IP网络控制器架构与关键技术.docx

?

?

IP网络控制器架构与关键技术

?

?

卢泉梁筱斌尹远阳

【摘?要】

为满足主流运营商新的IP网络运营要求，实现网络运营流程端到端自动化闭环，基于新时期IP网络的业务需求，研究了引入IP网络控制器的必要性、目标架构和关键技术，在此基础上研究了这些关键技术的应用场景，并基于实验室环境验证其有效性。为电信运营商在未来的IP网络管控中提升业务发放和运维效率、降低运维成本提供重要参考。

【关键词】IP网络;控制器;架构;关键技术

0?引言

2019年6月工信部向国内运营商颁发了5G牌照，我国提前一年进入5G时代，云业务的发展，也驱动运营商部署了大量的云专线业务。主流运营商普遍采用IP网络统一承载4G/5G、云专线业务和已有政企专线业务，这给IP网络管控带来了新的需求和挑战。具体包括：

（1）超海量业务智能管控。5G基站密度是LTE的10倍，导致投资和电费成本激增。此外还有大量的云专线和政企业务需要维护。因此，必须确保在不增加运维成本的情况下，实现对超海量业务的集中智能化管理，以保证业务的可持续发展。

（2）解决误配置问题。在超海量业务场景下，工单量激增，更容易出现向设备下发误配置进而引发全网故障的情况。这就要求管控系统具备配置下发预验证和事务处理能力。

（3）需求多样化。不同的业务有不同的SLA，要求管控系统具备实时调整流量转发路径以满足SLA的能力。

目前业界已普遍达成共识，集中式的IP网络SDN控制器，可很好地解决上述不足，满足上述需求[1]。在控制器技术成熟后，还将纳入生产网络的管控系统中，实现IP网络集中自动化管控，使能端到端网络运营流程自动化闭环。本文将对IP网络控制器的架构、关键技术和应用进行探讨。

1??IP网络控制器总体架构

IP网络控制器包含控制服务和数据采集两个子系统。其总体架构如图1所示：

控制服务子系统包含了集中化的IP网络控制功能模块，其关键技术包括NETCONF、YANG模型解析与映射、拓扑收集、路径计算和下发。

数据采集子系统包含了IP网络的数据采集模块，可供控制器的路径计算模块调用，作为路径计算的约束条件。

这些关键技术解决了传统IP网管缺乏集中式的控制平面的不足，下文将进行展开讨论。

2??IP网络控制器关键技术

2.1?NETCONF协议和YANG模型[2-3]

网络配置协议（NETCONF，NetworkConfigurationProtocol）是一种高度标准化、可编程、对网络设备进行配置和管理的协议。控制器可通过NETCONF实现配置的读取、下发和设备状态采集。

NETCONF协议包含传输层、消息层、操作层和内容层。下一代数据模型（YANG，YetAnotherNextGeneration）是一种建模语言，工作在NETCONF协议的内容层，是NETCONF的重要组件，用于描述配置和状态等数据，其描述的业务模型称为YANG模型。

与基于命令行的配置下发、SNMP协议和MIB相比，NETCONF协議和YANG模型具备以下前者不具备的特性：

（1）良好的建模能力和扩展性。

（2）事务管理能力。

（3）数据一致性：用户可独占配置数据的修改权，防止多用户操作冲突。

（4）标准化和兼容性：NETCONF协议和YANG模型遵循IETF标准。如图2所示，运营商根据自身需求在控制器中定义业务YANG模型，控制器根据编排器的资源编排结果，基于业务YANG模型，通过适配插件更新相应设备的YANG实例，通过NETCONF完成配置下发实现配置更新的自动化闭环。

综上所述，NETCONF协议和YANG模型更能满足当前和未来IP网络业务发展需求。

2.2?分段路由[4-5]

控制器要具备集中式路径计算能力，首先要求路由器支持分段路由（SR，SegmentRouting）。SR包括域内SR和跨域SR两类，可用于SR流量工程（SR-TE，SegmentRoutingTrafficEngineering）和SR尽力而为转发（SR-BE，SegmentRoutingBestEffort）[4]。限于篇幅，不再详细介绍。

基于SR-TE，可在头端路由器实现源路由，为客户业务流量提供精准的全局路径调度，保障业务体验。

2.3?BGP-LS协议[6]

全局化的路径优化，必须基于集中式的路径计算。因此，必须具备将完整的域内或跨域拓扑信息同步到一个集中式路径计算实体（PCE，PathComputationElement）的机制。PCE部署在控制器中，控制器和路由器通过携带链路状态的边界网关协议（BGP-LS，BorderGatewayProtocolwithLinkState）建立会话，同步拓扑信息。

与传统路由协议相比，BGP-LS具备以下特性：

（