余辰東
(中興通訊股份有限公司上海研發(fā)中心, 上海 201203)
無源光網(wǎng)絡(luò)上聯(lián)組網(wǎng)設(shè)計(jì)及業(yè)務(wù)保護(hù)應(yīng)用
余辰東
(中興通訊股份有限公司上海研發(fā)中心, 上海 201203)
本文對無源光網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及其承載業(yè)務(wù)流量特征進(jìn)行了調(diào)查,針對OLT上聯(lián)口不同業(yè)務(wù)分別選擇不同的業(yè)務(wù)冗余保護(hù)方式進(jìn)行了研究。報告了當(dāng)前較為常見的冗余保護(hù)技術(shù)以及組網(wǎng)應(yīng)用,對基于不同業(yè)務(wù)的常用保護(hù)應(yīng)用和組網(wǎng)設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討總結(jié),并討論了特殊冗余保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用。組網(wǎng)設(shè)計(jì)只有和具體業(yè)務(wù)相結(jié)合,才能有效的實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)質(zhì)量提升和保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定。
無源光網(wǎng)絡(luò); 光線路終端; 組網(wǎng)設(shè)計(jì); 鏈路聚合; 業(yè)務(wù)冗余保護(hù)
無源光網(wǎng)絡(luò)(PON)是點(diǎn)到多點(diǎn)結(jié)構(gòu)的單纖雙向光接入網(wǎng),典型拓?fù)錇樾牵洌┬徒Y(jié)構(gòu)。局端OLT設(shè)備(光線路終端)處于中心位置,通過上聯(lián)SNI接口(業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)接口)完成本網(wǎng)元業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)。由于采用光纖接入,OLT上聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)處理的業(yè)務(wù)流量相對于傳統(tǒng)接入設(shè)備有質(zhì)的飛躍,因此通過OLT上聯(lián)聚合或冗余配置實(shí)現(xiàn)其承載業(yè)務(wù)的擴(kuò)容與保護(hù)就顯得十分重要。
OLT與上層設(shè)備間業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)使用以太網(wǎng)技術(shù),因此基于以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的聚合或保護(hù)技術(shù)均適用于PON設(shè)備,且在相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和保護(hù)應(yīng)用中需要特別考慮PON網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)特點(diǎn)。
PON OLT應(yīng)直接上聯(lián)城域網(wǎng)SR/BRAS設(shè)備(交換路由器/寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器)。當(dāng)上層設(shè)備端口不足時,可通過以太網(wǎng)級聯(lián)或匯聚方式上聯(lián)至SR/BRAS設(shè)備。
1.1 上聯(lián)接口類型選擇
OLT與SR/BRAS連接通過GE(吉比特以太網(wǎng))/FE(百兆以太網(wǎng))接口實(shí)現(xiàn):GE接口一般采用光口,用于以太網(wǎng)/IP類業(yè)務(wù)上聯(lián),F(xiàn)E接口可選擇光口或電口,一般用于VoIP(基于IP的語音)業(yè)務(wù)上聯(lián)。光口對接應(yīng)使用單模光纖,且保持兩端光模塊型號,參數(shù)一致。
對接光模塊收、發(fā)光功率應(yīng)在光模塊指標(biāo)范圍內(nèi),確保業(yè)務(wù)正常轉(zhuǎn)發(fā)。
對接光模塊工作波長保持一致:長距光模塊波長1 550 nm,短距光模塊波長1 310 nm。
1.2 上聯(lián)接口組網(wǎng)選擇
PON OLT設(shè)備應(yīng)根據(jù)實(shí)際流量選擇上聯(lián)接口組網(wǎng)方式。當(dāng)業(yè)務(wù)流量較小時,可采用單上聯(lián)方式,按VLAN(虛擬局域網(wǎng))區(qū)分并轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)到不同的上層設(shè)備中。當(dāng)業(yè)務(wù)流量較大時應(yīng)配置多端口并區(qū)分業(yè)務(wù)。多上聯(lián)口組網(wǎng)應(yīng)注意雙上聯(lián)與“8”字環(huán)應(yīng)用,如圖1所示。
單OLT相同業(yè)務(wù)上聯(lián)到同一臺設(shè)備時,應(yīng)采用鏈路聚合或保護(hù)方式。由于多上聯(lián)口承載相同業(yè)務(wù),若VLAN配置相同將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)成環(huán),組網(wǎng)時需加以避免。
多OLT相同業(yè)務(wù)終結(jié)于同一臺設(shè)備時(“8”字環(huán)),必須禁用或修改對接端口的PVID(缺省VLAN),確保相關(guān)端口PVID不同,且不為1。
圖1 雙上聯(lián)和8字環(huán)組網(wǎng)
上述組網(wǎng)將在OLT承載相同業(yè)務(wù)的多個上聯(lián)口,以及上層設(shè)備對應(yīng)端口之間形成環(huán)路,導(dǎo)致廣播風(fēng)暴影響業(yè)務(wù)安全:網(wǎng)絡(luò)中的Untag(無VLAN標(biāo)簽)報文進(jìn)入OLT端口時,修改報文VLAN標(biāo)簽為PVID值。若多端口PVID值相同,該報文會向相同PVID值的端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā);離開端口時,將VLAN標(biāo)簽剝離并向?qū)Χ嗽O(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)。若對端設(shè)備兩端口PVID也相同,會存在相同問題,即在OLT與上聯(lián)設(shè)備之間形成環(huán)路。
1.3 上聯(lián)保護(hù)類型選擇
考慮業(yè)務(wù)特性與用戶感知,不同業(yè)務(wù)的上聯(lián)組網(wǎng)應(yīng)采用相應(yīng)的冗余保護(hù)方式:通過鏈路聚合實(shí)現(xiàn)帶寬擴(kuò)容,適用于業(yè)務(wù)流量較大,但優(yōu)先級較低的以太網(wǎng)/IP類業(yè)務(wù);通過鏈路保護(hù)提升業(yè)務(wù)安全,適用于業(yè)務(wù)流量較為固定,卻對業(yè)務(wù)質(zhì)量敏感的語音類業(yè)務(wù)。
業(yè)務(wù)擴(kuò)容主要通過鏈路聚合在數(shù)據(jù)鏈路層實(shí)現(xiàn),將聚合組內(nèi)多條物理鏈路等效為一條邏輯鏈路,其優(yōu)點(diǎn)為如下。
(1)總帶寬較單鏈路呈線性增加,帶寬增加約(n-1)倍,n為聚合路數(shù)。
(2)可靠性有一定提高,聚合組中部分鏈路異常時,業(yè)務(wù)流量重新分流到剩余正常鏈路中。
2.1 鏈路聚合類型
鏈路聚合有兩種方式,靜態(tài)聚合和動態(tài)LACP(鏈路聚合控制協(xié)議):靜態(tài)聚合將多個物理端口直接加入聚合組形成一個邏輯端口,并根據(jù)本地端口狀態(tài)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務(wù)。靜態(tài)聚合配置簡單且沒有協(xié)議交互,但不利于觀察鏈路狀態(tài)。動態(tài)LACP通過協(xié)議交互選擇匯聚端口,多個物理端口動態(tài)加入聚合組形成一個邏輯端口,加入或退出聚合組時雙方狀態(tài)保持一致。但對接設(shè)備可能由于LACP協(xié)議處理機(jī)制不同,導(dǎo)致聚合異常。
2.2 鏈路聚合應(yīng)用
靜態(tài)聚合端口應(yīng)為自適應(yīng)模式:由硬件發(fā)送C幀協(xié)商端口狀態(tài),若Rx(接收)中斷無法接收對端C幀,雙方無法交互將導(dǎo)致端口從聚合組中刪除。若端口為強(qiáng)制模式:Tx(發(fā)送)端口以一定頻率發(fā)送Idle(空閑)幀,若Rx端口收到同頻率Idle幀則完成建鏈。若一側(cè)Rx故障,而Tx仍在發(fā)送,對端誤認(rèn)本側(cè)端口有效從而導(dǎo)致單通。
動態(tài)LACP模式下端口應(yīng)為強(qiáng)制模式:若對接端口一定時間內(nèi)收不到協(xié)議分組,通過超時機(jī)制從組中刪除端口,業(yè)務(wù)切換到組內(nèi)其他接口;若端口為自適應(yīng)模式,鏈路異常時端口狀態(tài)頻繁變化,相應(yīng)聚合組狀態(tài)也會頻繁變化。
業(yè)務(wù)保護(hù)是在OLT和SR/BRAS之間實(shí)現(xiàn)鏈路(組)的冗余備份,兩條鏈路(組)互為保護(hù),并監(jiān)視對方狀態(tài)。鏈路異常時,業(yè)務(wù)按一定策略整體切換到備用鏈路(組)以保證業(yè)務(wù)穩(wěn)定。PON OLT設(shè)備一般采用UAPS或VRRP兩種業(yè)務(wù)保護(hù)方式。
3.1 上聯(lián)口自動保護(hù)倒換(UAPS)
3.1.1 UAPS功能
UAPS在多上聯(lián)口(組)之間實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)保護(hù)。通過配置一對或者多對上聯(lián)接口,提供M×(N+N)備份,即上聯(lián)口可分為M組,每組包含多對主備(N+N)上聯(lián)口。主用上聯(lián)口轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù),備用上聯(lián)口不轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)(閉塞狀態(tài))。UAPS監(jiān)測上聯(lián)端口或鏈路狀態(tài)決策是否切換,若主用端口中斷則自動切換到備用端口上,從而保持業(yè)務(wù)穩(wěn)定。
3.1.2 UAPS工程應(yīng)用
按正態(tài)近似求出lgLD50的CI為(lgEC50±1.96×slgEC50),取其反對數(shù),即為LD50的95%CI。
UAPS保護(hù)由OLT監(jiān)控上聯(lián)鏈路狀態(tài)并進(jìn)行相應(yīng)動作。為避免異常倒換,UAPS分為恢復(fù)式(原鏈路恢復(fù)后自動切回)和非恢復(fù)式倒換(保持當(dāng)前狀態(tài))。恢復(fù)式倒換通過保護(hù)時間防止端口不穩(wěn)定引起的頻繁倒換,保護(hù)時間段內(nèi)不允許再次倒換。
UAPS組可啟用鏈路Ping監(jiān)測功能,防止鏈路不穩(wěn)定引起的倒換。監(jiān)測功能按一定周期,多次監(jiān)測異常才觸發(fā)倒換,Ping周期長度和監(jiān)測次數(shù)共同決定監(jiān)測周期。由于倒換鏈路穩(wěn)定需要一定時間,建議監(jiān)測周期長度大于鏈路穩(wěn)定時間。啟用鏈路Ping監(jiān)測后不能單純根據(jù)端口物理狀態(tài)確定是否回切:由于主用端口被關(guān)閉,Ping功能無法監(jiān)測其鏈路狀態(tài),無法實(shí)現(xiàn)恢復(fù)模式。
現(xiàn)網(wǎng)中部分設(shè)備根據(jù)是否發(fā)光判斷端口狀態(tài),若備用端口發(fā)光,可能導(dǎo)致上層設(shè)備判斷和處理異常。因此建議備用端口保持物理靜默(關(guān)閉物理發(fā)光)。
3.2 虛擬路由器冗余協(xié)議(VRRP)
3.2.1 VRRP功能
VRRP協(xié)議在局域網(wǎng)中由多個路由器共同實(shí)現(xiàn)一個虛擬路由器:在VRRP路由器組中,按優(yōu)先級選舉主控路由器。VRRP主要解決靜態(tài)網(wǎng)關(guān)單點(diǎn)失效問題。優(yōu)先級配置可依據(jù)鏈路速度、路由器性能以及其它管理策略設(shè)定。
VRRP路由器對外表現(xiàn)為唯一的虛擬MAC(媒體訪問控制)地址,路由器對ARP(地址解析協(xié)議)請求用該MAC地址做應(yīng)答。VRRP采用VRRP通告作為控制報文,以IP多播數(shù)據(jù)分組進(jìn)行封裝,并只在同一局域網(wǎng)內(nèi)發(fā)布,為減少帶寬消耗只有主控路由器周期發(fā)送VRRP通告。VRRP組中備份路由器連續(xù)3個通告間隔內(nèi)收不到或收到優(yōu)先級為0的通告則啟動新一輪VRRP選舉,即提供了動態(tài)故障轉(zhuǎn)移機(jī)制。
3.2.2 VRRP工程應(yīng)用
VRRP協(xié)議部署于上層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中并發(fā)布路由,OLT設(shè)備根據(jù)上層設(shè)備狀態(tài)完成主備鏈路切換。VRRP協(xié)議提高了靜態(tài)網(wǎng)關(guān)路由的可用性且無需在OLT設(shè)備上進(jìn)行相關(guān)配置。某些組網(wǎng)中,VRRP通告報文通過OLT主備上聯(lián)口傳遞,因此需要保證OLT上聯(lián)口正常,防止信號弱化等原因?qū)е耉RRP報文丟失,從而出現(xiàn)異常切換。
工程中應(yīng)防止VRRP路由器頻繁切換。若網(wǎng)絡(luò)中多業(yè)務(wù)VLAN使用相同VRRP組,可能導(dǎo)致不同VLAN對應(yīng)不同主路由器,即一個VRRP網(wǎng)絡(luò)中存在多個主路由器。若其中一臺VRRP路由器不使用虛擬MAC做為源地址,將導(dǎo)致OLT設(shè)備出現(xiàn)MAC地址學(xué)習(xí)和轉(zhuǎn)發(fā)異常。
PON網(wǎng)絡(luò)承載業(yè)務(wù)主要包括:動態(tài)上網(wǎng),專線用戶,VoIP,IPTV(數(shù)字電視)。動態(tài)上網(wǎng)業(yè)務(wù)采用PPPoE(以太網(wǎng)承載點(diǎn)對點(diǎn)協(xié)議)方式;專線用戶、VoIP以及IPTV業(yè)務(wù)采用IPoE(以太網(wǎng)承載IP協(xié)議)方式。不同業(yè)務(wù)的流量特征在組網(wǎng)以及冗余保護(hù)設(shè)計(jì)時需加以考慮。
寬帶上網(wǎng)業(yè)務(wù)主要采用PPPoE協(xié)議封裝,此類業(yè)務(wù)流量較大,用戶對帶寬感知敏感,但業(yè)務(wù)優(yōu)先級較低,應(yīng)在保證用戶感知的同時提供一定保護(hù)。因此鏈路聚合是較為適用的技術(shù),以實(shí)現(xiàn)高帶寬下適度的鏈路傳輸彈性與冗余。
IPoE協(xié)議主要封裝專線上網(wǎng)、VoIP及IPTV業(yè)務(wù)。此類業(yè)務(wù)中VoIP業(yè)務(wù)帶寬占用很少,IPTV采用多播技術(shù)節(jié)省帶寬且節(jié)目數(shù)量有限,通過合理設(shè)計(jì)可滿足用戶帶寬需求,而其服務(wù)等級與穩(wěn)定性要求較高,因此可采用帶寬提升不明顯,但系統(tǒng)安全性較高的鏈路保護(hù)方式。
4.1 IPoE業(yè)務(wù)保護(hù)應(yīng)用
IPoE業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和應(yīng)用,主要考慮業(yè)務(wù)安全性,PON OLT上聯(lián)口采用主備鏈路保護(hù)方式,業(yè)務(wù)所經(jīng)過的上層設(shè)備也采用鏈路保護(hù)方式,即通過端到端的全保護(hù)方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)安全性要求。典型組網(wǎng)中OLT通過SW(以太網(wǎng)交換機(jī))終結(jié)于SR,網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D2所示。
圖2 IPoE業(yè)務(wù)保護(hù)組網(wǎng)應(yīng)用
這種組網(wǎng)應(yīng)用中:SR配置VRRP協(xié)議,通過VRRP優(yōu)先級設(shè)置,確定主備用SR。SR間的VRRP通告報文通過SW傳遞。主備用SR的VRRP端口終結(jié)于2層網(wǎng)絡(luò),同時發(fā)布OLT的網(wǎng)段路由。OLT對應(yīng)SW的兩個上聯(lián)口配置UAPS組,兩端口(組)之間為主備關(guān)系。
IPoE業(yè)務(wù)保護(hù)組網(wǎng)應(yīng)用方案也可簡化為OLT直連SR,即取消了圖2中SW一層。業(yè)務(wù)保護(hù)方案變更為:SR配置VRRP協(xié)議,通過VRRP優(yōu)先級設(shè)置,確定主備用SR,主備SR之間傳遞心跳消息。主備用SR的VRRP端口終結(jié)在2層網(wǎng)絡(luò),并發(fā)布網(wǎng)段路由。OLT對應(yīng)2個SR的上聯(lián)口配置UAPS組,兩端口(組)之間為主備關(guān)系。
4.2 PPPoE業(yè)務(wù)保護(hù)應(yīng)用
PPPoE業(yè)務(wù),在滿足業(yè)務(wù)帶寬前提下提供一定的業(yè)務(wù)安全性:網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中OLT通過鏈路聚合方式實(shí)現(xiàn)帶寬提升以及一定的安全冗余,上層網(wǎng)絡(luò)通過鏈路(組)保護(hù)方式提升帶寬及安全性。典型網(wǎng)絡(luò)如圖3所示,OLT通過SW接入BRAS設(shè)備。
這種組網(wǎng)應(yīng)用中,OLT和SW之間多端口采用鏈路聚合方式;SW與兩臺BRAS連接的端口配置UAPS保護(hù),兩個BRAS之間互為主備關(guān)系,并根據(jù)一定策略進(jìn)行切換。
圖3 PPPoE業(yè)務(wù)保護(hù)組網(wǎng)方案
PPPoE業(yè)務(wù)保護(hù)組網(wǎng)方案可簡化為上層只有一臺BRAS(即取消圖3中的BRAS2)。OLT和SW之間采用鏈路聚合方式,SW和BRAS之間也采用鏈路聚合,即全程鏈路聚合方式。
4.3 混合業(yè)務(wù)保護(hù)應(yīng)用
如上所述,不同業(yè)務(wù)采用不同的保護(hù)方式。工程應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)及流量特性進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化:若資源充足,鏈路保護(hù)方式的主備鏈路(組)可采用多條鏈路聚合方式,在保證安全性的同時提升了業(yè)務(wù)帶寬。
實(shí)際應(yīng)用中PPPoE與IPoE業(yè)務(wù)往往共存于同一PON網(wǎng)絡(luò)中,對OLT而言,若IPoE與PPPoE業(yè)務(wù)通過相同鏈路(組)上行,則通過VLAN區(qū)分業(yè)務(wù),并由上層SW實(shí)現(xiàn)對不同業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)及保護(hù);若IPoE與PPPoE業(yè)務(wù)分別在不同物理鏈路(組)上行,則在不同鏈路(組)上分別實(shí)現(xiàn)PPPoE鏈路聚合以及IPoE鏈路保護(hù)。IPoE+PPPoE業(yè)務(wù)保護(hù)組網(wǎng)如圖4所示。這種組網(wǎng)中SR/BRAS配對雙歸接入CR(核心路由器);SW1、2配對雙歸接入SR,用于接入專線/VoIP/ IPTV等IPoE業(yè)務(wù),通過UAPS或VRRP實(shí)現(xiàn)全路由保護(hù);SW3單歸方式接入BRAS,用于接入PPPoE等動態(tài)用戶,多條物理鏈路進(jìn)行鏈路聚合,實(shí)現(xiàn)負(fù)荷分擔(dān)以及一定程度的冗余保護(hù)。
4.4 其他保護(hù)應(yīng)用方案
上述幾種主流方案外,PON OLT設(shè)備還可采用其他的保護(hù)方案,主要包括STP保護(hù)以及EAPS(以太網(wǎng)自動保護(hù)交換)技術(shù),分別介紹如下。
圖4 IPoE+PPPoE業(yè)務(wù)保護(hù)組網(wǎng)方案
STP(生成樹協(xié)議)實(shí)現(xiàn)OLT上聯(lián)口保護(hù),OLT多端口上聯(lián)到不同的匯聚交換機(jī),STP協(xié)議將其中1個端口閉塞以防止形成環(huán)路。當(dāng)主用鏈路故障時,STP重新收斂并啟用備用鏈路。由于STP協(xié)議機(jī)制局限,其保護(hù)倒換較慢,一般在1 s左右(而鏈路聚合、UAPS協(xié)議倒換時間在50 ms左右),所以工程實(shí)踐中較少采用。
EAPS技術(shù)可實(shí)現(xiàn)OLT上聯(lián)口的環(huán)網(wǎng)保護(hù),創(chuàng)建由以太網(wǎng)端口(OLT上聯(lián)口)構(gòu)成的保護(hù)環(huán)。每臺OLT的兩個端口分別與另兩臺OLT端口相連接,依此類推構(gòu)成1個環(huán)網(wǎng)。主節(jié)點(diǎn)將OLT 1個端口設(shè)成阻塞模式,另一端口設(shè)成轉(zhuǎn)發(fā)模式,并沿環(huán)發(fā)送業(yè)務(wù)。故障時主節(jié)點(diǎn)解開阻塞模式的端口,并刷新所有節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)表。這種保護(hù)方式可以在50~100 ms內(nèi)完成倒換。但環(huán)形保護(hù)與接入網(wǎng)的星(樹)型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不相符;且OLT在處理自身流量的同時,還要轉(zhuǎn)發(fā)其他OLT的流量,將加重處理負(fù)荷,工程應(yīng)用必須考慮上述特點(diǎn)。
綜上所述PON組網(wǎng)設(shè)計(jì)與業(yè)務(wù)保護(hù)主要在無源光網(wǎng)絡(luò)的中心節(jié)點(diǎn)(OLT)上進(jìn)行部署,同時依靠對接的上層網(wǎng)絡(luò)各設(shè)備同步實(shí)施,即業(yè)務(wù)性能與安全性必須通過全流程的端到端設(shè)計(jì)與部署,無法依靠網(wǎng)絡(luò)中單個節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)。同時各種不同保護(hù)技術(shù)適用于不同的場景設(shè)定,對資源占用情況也不盡相同,因此在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和實(shí)際部署中需要結(jié)合PON設(shè)備性能、資源以及承載業(yè)務(wù)特征綜合考慮,才能有效利用網(wǎng)絡(luò)資源并最大程度的提升業(yè)務(wù)質(zhì)量與性能。
Network design and service protection applications of PON uplink interface
YU Chen-dong
(ZTE Corporation, Shanghai 201203, China)
This paper investigate the PON network structure and service traff c characteristic and research the different redundancy protection method to different services of the OLT uplink interface. The common protection technology and network applications have been reported. The normal PON networking protection application and design have been discussed based on different services, including the special redundancy protection applications. With the combination of network and service, we can improve the service quality and ensure the network’s stability.
PON; OLT; network design; link aggregation; service protection
TN913.7
A
1008-5599(2014)05-0020-05
2014-02-24
電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化2014年5期