5G承载的L3到边缘组网方案研究

发布时间:2019-08-22  作者:詹双平 中兴通讯  阅读量:

L3下沉到边缘是必然趋势

4G时代,虽然EPC pool和X2等业务要求承载网提供三层寻址能力,但4G业务依然还是以南北向为主(基站到核心网),总体呈现为汇聚型业务。此时承载网三层一般高置,主要部署在汇聚骨干节点或核心层之上,在满足业务寻址调度的同时可降低L3网络规模,降低运维复杂度。

5G的网络架构和业务模型相对4G有了很大的变化。首先5G核心网功能云化且逐步下沉,导致除南北向流量外,DC之间东西向流量需求增强。此外5G时代基站密度更高,带来站间深入协同需求,基站之间的横向流量也将远远超过LTE时代的流量,延时要求更是远低于3GPP定义的LTE基站间理想时延(10ms)。可以看到5G承载的业务承载模型已经从汇聚型变成Mesh型,如果仍然维持三层高置,大量的东西向流量回绕将严重影响移动回传网的带宽利用率,同时导致时延增加。L3下沉到边缘将是必然趋势。

本文主要从VPN路由设计、SR(Segment Routing)隧道规划、可靠性等方面介绍5G承载的L3到边缘方案。

L3到边缘整体方案

L3到边缘是指在5G传送网中接入层、汇聚层、核心层均采用SR隧道和L3VPN,端到端部署IGP协议。由于城域回传网络规模较大,通常需要部署层次化L3VPN,根据分层位置的不同,存在骨干汇聚分层和普通汇聚分层两种分域组织方式,具体应根据自身的资源条件(光缆组网规范性、维护能力、设备能力)进行具体方案选择。

L3到边缘的部署方案层次关系为:L3VPN over SR,如图1所示。

VPN路由设计

5G基站都要求采用IPv6地址,而NSA的部署方式要求5G基站与现网IPv4的4G基站交互,因此5G基站都需要支持IPv4/IPv6双栈。对应的承载也要提供双栈VPN的能力,使用一个VPN同时承载IPv4和IPv6。VPN设计需要从简化运维、路由聚合、流量均衡等方面综合考虑。

层次化VPN

虽然5G承载网络有扁平化的趋势,但整体架构依然是经典的分层结构。例如,城域网的典型结构是三层模型:核心层、汇聚层、接入层,从核心层到接入层,对设备的性能要求依次下降,网络规模则依次扩大。而L3VPN是一种平面模型,对网络中所有PE设备的性能要求相同,当网络中某些PE在性能和可扩展性方面存在问题时,整个网络的性能和可扩展性都将受到影响,不利于大规模部署VPN。为解决可扩展性问题,VPN需要从平面模型转变为分层模型。采用层次化VPN可以带来如下好处:

-降低UPE路由条目数。UPE只需维护到SPE以及就近UPE路由,无需维护全网路由。

-降低核心节点的隧道数量,节点部署的隧道规模从数万降低到几十,极大地降低核心设备压力,利于网络稳定。

-通过分层VPN隔离接入侧和核心侧的故障,避免相互影响。

-便于路由聚合,降低路由条目数,提高路由发布效率。

可以看到,不论是对接入设备、核心设备,还是管控系统,层次化VPN都能大大简化路由,降低设备压力。但VPN分层也导致了隧道分段,增加了业务部署和维护的难度,建议部署不超过两层VPN。

VPN路由规划

VPN路由可以通过分布式控制面和集中控制器来发布。BGP是一种比较常用的路由通告协议。另一种方式是由集中管控系统来发放VPN路由,在UPE或者NPE配置一条静态路由后,控制器会自动计算出这条路由需要扩散的节点并对这些节点下发路由配置,实现类似BGP的功能。采用控制器扩散路由的方案简化了设备协议,无需部署BGP。但对于大规模的网络,集中式的路由扩散对控制器性能提出了很高的要求,需要尽量通过聚合路由或者缺省路由的方式降低路由条目数以提高路由发放的效率。

VPN路由规划应遵循简单、可靠、高效的原则,尽量避免维护大量路由条目。

-对于UPE,同一IGP域内的UPE之间互相发布明细路由,确保东西向流量就近可达,其他流量全部通过指向SPE的默认路由进行转发,使得UPE维护的VPN路由条目极简,只有一条默认路由和本域内其他UPE的明细路由。

-为了降低SPE和NPE节点的路由条目,SPE可将下