唐陽，錢學榮

　　(南京郵電大學 通信與信息工程學院，江蘇 南京 210003)

        摘要：針對寬帶遠程接入服務器的備份機制，主要研究了雙機備份機制和智能彈性架構(gòu)技術(shù)，分析和比較了兩者的優(yōu)缺點，并提出了一種接口聯(lián)動機制。

　　關鍵詞：寬帶遠程接入服務器；可靠性；雙機備份；智能彈性架構(gòu)；接口聯(lián)動

0引言

　　隨著運營商寬帶用戶和業(yè)務的增多以及電信網(wǎng)的IP化，簡單的路由器技術(shù)已經(jīng)不能滿足運營商對業(yè)務進行控制和管理的需求［1］,為此，業(yè)務路由器（Service Router，SR）技術(shù)和寬帶遠程接入服務器 (Broadband Remote Access Server，BRAS)應運而生。在它們面世初期，SR被用來連接用戶與網(wǎng)絡邊緣，實現(xiàn)較小容量的包轉(zhuǎn)發(fā)；BRAS則是面向?qū)拵ЬW(wǎng)絡應用的接入網(wǎng)關，用來完成用戶的認證與管理。目前，SR技術(shù)與BRAS已經(jīng)大量應用在電信運營商的骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)的邊緣處，兩者相互配合，承擔多業(yè)務承載的角色。然而，隨著運營商對視頻等業(yè)務需求的提升，SR技術(shù)和BRAS的缺陷也開始顯現(xiàn)出來。由于BRAS支持的點對點的以太傳輸協(xié)議（PointtoPoint Protocol over Ethernet， PPPoE）接入方式存在業(yè)務支持能力方面的內(nèi)在局限，不能承載大規(guī)模的IPTV等精品業(yè)務;而SR則恰恰相反，其對PPPoE不支持，對于目前仍然以寬帶接入業(yè)務為主要收入來源的運營商來說，SR技術(shù)仍然不能獨擋一面。

　　IP網(wǎng)絡正處于向智能化的電信級IP承載網(wǎng)轉(zhuǎn)型的過程中，核心網(wǎng)邊緣設備的智能化是實現(xiàn)網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型的關鍵［2］。運營商通過將傳統(tǒng)的面向服務大客戶專線的SR與服務居民寬帶上網(wǎng)的BRAS融合為多業(yè)務網(wǎng)關（MultiService Edge，MSE）［3］，加速新業(yè)務部署，改進用戶體驗，減少網(wǎng)元數(shù)量，提高網(wǎng)絡資源利用率和維護效率。

　　目前的BRAS組網(wǎng)應用中，用戶對網(wǎng)絡可靠性的要求越來越高，如何保證用戶業(yè)務數(shù)據(jù)的不間斷傳輸，成為急需解決的問題［4］。在傳統(tǒng)的單機BRAS組網(wǎng)環(huán)境下，一旦出現(xiàn)鏈路、節(jié)點故障，所有用戶的業(yè)務都會中斷，業(yè)務恢復的時間也無法確定，對于網(wǎng)絡可靠性的影響比較大。

　　針對業(yè)務的可靠性需求，本文提出了雙機備份機制［5］和智能彈性架構(gòu)（Intelligent Resilient Framework，IRF）技術(shù)。主要闡述了雙機備份機制和IRF的可靠性，在對比了兩者的技術(shù)特點之后，提出了接口聯(lián)動機制。

1雙機備份機制和IRF技術(shù)

　　1.1雙機備份機制

　　采用雙機備份的部署方法，通過提高網(wǎng)絡的可靠性來提高用戶業(yè)務的穩(wěn)定性。對網(wǎng)絡匯聚層中的BRAS設備進行雙機備份，主用設備和備用設備實時交互用戶的BRAS認證信息、計費信息和客戶管理信息［6］，從而保證了BRAS系統(tǒng)不間斷運行，提高了可靠性。

　　雙機備份的BRAS組網(wǎng)如圖1所示。雙機備份組中有兩臺設備，一臺叫做主用設備（Master），另一臺叫做備用設備（Backup）。主用設備為業(yè)務提供支持，轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務流量，并可在達到某一時間或一定的流量閾值后向備用設備發(fā)送業(yè)務備份信息；備用設備除接收主用設備的業(yè)務備份信息外，在主用設備發(fā)生故障后，備用設備會轉(zhuǎn)換成主用設備，繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)業(yè)務流量，使業(yè)務不會中斷。

　　屬于同一個雙機備份組的兩臺設備上需要創(chuàng)建同一個虛擬路由冗余協(xié)議（Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP）備份組。雙機備份實例中的主用設備與VRRP備份組中的Master路由器對應，執(zhí)行業(yè)務數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的工作，備用設備與VRRP備份組中的備用路由器對應，監(jiān)聽主用設備的狀態(tài)，同步主用設備上的業(yè)務數(shù)據(jù)，在主用設備發(fā)生故障時，備用設備切換成主用設備，保證當前運行的業(yè)務不被中斷。對網(wǎng)絡匯聚層中的BRAS設備進行雙機備份，主用設備和備用設備實時交互用戶的BRAS認證信息、計費信息和客戶管理信息，從而保證了BRAS系統(tǒng)不間斷運行，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設備連接在一起，進行必要的配置后，虛擬化成一臺設備。使用這種虛擬化技術(shù)可以集合多臺設備的硬件資源和軟件處理能力，實現(xiàn)多臺設備的協(xié)同工作、統(tǒng)一管理和不間斷維護。

　　在原本單機BRAS的組網(wǎng)環(huán)境基礎上，利用IRF技術(shù)將兩臺物理BRAS設備虛擬化成一臺邏輯BRAS設備，實現(xiàn)BRAS設備的高可靠性，同時也便于設備的管理。

　　1.3雙機備份與IRF對比

　　雙機備份機制和IRF技術(shù)都能為BRAS設備提供可靠性保證。如表1所示，從兩者的功能實現(xiàn)、需要的協(xié)議和配置的復雜程度進行比較，可以看出IRF技術(shù)具有以下優(yōu)勢：

　?。?）兩種機制都是設備可靠性的保障，使用戶感知不到網(wǎng)絡故障，提升用戶的網(wǎng)絡體驗。

　?。?）配置上的簡化：IRF機制不需要規(guī)劃VRRP主備組，也不需要啟動雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測［7］（Bidirectional Forwarding Detection，BFD），減少了一半網(wǎng)關IP地址，也簡化了配置。

　?。?）故障切換效率：IRF組網(wǎng)下二層聚合組的端口切換時間是毫秒級，用戶感知不到。

　?。?）用戶分配：IRF組網(wǎng)下匯聚交換機根據(jù)用戶物理地址（Media Access Control，MAC）在聚合端口Hash來分配上線用戶，基本可以達到各聚合端口中的成員端口的上線用戶數(shù)為1∶1，達到負載均衡的效果。

2接口聯(lián)動機制

　　2.1實現(xiàn)背景

　　雙機備份機制依賴于VRRP協(xié)議，VRRP［8］是由 RFC2338定義的一種容錯協(xié)議，而VRRP協(xié)議需要依賴于多個模塊的配合，實際上VRRP也是個單向的檢測過程［9］，即通過上行接口的Up/Down狀態(tài)變化觸發(fā)下行接口的Up/Down，無法讓下行接口的Up/Down來觸發(fā)上行接口的Up/Down。這樣就無法實現(xiàn)多個接口的狀態(tài)聯(lián)動，從而增加了配置的復雜性。

　　2.2改進機制

　　針對雙機備份機制已有的缺陷，本文提出了一種接口聯(lián)動方案，通過判斷設備多個接口Up/Down狀態(tài)來觸發(fā)其他接口Up/Down狀態(tài)的變化，從而觸發(fā)設備相關的協(xié)議進行鏈路切換。實現(xiàn)多接口狀態(tài)聯(lián)動，避免了多種聯(lián)動機制同時部署帶來的繁瑣配置，也避免了軟件開發(fā)實現(xiàn)模塊間關聯(lián)的復雜性。

　　如圖2所示，將X1、X2、X3接口設定在同一個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)。可以直接通過X1、X2、X3接口的狀態(tài)組合來決定接口組LG的狀態(tài)，達到統(tǒng)一管理的目的。

　　LG組狀態(tài)切換策略：

　?。?）當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；

　?。?）當LG組中沒有成員接口，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，并可能導致狀態(tài)機狀態(tài)的切換，從而實現(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則是對應事件作用下LG組的狀態(tài)變化，圖3是對應事件導致的狀態(tài)機的狀態(tài)切換。

　　通過實現(xiàn)多接口聯(lián)動，可以達到聯(lián)動業(yè)務的整體切換功能。以雙機備份組網(wǎng)為例，各模塊只需要關聯(lián)這個接口組狀態(tài)，而不再需要分別關注單個物理接口的狀態(tài)：VRRP直接監(jiān)測接口組狀態(tài)，X1/X2/X3鏈路斷開后，接口組狀態(tài)置為LGDown，所有VRRP組整體降低優(yōu)先級，不需要再分別監(jiān)測上下行鏈路。這也便于后續(xù)類似需求的拓展。

3結(jié)論

　　本文所述的BRAS設備業(yè)務備份技術(shù)是一項實現(xiàn)BRAS跨設備備份的重要技術(shù)，它主要是通過主備設備之間的控制信息同步、故障探測及協(xié)議聯(lián)動、主備切換等技術(shù)，實現(xiàn)在BRAS及其相連的鏈路處于故障情況下的平滑切換，實現(xiàn)了將網(wǎng)絡備份從傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡的核心層網(wǎng)絡擴展到二三層網(wǎng)絡邊緣，滿足電信級業(yè)務的可靠性要求。

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