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Use o Juniper BNG CUPS para o balanceamento de carga e direção de assinantes

RESUMO  Esta seção descreve como o Juniper BNG CUPS usa o direcionamento de assinantes e o balanceamento de carga. Isso inclui uma descrição dos padrões para a rede de acesso de banda larga, uma descrição do direcionamento de sessão de assinantes e balanceamento de carga da Juniper, e requisitos de configuração para orientação de sessão de assinantes e balanceamento de carga.

Visão geral dos padrões

Em uma rede de acesso de banda larga tradicional, os nós de acesso conectam os clientes à rede. Gateways de serviço (como gateways de rede de banda larga) conectam clientes a serviços de rede. Hoje, a conectividade entre o nó de acesso e o gateway de rede de banda larga (BNG) é geralmente muito estática. Os assinantes em um nó de acesso específico geralmente se conectam ao mesmo BNG (também chamado de gateway de serviço). Normalmente, os assinantes fazem alterações nas configurações apenas ao implantar ou atualizar a rede.

No entanto, os requisitos e a arquitetura da rede de acesso de banda larga estão mudando. O mundo está se tornando mais dependente da banda larga, com o trabalho doméstico colocando mais demandas na rede de banda larga. O streaming de vídeo não se trata mais apenas de entretenimento; é uma parte importante de como aprendemos e trabalhamos.

Os serviços de computação de borda e as necessidades do usuário exigem conectividade com gateways de serviços mais próximos do usuário. Essa conectividade reduz a latência entre o usuário e o serviço.

Nós de gateway de serviço, como o BNG, estão evoluindo para se tornarem desagregados. Essa separação das funções de controle das funções do plano do usuário (ou plano de dados) permite mais escalabilidade e flexibilidade. Com os serviços indo mais para a borda, os requisitos de escalabilidade mudam. Exigir mais BNGs ou BNGs menores impulsiona a necessidade de desagregação e escalabilidade horizontal.

Você precisa realizar atividades de manutenção e upgrades com mais frequência para reagir às necessidades do cliente. A virtualização permite novas funções de rede, incluindo a criação de gateways de serviços, atualizações e remoção sob demanda.

Os requisitos do WT-474 Subscriber Session Steering (WT-474) do Fórum de Banda Larga WT-474 padronizam uma rede de acesso de banda larga mais flexível e dinâmica para atender a esses novos requisitos.

Dos requisitos WT-474, "O WT474 é uma arquitetura para permitir decisões dinâmicas em tempo real sobre a colocação de assinantes na rede".

A Figura 1 mostra a arquitetura de orientação de sessão de assinantes WT-474 conforme definido pelos requisitos WT-474.

O número mostra um gateway de rede de banda larga desagregado conforme definido pelo relatório técnico TR-459 Control and User Plane Do Fórum de Banda Larga para um relatório técnico desagregado de BNG (TR-459 ).

Figura 1: Arquitetura de orientação de sessão para assinantes WT-474 WT-474 Subscriber Session Steering Architecture

As cores mais claras denotam os elementos existentes da rede de acesso. O gateway de serviço identifica quaisquer gateways que conectem assinantes aos seus serviços.

Os itens verdes escuros denotam as novas funções-chave listadas abaixo:

  • A função de detecção de sessão de acesso — usada para identificar quando um novo assinante está se conectando à rede.

  • A função de seleção do plano de usuário — responsável por tomar as decisões em tempo real sobre qual gateway de serviço e para o qual os planos de usuário do BNG (BNG User Planes) da Juniper conectam o assinante.

  • A faixa de controle da função de direcionamento de tráfego — responsável pela configuração das funções de direção de tráfego.

  • A função de orientação de tráfego — encaminha o tráfego dos assinantes de e para o plano de usuário BNG identificado.

Como descrito na arquitetura WT474, "Não há nenhum requisito na arquitetura para que essas novas funções sejam implementadas em caixas dedicadas , por exemplo, espera-se que a Função de orientação de tráfego seja simplesmente uma parte integral do nó de acesso existente, ou switches de agregação, e a função de controle de função de direcionamento de tráfego e a função de seleção de plano de usuário podem ser implementadas como software dedicado, ou como parte de um controlador SDN. O objetivo desta arquitetura é padronizar a abordagem, interfaces e modelos de dados para orientação de sessão de modo que ela possa se tornar uma capacidade padrão de uma rede de acesso."

Principais benefícios da direção de assinantes e balanceamento de carga

O Juniper BNG CUPS oferece os principais benefícios operacionais e de diferenciação de serviços.

A seguir estão os benefícios operacionais:

  • Balanceamento de carga ativo de assinantes em planos de usuário BNG em toda a rede

  • Afastando os assinantes perfeitamente dos planos de usuário do BNG que exigem manutenção

  • Habilitando uma abordagem de implantação contínua para atualizações de software

  • Otimizando o consumo de energia movendo assinantes para um número menor de planos de usuários BNG

A seguir estão os benefícios de diferenciação de serviços:

  • Cliente sob demanda conectando-se a locais de serviço de borda que podem então entregar a experiência do usuário final necessária (por exemplo, baixa latência)

  • Mapeamento de tipos de serviço específicos para fatias dedicadas da rede

  • Flexibilidade de experimentar novos recursos sem exigir atualizações de rede inteiras

Visão geral da sessão de assinantes do Juniper BNG CUPS

Conforme descrito na arquitetura WT-474, a função de seleção do plano de usuário em conjunto com a função de direção de tráfego no Controlador BNG CUPS da Juniper (BNG CUPS Controller) coloca as sessões de assinantes com base em características específicas definidas pelo operador.

O direcionamento da sessão de assinantes agrega a função de seleção do plano de usuário e o plano de controle de função de direcionamento de tráfego no módulo de funções de seleção do plano do usuário. O módulo de função de seleção do plano de usuário aciona as colocações do Plano de Usuário BNG do assinante com base nas características específicas definidas pelo operador.

A direção de assinantes do Juniper BNG CUPS oferece um mecanismo de um toque para direcionar o tráfego de um assinante através da rede de acesso ao plano de usuário BNG selecionado (ponto de aplicativo de serviço).

O direcionamento funciona por assinante e serviço usando uma política RADIUS.

Como funciona o direcionamento da sessão de assinantes

O módulo de função de seleção do plano de usuário começa quando um assinante faz login. Este módulo valida que o Plano de Usuário do BNG da Juniper oferece suporte aos serviços do assinante. Se ele não puder oferecer suporte aos serviços do assinante, o login do assinante termina. A função de orientação direciona o assinante para um plano de usuário BNG apropriado.

A seleção da função de seleção do plano de usuário usa o atributo específico do grupo de serviços (VSA) do grupo de serviços do assinante.

Nota:

O grupo de serviços VSA é um novo RADIUS VSA adicionado ao assinante para uso com a função de seleção do plano de usuário.

O módulo de função de seleção do plano de usuário escolhe o Plano de Usuário BNG que hospeda o assinante com base no grupo de serviços RADIUS VSA. (Veja a Figura 2.)

Figura 2: Direção de sessão de assinantes Subscriber Session Steering

O plano de usuário BNG padrão é o plano de usuário BNG de ingresso para os pacotes de controle de login de assinantes. O plano de usuário BNG alvo é onde a função de seleção do plano de usuário coloca o assinante. Dependendo da arquitetura de rede, o plano de usuário BNG padrão e o plano de usuário BNG alvo podem ser o mesmo plano de usuário BNG físico.

Por exemplo, os gateways residenciais podem se conectar à rede de acesso usando VLANs conhecidas de C-TAG e S-TAG. O módulo de função de seleção do plano de usuário implementa o direcionamento de tráfego pela rede de acesso ao plano de usuário BNG adequado. Ele faz isso mapeando as tags VLAN do gateway residencial para o link conectado do nó de acesso correto (por exemplo, pseudowire) que termina no plano de usuário BNG desejado.

O direcionamento da sessão do assinante pressupõe que o gerente de nó de acesso possa se comunicar com o nó de acesso. Além disso, ele pode alterar o mapeamento entre as VLANs do gateway residencial e o nó de acesso ao link conectado BNG User Plane.

Um cluster é um conjunto de planos de usuário BNG que podem atender a um nó de acesso. Um assinante que um nó de acesso termina no cluster. Cada plano de usuário do BNG envia os recursos do plano de usuário para o Controlador BNG CUPS da Juniper. Os recursos incluem o nome do cluster ao qual o Plano de Usuário BNG pertence e o nome do grupo de serviço que o Plano de Usuário BNG oferece suporte.

O BNG CUPS Controller armazena os recursos do Plano de Usuário BNG e envia um evento para o módulo de funções de seleção do plano de usuário. Ao receber este evento, o módulo de função de seleção do plano de usuário escreve esses dados do Plano de Usuário BNG no banco de dados de colocação de funções de seleção do plano de usuário.

A sequência de login do assinante segue as seguintes etapas:

  1. Você configura um plano de usuário BNG com uma lista dos grupos de serviço que ele pode suportar e o nome do cluster ao qual ele pertence.

  2. Ao se conectar ao controlador BNG CUPS, o BNG User Plane oferece uma lista de grupos de serviços e o cluster para o controlador BNG CUPS como recursos.

  3. O aplicativo de colocação leva os recursos do grupo de serviços BNG User Plane e o cluster do BNG CUPS Controller. Em seguida, ele insira os Planos de Usuário BNG em seu banco de dados local.

  4. RADIUS cria um novo grupo de serviços VSA para o assinante que contém o nome do grupo de serviços.

  5. A AAA Service Framework oferece o nome do grupo de serviços do assinante e o identificador BNG User Plane como parte do login do assinante.

  6. O módulo de função de seleção do plano de usuário analisa se o plano de usuário BNG padrão em que o assinante chegou pode dar suporte ao grupo de serviços.

    • Um. Sim — o módulo de função de seleção do plano de usuário envia uma solicitação de login ACK à AAA.

    • B. Não — A decisão vai para o módulo de funções de seleção do plano de usuário.

      1. O módulo de função de seleção do plano de usuário procura um plano de usuário BNG no cluster que oferece suporte ao grupo de serviços necessário.

      2. O módulo de função de seleção do plano de usuário diz ao gerente de nó de acesso para conectar o nó de acesso ao plano de usuário BNG correto para rotear o assinante.

      3. O módulo de função de seleção do plano de usuário envia uma solicitação de login NACK à AAA.

Após a sequência acima ser concluída, o seguinte ocorre: Se um assinante precisar de um serviço que não seja suportado no plano de usuário BNG padrão, o assinante se reconecta e é colocado em um Plano de Usuário BNG que oferece suporte ao grupo de serviços necessário.

Configuração do direcionamento de sessão de assinantes

Considere o seguinte caso de uso: um controlador BNG CUPS gerencia dois planos de usuário BNG (UP-example-1e UP-example-2). Ambos fazem parte do mesmo cluster. O UP-example-1 plano de usuário do BNG pode fornecer apenas serviços de Internet. O UP-example-2 plano de usuário BNG pode fornecer serviços premium com baixa latência, como jogos. Portanto, os assinantes que se conectam UP-example-1 podem obter apenas serviços de Internet, enquanto os assinantes que se conectam UP-example-2 podem obter serviços de jogos.

Você executa a configuração de orientação de sessão de assinantes no plano de usuário do BNG. Os usuários do RADIUS devem ter o novo grupo de serviços VSA definido para o grupo de serviço desejado.

Nos planos de usuário BNG, defina os clusters e grupos de serviços suportados nos planos de usuários do BNG. Os nomes do grupo de serviços configurados nos planos de usuário BNG devem corresponder ao grupo de serviços RADIUS VSA para os usuários.

Para configurar o direcionamento de sessão do assinante, realize o seguinte procedimento nos planos de usuário do BNG:

  1. ParaUP-example-1, definir o cluster chamado example-cluster.
  2. ParaUP-example-2, definir o mesmo cluster.
  3. Configure UP-example-1 para dar suporte ao grupo de service-internet serviços.
  4. Configure UP-example-2 para dar suporte ao grupo de service-gaming serviços.

Comportamento operacional de orientação de sessão de assinantes

Usando o exemplo anterior, assuma que um usuário se inscreve em um serviço de jogos. Além disso, use um VLAN-Tag assinante de 100. Os links entre o nó de acesso e os planos de usuário BNG são pseudowires.

Por exemplo, o link do nó de acesso é UP-example-1 ps0.25. O link do nó de acesso é UP-example-2 ps0.35.

Quando um assinante faz login em UP-example-1 mais de ps0.25, o BNG CUPS Controller recebe o pacote de assinantes e notifica o módulo de função de seleção do plano de usuário. O módulo de função de seleção do plano de usuário analisa se UP-example-1 pode oferecer suporte ao grupo de serviços de jogos . Como UP-example-1 pode oferecer suporte apenas ao grupo de serviços de internet de serviços , o módulo de função de seleção do plano de usuário analisa quais outros Planos de usuário BNG no cluster podem oferecer suporte ao grupo de serviços de jogos de serviço .

O módulo de função de seleção do plano de usuário encontra o plano UP-example-2de usuário BNG, que oferece suporte ao grupo de serviços de jogos de serviço . O módulo de função de seleção do plano de usuário diz ao gerente de nó de acesso para conectar a VLAN-Tag 100 do assinante a este link (pseudowire ps0.35). O gerente de nó de acesso comunica as informações de orientação ao nó de acesso. Assim, durante a próxima tentativa de login do assinante, o assinante é redirecionado para o plano de usuário BNG correto (UP-example-2).

Por último, o módulo de função de seleção do plano de usuário envia um NACK para a AAA Service Framework no BNG CUPS Controller, o que faz com que o assinante faça login novamente. A segunda tentativa de login é redirecionada para o plano de usuário BNG desejado.

Visão geral do balanceamento de carga da sessão do assinante

O balanceamento de carga de sessão de assinantes dá ao operador a capacidade de distribuir cargas de assinantes pelo Plano de Usuário BNG na rede, movendo assinantes de um plano de usuário BNG para outro.

Os casos de uso para orientação com balanceamento de carga se enquadram nos seguintes modelos de acesso à rede:

  • Domínio de broadcast de Camada 2 (L2)

  • Domínio não transmitido (por exemplo, quando a tecnologia L2 subjacente usa pseudowire)

O failover rápido é um caso de uso adicional para balanceamento de carga de sessão de assinantes. O caso de uso rápido de failover ocorre quando a porta de acesso de um plano de usuário BNG cai e os assinantes são reequilibrados para outra porta de acesso no mesmo Plano de Usuário BNG.

O balanceamento de carga de sessão de assinantes no BNG CUPS Controller oferece suporte a uma única família; DHCPv4 e DHCPv6 sobre PPPoE e pilha dupla; DHCPv4 e DHCPv6 por PPPoE.

Como funciona o balanceamento de carga de sessão de assinantes

O balanceamento de carga de sessão de assinantes pressupõe que vários planos de usuário BNG podem receber o primeiro pacote de sinal de vida útil do mesmo gateway residencial. Os primeiros pacotes de sinal de vida podem ser pacotes DHCP discover packets ou PPPoE Active Discovery Initiation (PADI).

O balanceamento de carga de sessão do assinante baseia-se nos dois critérios mutuamente exclusivos:

  • O BNG User Plane reportou carga. O balanceamento de carga no controlador BNG CUPS baseia-se na carga ao vivo relatada pelo plano de usuário do BNG. O plano de usuário do BNG informa a carga ao vivo como uma porcentagem.

  • Peso no perfil dinâmico, que pode ser o peso do conjunto de interface lógica ou do peso do assinante.

Balanceamento de carga de sessão de assinantes baseado em relatório

O balanceamento de carga baseado em relatório é alcançado usando o Elemento de informações do protocolo de controle de encaminhamento de pacotes da Porta Lógica ou IE (conforme descrito no relatório técnico TR-459 ).

Esse mecanismo depende do plano de usuário do BNG enviar relatórios de uso lógicos do protocolo de controle de encaminhamento de pacotes ao controlador BNG CUPS. O balanceamento de carga ocorre em linha no processamento de E/S do pacote de controle, permitindo ou negando o primeiro pacote de sinal de vida útil. O mecanismo de balanceamento de carga compara os candidatos à porta lógica do Plano de Usuário BNG e escolhe aquele com menos uso (menor utilização percentual). A utilização lógica da porta para os candidatos à porta lógica é armazenada no banco de dados de balanceamento de carga.

Balanceamento de carga de sessão de assinantes baseado em peso

O peso pode ser definido de diferentes maneiras, com base em suas necessidades: o peso pode ser largura de banda de assinantes, largura de banda de conjunto de interface lógica ou até mesmo um número de assinantes por conjunto de interface lógica.

O balanceamento de carga baseado em peso compara o peso máximo da porta lógica configurada com o peso computado.

O peso computado é dinâmico e faz o seguinte:

  • Aumenta quando cada item ponderado (assinante ou conjunto de interface lógica) está sendo instanciado.

  • Diminui quando cada item ponderado (assinante ou conjunto de interface lógica) está sendo des instanciado.

  • Compara a porta lógica configurada com o peso máximo para permitir ou negar um assinante nesta porta lógica.

O balanceamento de carga baseado em peso pode funcionar com classe hierárquica de serviço (HCoS) ou de maneira independente.

O balanceamento de carga baseado em peso faz parte da instanciação dinâmica do perfil. O balanceamento de carga baseado em peso tem uma tolerância de um elemento acima do peso máximo configurado.

O balanceamento de carga baseado em peso não usa a carga relatada pela porta lógica do Plano do Usuário BNG. Você ainda pode examinar a carga relatada na porta lógica do Plano de Usuário do BNG. Use os comandos de grupo de balanceamento de carga do sistema show para examinar a carga relatada.

Ao configurar o balanceamento de carga baseado em peso, o plano de usuário do BNG informou que a carga é usada apenas para fins de monitoramento e solução de problemas.

Configurar balanceamento de carga de sessão de assinantes

Considere o caso de uso na Figura 3, onde um controlador BNG CUPS gerencia dois planos de usuário BNG (UP-example-1 e UP-example-3). Ambos podem receber o PADI do mesmo gateway residencial sendo configurados cada um com um pseudowire ativo que transporta o mesmo PADI para ambos os planos de usuário BNG.

Figura 3: Balanceamento de carga combinado com direção de sessão de assinantes Load Balancing Combined with Subscriber Session Steering

Para balanceamento de carga baseado em peso, você usa a configuração de perfil dinâmico para especificar o peso do assinante ou o peso do conjunto de interface lógica.

Para configurar o peso do assinante, execute a seguinte configuração no BNG CUPS Controller:

  1. No controlador BNG CUPS, defina os grupos de balanceamento de carga e o Plano de usuários BNG com portas lógicas.
  2. Configure o peso máximo da porta lógica.
  3. Configure o perfil dinâmico para especificar o peso do assinante ou o peso do conjunto de interface lógica.

    • Configure o peso do assinante.

    • Configure o peso do conjunto de interface lógica.

Comportamento operacional do balanceamento de carga baseado em relatório

Considere o exemplo de um login de assinante PPPoE usando relatórios de carga do BNG User Plane para balanceamento de carga. Neste exemplo, o mesmo PADI que o gateway residencial envia chega tanto ao Plano UP-example-1 de Usuário BNG quanto ao Plano UP-example-3de Usuário BNG.

Além disso, você define o grupo de balanceamento de carga para conter UP-example-1 e UP-example-3 portas lógicas para os pseudowires que transportam o PADI assinante.

Suponha que isso UP-example-1 exceda um limite incremental para o qual existe um limite superior, resultando em UP-example-1 relatar uma porcentagem de carga que não permite mais assinantes.

Como foi mencionado anteriormente, o mesmo PADI que o gateway residencial envia chega em ambos UP-example-1 eUP-example-3. UP-example-3 E UP-example-1 encaminhe o PADI para o controlador BNG CUPS. O BNG CUPS Controller descarta o UP-example-1 PADI e permite que o assinante do PPPoE faça login em UP-example-3.

Você pode usar o seguinte comando de balanceamento show de carga para examinar a carga percentual relatada pelos Planos de Usuário BNG em suas portas lógicas.

Comportamento operacional do balanceamento de carga baseado em peso

Considere o exemplo de um login de assinante PPPoE usando relatórios de carga do BNG User Plane para balanceamento de carga. Neste exemplo, o mesmo PADI que o gateway residencial envia chega tanto ao Plano UP-example-1 de Usuário BNG quanto ao Plano UP-example-3de Usuário BNG.

Considere o exemplo de um login de assinante PPPoE usando peso para balanceamento de carga. Neste exemplo, o PADI enviado pelo gateway residencial chega ao Plano UP-example-1 de Usuário BNG e ao Plano UP-example-3de Usuário BNG.

Neste exemplo, você configura o peso máximo da porta lógica no controlador BNG CUPS. Defina o grupo de balanceamento de carga para conter UP-example-1 e UP-example-3 portas lógicas.

Depois de configurar o peso, você configura o conjunto de interface lógica no perfil dinâmico.

O primeiro assinante de PPPoE que faz login cria o conjunto de interface lógica no plano UP-example-1de usuário do BNG. Cada peso de conjunto de interface lógica é adicionado a um peso computado que deve ser inferior a 10 (o peso máximo da porta lógica).

Após o login do assinante criar o conjunto de interface lógica e colocar o conjunto de interface lógica em um plano de usuário BNG, ele não se move. Todos os assinantes pertencentes a esse conjunto de interface lógica seguem o conjunto de interface lógica (colocado no mesmo plano de usuário BNG que seu conjunto de interface lógica correspondente).

Depois disso, cada novo PADI vindo para este conjunto de interface lógica é colocado no plano UP-example-1 de usuário do BNG e caiu do plano UP-example-3de usuário do BNG.

Como assinantes de um novo login de conjunto de interface lógica, o novo peso do conjunto de interface lógica é adicionado ao peso computado e comparado ao peso máximo. Quando o peso computado é maior do que o peso máximo, o novo conjunto de interface lógica não é mais colocado no plano UP-example-1de usuário do BNG. Em vez disso, o conjunto de interface lógica é colocado no plano UP-example-3de usuário do BNG.

Comportamento operacional da direção de sessão de assinantes e balanceamento de carga combinados

O caso de uso mais flexível e poderoso é quando você obtém todos os benefícios do balanceamento de carga de rede e da diferenciação de serviços juntos em uma topologia.

Na Figura 3, você aprende sobre este caso de uso: se os planos de usuário BNG pertencerem ao mesmo cluster, você pode orientar os assinantes com base em diferentes requisitos de serviço entre VLAN A e VLAN B (por exemplo, internet no Plano de UP-example-1 usuário BNG ou jogos no plano UP-example-2de usuário BNG ). Você também pode carregar assinantes de balanceamento no VLAN A entre o plano UP-example-1 de usuário BNG e o plano de UP-example-3usuário.