面向新型城域网的UMR技术方案研究与应用

尹远阳，王志中，姜有强，孙嘉琪，梁筱斌

工程与应用

面向新型城域网的UMR技术方案研究与应用

尹远阳1，王志中1，姜有强2，孙嘉琪1，梁筱斌1

（1.中国电信股份有限公司研究院，广东 广州 510630；2. 中国电信股份有限公司广东分公司，广东 广州 510180）

新型城域网采用spine-leaf与BRAS（broadband remote access server）高挂集中部署的全新网络架构。随着新型城域网部署，原有IP城域网家庭带宽业务逐步割接到新型城域网，当前网络典型承载方案存在对设备MAC（media access control）路由表压力大、业务部署困难等问题。通过研究与分析，创新性地提出UMR（unknown MAC route）技术实现方案，并完成实验验证，为推进新型城域网快速部署提供参考意义。

云网融合；新型城域网；灵活调整；固移承载；SRv6

0 引言

在国家新基建战略下，运营商不断推动网络升级演进，助力数字经济，这为融合云、网、边、端、创新型网络建设等方面带来了新机遇，同时对云网融合新型网络架构提出了新要求。现有的IP城域网络面临的挑战主要如下。

（1）架构不灵活，网络扩展不灵活，网络功能与设备紧耦合，难以满足算力下沉带来的边缘云快速接入和东西向流量增长。

●扩容压力大，流量和带宽保持规模增长，导致设备成本/投资大。

●业务接入设备能力分散部署，部分设备利用率偏低，新业务开通周期长，无法满足弹性需求。

（2）业务分网承载，难以保障固移融合场景一致性体验，特别是难以满足2C/2H多屏互动的大视频业务的跨网平滑迁移以及2B业务差异化承载。

（3）同一客户的政企业务按类型分网承载业务部署不统一：互联网访问/L3VPN采用IP城域网承载，L2VPN组网型采用IPRAN承载。

（4）缺乏自动化开通，智能化运维手段。

●业务开通人工环节多、时间长，无法弹性调整。

●故障定位慢，依赖运维人员经验。

因此，在面向现有IP城域网的挑战下，基于spine-leaf架构的新型城域网应运而生。本文重点研究新型城域网针对业务接入云化集中部署，海量家庭带宽用户业务的典型承载解决方案的研究与分析。通过分析方案缺陷与痛点，创新性地提出UMR（unknown MAC route）技术解决方案，并完成实验验证，为新型城域网建设提供指导。

1 城域网发展及新型城域网架构

IP城域网的发展与新技术的迭代，已经无法满足当前云网融合统一承载需求，优化网络架构解决固移融合用户体验一致性，提升网络灵活的扩展性和可靠性，新型城域网组网架构如图1所示，新型城域网是将现有IP城域网、STN（smart transport network）、IPRAN（IP radio access network）融合为一张网，满足家庭带宽、移动、专线、云业务、云互联的统一承载要求。

新型城域网采用模块化、标准化的方式组建，具备弹性伸/缩的横向扩容能力。全面引入新设备和新技术，实现端到端网络重构，引入IPv6+为云网业务赋能，主要表现在如下方面。

图1 新型城域网组网架构

（1）基于STN网元构建spine-leaf架构

●新型城域网基于STN承载网演进，满足spine-leaf架构组网建设要求。

●spine设备直接采用STN-ER设备，实现流量快速转发和疏导，主要负责leaf节点之间的流量无阻塞转发与出城流量快速转发；leaf设备以STN-B设备为主，负责综合接入区汇接和服务节点的互联。

（2）转控分离vBRAS技术，云化、集中部署

●提升利用率和可靠性：控制面云化，组件冗余，统管虚拟/硬件转发面；转发面池化，实现:1、(+1):1、1:1备份。

●集中部署提升运营效率：提高IP地址使用率，减少路由条目，有利于实现新业务的快速上线和开通。

（3）部署SRv6+EVPN+FlexE融合承载技术，提升网络的灵活性和差异能力

●SRv6+EVPN：端到端SRv6承载，提升网络编程能力，业务灵活选路，为云网融合提供技术支撑。

●FlexE切片技术：业务切片可按需设置，实现差异化承载能力。

2 新型城域网家庭带宽业务承载技术方案

2.1 EVPN VPLS方案与EVPN VPWS方案研究

在新型城域网中，城域核心网采用集中化的BAS-U池实现业务集中接入。当前主要有两种承载方案：EVPN VPLS（ethernet VPN virtual private LAN service）方案与EVPN VPWS（ethernet VPN virtual private wire service）方案，方案组网示意图如图2所示，两种方案都采用SRv6作为底层隧道。

方案一：EVPN VPLS方案，在A-leaf与S-leaf之间部署VSI（virtual switching instance），并与RR（route reflector）建立连接，所有Leaf设备将学习OLT（optical line terminal ）的用户MAC信息。由于在新型城域网内BRAS池化后，一个BRAS池面临百万用户地址学习，因此，该方案存在不足。

●VRR（virtual route reflector）负责百万级或千万级MAC地址学习并进行路由反射，设备MAC路由表项压力大。

●为确保整个网络的稳定和设备正常工作，对于特定的设备，RR设备需要配置复杂MAC过滤规则，否则A-leaf也将面临MAC性能压力，导致网络崩溃。

●VPLS组网容易环路，从而引起网络风暴，造成整网MAC漂移，频繁发生导致整网瘫痪，给网络运维带来困难。

方案二：EVPN VPWS方案，以OLT为单位在A-leaf部署VPWS，承载网不感知用户MAC，VRR仅需要反射EVPN连接路由；可以采用VLAN透传方式，不修改用户QinQ（802.1Q-in- 802.1Q）的VLAN，但是针对S-leaf的SVLAN需要以资源池为单位进行规划，保证池内唯一。在规划SVLAN时，可以与A-leaf的SVLAN不一致，确保两侧SVLAN独立，避免SVLAN在资源池侧的冲突。该方案的缺陷如下。

图2 EVPN VPLS与EVPN VPWS部署方案组网示意图

●需要对整网SVLAN进行统一规划，同时每新增一个OLT都需要做端到端的规划。

●针对大量用户集中接入，用户VLAN在同一个池内冲突会影响整网故障定位困难。

●随着用户数增加需要配置VPWS业务量大，操作相对复杂，不利于业务快速开通。

EVPN VPLS与EVPN VPWS关键能力的对比见表1。

2.2 EVPN VPLS方案中，网络RR设备的路由压力分析

EVPN VPLS方案部署的RR路由分析如图3所示，根据现网业务部署模型，对应典型配置按OLT1双归双活接入A-leaf，当OLT下用户A的家庭带宽业务上线时，在A-leaf1和A-leaf2各学习一条MAC表项，生成两条EVPN MAC路由发往RR。同理，ITMS（integrated terminal management system）、VoIP（voice over internet protocol）、IPTV（internet protocol television）业务上线时，各需要生成两条MAC路由，因此一个用户需要生成8条MAC路由，按新型城域网规划目标，一个接入池规划按60万～80万用户目标设计，以此规模网络设备需要480万～640万RIB（routing info base）表项资源。假设一个地市用户按400万预估，则仅家庭带宽业务至少需要800万MAC RIB表项资源，如考虑其他业务接入，将对RR设备压力将成倍增加。

EVPN VPLS方案在资源使用率、业务部署、业务配置方面优势较突出，但需要重点解决百万级MAC路由对RR的路由反射压力和汇聚S-leaf的MAC容量压力，同时还需要考虑解决VPLS中网络MAC漂移引起网络不稳定甚至网络瘫痪等问题。

表1 EVPN VPLS与EVPN VPWS关键能力对比

图3 EVPN VPLS方案部署的RR路由分析

3 新型城域网增强型EVPN VPLS with UMR技术方案

3.1 基于UMR技术承载方案实现方式

在RFC 7543中有对UMR技术进行了简单定义，可以理解在网络传递L3默认路由方式发布默认MAC路由。本文通过分析VPLS方案不足以及VPWS方案带来配置量大等问题，结合UMR技术，通过对未知单播MAC的流量匹配全0（0000-0000-0000）MAC路由进行转发，减少网络中因开启纯VPLS后，设备VSI 域内EVPN MAC明细路由同步。因此，在S-leaf节点对于符合未知单播流量基于全0 MAC通过负载分担方式转发到A-leaf，A-leaf根据用户明细MAC将流量引向对应的OLT，UMR技术承载方案如图4所示。

UMR技术方案控制面路由发布/接收实现流程如下。

●在A-leaf上基于BD（bridge domain）粒度向RR发布UMR路由（即0000-0000-0000的EVPN MAC路由），如图4粗虚线所示。

●在成对的A-leaf之间互相发布MAC明细路由（图4细虚线），不发布UMR路由。

●在S-leaf设备上，向RR发布MAC明细路由。

●RR对A-leaf仅发布明细路由，S-leaf发布全部类型路由。

UMR技术方案数据面转发实现流程如下。

●基于路由方案可以得知，稳态下，A-leaf上有所有用户的MAC路由和pUP（physical user plane）的虚MAC路由；在S-leaf上仅有UMR路由，下一跳分别为A-leaf1和A-leaf2。

●上行流量目的MAC是pUP的虚MAC，转发流程同EVPN VPLS方案。

●下行流量目的MAC为用户MAC，在S-leaf上没有用户MAC，因为命中UMR路由，将流量转发至A-leaf1和A-leaf2。

●A-leaf1和A-leaf2根据用户MAC将报文按照已知单播转发到对应的OLT。

采用UMR技术后，每对A-leaf仅需要发送两条UMR路由到RR，且发布的路由表项与A-leaf接入的用户数无直接关系，网络中的MAC路由总量仅与A-leaf对的数量相关，相比VPLS方案，使用UMR技术，RR设备上的路由量呈指数级下降。

图4 UMR技术承载方案

实验对比，仪表模拟用户MAC数量为512 000个，UP侧模拟10个MAC接入，对比VPLS方式与UMR方式对应RR上的MAC路由表数如图5所示。

通过实验室验证测试，UMR技术方案对应A-leaf设备接入的MAC数量仅与本地接入的用户数量有关，不会因为RR使全网的（多个A-leaf接入形成的池）MAC反射到对应A-leaf，大大降低了A-leaf压力，同时RR上对应的MAC数量仅为A-leaf侧默认MAC路由和UP侧明细路由，与VPLS方案相比，UMR技术方案实现使RR路由量下降，增强了网络可部署性。

3.2 UMR技术方案端到端故障可靠性保护实现

作为一种网络技术方案，必须具备在网络故障时的可靠性保护能力，UMR技术方案针对网络故障点的保护实现如图6所示，在网络中模拟不同故障点，实现网络的业务可靠性保护倒换，满足业务承载需要，URM技术方案故障点场景处理，见表2。

从上述各个故障点的保护技术可以看出，UMR方案的端到端故障可靠性基本延续了EVPN VPLS方案的保护技术，比VPLS方案故障收敛速度更快，保护技术标准化高，技术相对比较成熟。

4 结束语

本文提出的EVPN VPLS with UMR技术解决方案，解决了EVPN VPLS方案中对应设备需要大容量MAC规格及用户明细MAC通告问题：A-leaf只发布默认MAC路由，减少了RR和S-leaf设备的MAC学习，RR设备的MAC路由表项从百万级别降低到千级别，同时也降低了网络部署与运维难度，提高网络灵活调度及业务服务能力，可以作为新型城域网络部署应用方案。

图5 对比VPLS方式与UMR方式对应RR上的MAC路由表数

图6 UMR技术方案针对网络故障点的保护实现

表2 URM技术方案故障点场景处理

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Research and application of UMR technology for new metropolitan area network

YIN Yuanyang1, WANG Zhizhong1, JIANG Youqiang2, SUN Jiaqi1, LIANG Xiaobin1

1.Research Institute of China Telecom Co.,Ltd., Guangzhou 510630, China 2. Guangdong Branch of China Telecom Co.,Ltd., Guangzhou 510180, China

The new metropolitan area network adopts the new architecture of spine-leaf. BRAS is a high hanging and centralized deployment mode. With the deployment of the new metropolitan area network, the home wide service is gradually cut over to the new network. The current typical bearer scheme has many problems, such as the sharp increase of pressure on the network equipment MAC routing table, the large and complex network configuration. After analyzing and comparing the defects of typical bearer schemes, the implementation scheme of UMR technology was innovatively put forward, which provided reference significance for promoting the rapid deployment of new metropolitan area network.

cloud network integration, new metropolitan area network, flexible adjustment, fixed mobile bearing, SRv6

TP915.06

A

10.11959/j.issn.1000−0801.2022028

2021−08−13；

2021−12−03

尹远阳（1986−），男，中国电信股份有限公司研究院工程师，主要从事IP网络技术研究、新型城域网技术研究、IP数通设备方案评测验证等工作。

王志中（1971−），男，中国电信股份有限公司研究院高级工程师，主要从事IP网络架构、技术方案研究等工作。

姜有强（1981−），男，中国电信股份有限公司广东分公司高级工程师，主要从事IP网络的规划、建设、维护以及4G/5G核心网的规划建设工作。

孙嘉琪（1987−），女，中国电信股份有限公司研究院工程师，主要从事IP网络技术研究、新型城域网技术研究等工作。

梁筱斌（1982−），男，中国电信股份有限公司研究院工程师，主要从事IP网络技术研究、2B业务承载方案设计等工作。