的故障倒換，故電信級(jí)IP承載網(wǎng)的鏈路故障倒換時(shí)間也應(yīng)該控制在類似水平。MPLS
FRR通過對主用LSP建立備用LSP，當(dāng)鏈路、節(jié)點(diǎn)和LSP出現(xiàn)故障時(shí)，通過主備用LSP之間的切換實(shí)現(xiàn)對LSP的保護(hù)，其切換時(shí)間理論上小于50 ms。能否保證主備用LSP在50
ms內(nèi)進(jìn)行切換，主要取決于底層故障檢測是否及時(shí)。為了改善FRR的故障檢測效率，目前又提出了所謂FRR增強(qiáng)形式，故障檢測依賴于物理層檢測，從而提高響應(yīng)速度，同時(shí)LSP在經(jīng)過的路由器上指定備份接口，并形成備用LSP，當(dāng)故障發(fā)生時(shí)可以快速檢測并進(jìn)行LSP切換。
3）提高路由器可靠性。一方面可以對路由器在框架系統(tǒng)設(shè)計(jì)、元器件可靠性、備份電源風(fēng)扇等方面不斷進(jìn)行改善，降低故障率和縮短故障修復(fù)時(shí)間。同時(shí)也可以從路由器的工作機(jī)制來提高路由器在業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)的可靠性，如平穩(wěn)重啟技術(shù)和不間斷路由技術(shù)。平穩(wěn)重啟（graceful
restart）技術(shù)在路由器發(fā)生故障（如軟件升級(jí)、軟件缺陷或硬件故障）導(dǎo)致控制平面發(fā)生重啟過程中，繼續(xù)保持轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)表，從而可以維持現(xiàn)有業(yè)務(wù)流的轉(zhuǎn)發(fā)。當(dāng)控制平面恢復(fù)之后，依賴鄰居路由器刷新路由表。不間斷路由（NSR）技術(shù)通過路由器冗余配置主用板和備用板，主用板定期將路由信息和狀態(tài)信息備份到備用板，當(dāng)主用板故障后，路由器倒換到備用板，備用板根據(jù)備份信息繼續(xù)進(jìn)行包轉(zhuǎn)發(fā)。
4、網(wǎng)絡(luò)管理能力
為了保證承載在IP網(wǎng)絡(luò)上的業(yè)務(wù)QoS。高安全和高可靠性，必然要求加強(qiáng)對IP網(wǎng)絡(luò)的管理能力建設(shè)。電信網(wǎng)絡(luò)一直強(qiáng)調(diào)嚴(yán)格和高度的網(wǎng)絡(luò)管理，通過網(wǎng)絡(luò)管理可以對網(wǎng)絡(luò)的性能、故障、配置、安全和業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)進(jìn)行有效控制，從而對電信業(yè)務(wù)的運(yùn)營起到支撐和保障作用。傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)自治網(wǎng)絡(luò)，相對而言其網(wǎng)絡(luò)管理能力是比較弱的。現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)主要通過SNMP、ICMP等協(xié)議，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)、設(shè)備性能監(jiān)測、鏈路狀態(tài)監(jiān)視、異常接入發(fā)現(xiàn)、異常告警等網(wǎng)絡(luò)管理功能。但這些功能對于電信級(jí)IP承載網(wǎng)的需求還存在較大差距。ITU-U已經(jīng)提出了可管理的IP網(wǎng)絡(luò)框架（MAN-NGN），它是基于服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA）的可管理的IP網(wǎng)絡(luò)，SLA是運(yùn)營商與用戶之間的業(yè)務(wù)協(xié)定，SLA運(yùn)營商規(guī)定了提供的服務(wù)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并設(shè)定相關(guān)的性能指標(biāo)。保證電信業(yè)務(wù)的QoS，需要有一個(gè)端到端的、統(tǒng)一的QoS管理平臺(tái)。現(xiàn)有的IP網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)往往只能實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)元的QoS管理，缺少全網(wǎng)的QoS管理結(jié)構(gòu)和應(yīng)用方案。目前，有的廠商提出通過在網(wǎng)絡(luò)中部署策略服務(wù)器來達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備QoS策略的統(tǒng)一管理，但還沒有得到廣泛的認(rèn)可。關(guān)于電信級(jí)IP承載網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)研究還有待進(jìn)一步深入。
電信級(jí)IP承載網(wǎng)的規(guī)劃流程
一般而言，描述（確定）一個(gè)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方案從邏輯上可以通過點(diǎn)、線、面來描述。所謂點(diǎn)就是網(wǎng)元（包括設(shè)備數(shù)量和配置），所謂線就是網(wǎng)元之間的互聯(lián)方式（包括單聯(lián)、雙聯(lián)和多聯(lián)），所謂面就是網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（包括網(wǎng)狀、環(huán)狀、星型等）。如果能夠確定一個(gè)網(wǎng)絡(luò)方案的點(diǎn)、線、面，那么大部分網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的工作就完成了。
電信級(jí)IP承載網(wǎng)的規(guī)劃一般可以分為如下幾步（注：本文中假設(shè)新建一張IP承載網(wǎng)，且承載包括電信業(yè)務(wù)在內(nèi)的多種業(yè)務(wù)）。
1、用戶數(shù)和業(yè)務(wù)話務(wù)模型確認(rèn)
通過用戶數(shù)和業(yè)務(wù)模型可以大致計(jì)算出總的業(yè)務(wù)量T。
T=N×（M1+M2+…Mn）
其中，N為用戶數(shù)，Mn為業(yè)務(wù)n的話務(wù)模型。用戶數(shù)一般通過預(yù)測獲得，對于國家IP承載網(wǎng)規(guī)劃，用戶數(shù)以省為單位進(jìn)行預(yù)測；對于省內(nèi)長途網(wǎng)，用戶數(shù)以本地網(wǎng)為單位進(jìn)行預(yù)測；對于城域網(wǎng)，用戶數(shù)可以按照數(shù)據(jù)用戶的接入片區(qū)進(jìn)行預(yù)測。
業(yè)務(wù)的話務(wù)模型，對于電信級(jí)業(yè)務(wù)（如語音通信、視頻通信和流媒體業(yè)務(wù)），其業(yè)務(wù)的平均帶寬是可預(yù)知的，其業(yè)務(wù)使用模式也往往遵循一定的規(guī)律，故這類業(yè)務(wù)的話務(wù)模型能夠相對比較準(zhǔn)確的獲得。對于非電信業(yè)務(wù)。如Web瀏覽其流量模型也是有其使用規(guī)律，如Paxson的網(wǎng)絡(luò)流量模型等。目前，對業(yè)務(wù)流量模型預(yù)測準(zhǔn)確性影響最大的是P2P業(yè)務(wù)。P2P技術(shù)改變了傳統(tǒng)Internet以大網(wǎng)站為中心的流量分布，其流量大都分布在客戶終端之間。同時(shí)，P2P業(yè)務(wù)（特別是P2P下載）是一種黑洞業(yè)務(wù)，其帶寬不可控，可以無限制地耗盡所有的可用帶寬。對P2P進(jìn)行帶寬限制或差異化的流量計(jì)費(fèi)是改變P2P業(yè)務(wù)帶寬消耗和付出—收益代價(jià)失衡的基本措施，這同時(shí)也可以作為用戶P2P流量模型的依據(jù)。
2、業(yè)務(wù)流量的流向分析
在獲得某個(gè)區(qū)域總的IP業(yè)務(wù)流量之后。就需要對業(yè)務(wù)流量的分布進(jìn)行研究，確定本地業(yè)務(wù)流量、出本地業(yè)務(wù)流量、出省業(yè)務(wù)流量和出國業(yè)務(wù)流量的比例。
在引入電信級(jí)業(yè)務(wù)之后。語音業(yè)務(wù)的流量流向可以參考現(xiàn)有交換網(wǎng)的本地長途比例進(jìn)行確認(rèn)。對于IPTV和視頻點(diǎn)播等持續(xù)高帶寬的視頻業(yè)務(wù)，考慮到對骨干IP網(wǎng)的壓力以及服務(wù)質(zhì)量等因素，運(yùn)營商往往通過在本地設(shè)置媒體源，從而將這類業(yè)務(wù)流量主要限制在本地網(wǎng)內(nèi)，故這類業(yè)務(wù)流量的本地比例將大于非本地比例。
傳統(tǒng)IP網(wǎng)在分析業(yè)務(wù)流量流向時(shí)，對于本地和非本地流量的比例可以結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)流量的統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)，并對未來業(yè)務(wù)流量流向進(jìn)行預(yù)測后，調(diào)整后獲得；對于非本地流量的分布，可以采用重力法進(jìn)行預(yù)測，也可以采用流量分析軟件對現(xiàn)網(wǎng)流量分析后獲得。P2P其業(yè)務(wù)流量分布需要通過一些流量檢測軟件進(jìn)行分析，并不斷進(jìn)行調(diào)整，從而可以基本確定P2P業(yè)務(wù)的流量流向分布。為了使得P2P業(yè)務(wù)可管理，未來P2P業(yè)務(wù)也希望能夠選擇本地的對等實(shí)體進(jìn)行流量交換，從而其流量壓力將主要集中在本地范圍。
結(jié)合3.1節(jié)所獲得的業(yè)務(wù)量，以及流量流向的分布，就可以計(jì)算出各個(gè)區(qū)域之間的流量流向分布矩陣（如省際之間的流量流向矩陣、本地網(wǎng)之間的流量流向矩陣等）。
3、不同業(yè)務(wù)的資源（帶寬）預(yù)留
在傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中，為了保證一定的業(yè)務(wù)質(zhì)量，主要通過過量的資源預(yù)留來實(shí)現(xiàn)。如要求帶寬配置按照忙時(shí)峰值流量的120%-150%進(jìn)行配置等。
為了保證電信級(jí)業(yè)務(wù)的QoS要求，輕載網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)有效的解決辦法，并要求預(yù)留更多的資源，如按照所需總帶寬的200%進(jìn)行帶寬配置。同時(shí)，為了避免非電信業(yè)務(wù)的流量突發(fā)對電信業(yè)務(wù)的影響。可以進(jìn)一步采用MPLS
RSVP TE技術(shù)，為電信業(yè)務(wù)預(yù)留單獨(dú)的、有帶寬保證的LSP，則對于不同的業(yè)務(wù)可以進(jìn)行不同比例的帶寬預(yù)留。如對于電信級(jí)業(yè)務(wù)可以考慮300%-400%的過帶寬預(yù)留；對于流媒體業(yè)務(wù)可以考慮200%-300%的帶寬預(yù)留。
根據(jù)不同業(yè)務(wù)的帶寬預(yù)留比例對3.2節(jié)獲得的流量流向矩陣進(jìn)行調(diào)整，獲得考慮資源預(yù)留后的流量流向矩陣。
4、IP承載網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)的確定
網(wǎng)絡(luò)物理結(jié)構(gòu)的確定需要結(jié)合工程投資規(guī)模、傳輸資源、用戶分布、信息源分布等諸多約束因素，通過多方案比較來從中優(yōu)選出最佳方案。從IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢來看，IP網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)深度不宜過深，是一個(gè)扁平化的網(wǎng)絡(luò)，一般可分為核心層、匯聚層和接入層。其中核心層一般可以選擇網(wǎng)狀或不完全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；匯聚層內(nèi)部可以采用網(wǎng)狀或不完全網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，其上聯(lián)核心層可以采用單星型或雙星型結(jié)構(gòu)；接入層上聯(lián)匯聚層一般采用雙星型結(jié)構(gòu)。同時(shí)，為了提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性，可以在核心層和匯聚層構(gòu)建雙平面架構(gòu)。
5、業(yè)務(wù)流量向物理網(wǎng)絡(luò)的映射
3.3節(jié)所得到的流量流向矩陣是一個(gè)邏輯上全連接的流量流向矩陣（各省或各本地網(wǎng)的流量流向矩陣），實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)一般不是一個(gè)全網(wǎng)狀的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這就存在一個(gè)邏輯上的流量流向矩陣向物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的映射過程。對于比較簡單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如星型結(jié)構(gòu)）可以通過手工計(jì)算方式，實(shí)現(xiàn)這樣映射過程；對于比較復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（如網(wǎng)狀，不完全網(wǎng)狀）則需要借助相應(yīng)的流量仿真軟件，并對路由協(xié)議進(jìn)行配置后進(jìn)行流量映射。
6、中繼帶寬和節(jié)點(diǎn)配置
根據(jù)3.5節(jié)獲得基于物理網(wǎng)絡(luò)的流量流向矩陣之后，就可以進(jìn)行帶寬配置（如省際中繼可以考慮40 Gbit/s或10 Gbit/s；省內(nèi)中繼可以考慮40
Gbit/s、10 Gbit/s或2.5 Gbit/s）和節(jié)點(diǎn)配置（如路由器包交換能力和接口板塊配置等）。在進(jìn)行帶寬和節(jié)點(diǎn)配置時(shí)需要充分考慮到今后一段時(shí)間內(nèi)的發(fā)展趨勢。保證網(wǎng)絡(luò)具備良好可擴(kuò)展能力。
同時(shí)一些支撐和輔助網(wǎng)絡(luò)設(shè)施也需要同步考慮，如統(tǒng)一的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)，安全系統(tǒng)和安全管理中心，路由反射器（RR）和電源空調(diào)等各種配套設(shè)施。需要指出的是，IP路由協(xié)議的配置對網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃也有很大影響，良好的路由配置可以優(yōu)化流量的合理分布，減少包轉(zhuǎn)發(fā)跳數(shù)，方便運(yùn)行維護(hù)。
結(jié)論
目前，實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)的統(tǒng)一IP承載還沒有完全具備條件，這一方面是由于雖然有了多種多樣的技術(shù)來改善QoS、可靠性和安全性，但這些技術(shù)還都存在某種不足或存在較大的實(shí)施難度，導(dǎo)致IP網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)電信級(jí)業(yè)務(wù)承載還存在一定的差距；同時(shí)從建設(shè)運(yùn)營策略上來看，目前建設(shè)統(tǒng)一IP承載網(wǎng)并不能帶來很大的收益，反而存在較大的風(fēng)險(xiǎn)，故運(yùn)營商并不熱衷于建設(shè)統(tǒng)一的IP承載網(wǎng)。但隨著網(wǎng)絡(luò)融合的不斷推進(jìn)，統(tǒng)一的基于IP的業(yè)務(wù)承載平臺(tái)是一個(gè)必然的發(fā)展趨勢。隨著技術(shù)的不斷完善和業(yè)務(wù)進(jìn)一步深度融合的發(fā)展需求，電信級(jí)IP承載網(wǎng)將成為未來各種業(yè)務(wù)在網(wǎng)絡(luò)層的統(tǒng)一平臺(tái)。
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