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使用瞻博网络 BNG CUPS 进行订阅者切换和负载平衡

总结 本节介绍瞻博网络 BNG CUPS 如何使用订阅者定向和负载平衡。其中包括宽带接入网络标准说明、瞻博网络订阅者会话定向和负载平衡的说明,以及订阅者会话切换和负载平衡的配置要求。

标准概述

在传统的宽带接入网络中,接入节点将客户连接到网络。服务网关(如宽带网络网关)将客户连接到网络服务。如今,接入节点与宽带网络网关 (BNG) 之间的连接通常非常静态。特定接入节点上的订阅者通常连接到同一 BNG(也称为服务网关)。通常,订阅者仅在部署或升级网络时才更改配置。

但是,宽带接入网络的要求和架构瞬息万变。世界越来越依赖于宽带,家庭办公对宽带网络提出了更多要求。视频流不再仅涉及娱乐;这是我们学习和工作方式的重要组成部分。

边缘计算服务和用户需求需要连接到更贴近用户的服务网关。这种连接减少了用户与服务之间的延迟。

BNG 等服务网关节点正在演变为分解。这种将控制功能与用户平面(或数据平面)功能分离,可以提高可扩展性和灵活性。随着服务进一步向边缘迁移,可扩展性要求也随之变化。需要更多BNG 或更小的BNG 推动了对分解和横向扩展的需求。

您需要更频繁地执行维护活动和升级来响应客户需求。虚拟化支持新的网络功能,包括按需创建、升级和移除服务网关。

宽带论坛 WT-474 订阅者会话定向 (WT-474) 要求标准化更灵活、更动态的宽带接入网络,以满足这些新要求。

根据 WT-474 的要求,“WT474 是一种架构,可就用户在网络中的位置做出动态的实时决策。”

图 1 显示了按照 WT-474 要求定义的 WT-474 订阅者会话切换架构。

该图显示了宽带论坛的 TR-459 控制和用户平面分离为分解的 BNG (TR-459) 技术报告定义的分解宽带网络网关。

图 1:WT-474 订阅者会话切换架构 WT-474 Subscriber Session Steering Architecture

较浅的颜色表示接入网络的现有元素。服务网关可识别将订阅者连接到其服务的任何网关。

深绿色项表示下面列出的新关键功能:

  • 访问会话检测功能 — 用于识别新订阅者何时连接到网络。

  • 用户平面选择功能 — 负责实时制定服务网关决策,以及将订阅者连接到哪个瞻博网络 BNG 用户平面 (BNG 用户平面)。

  • 流量定向功能控制通道 — 负责流量定向功能的配置。

  • 流量定向功能 — 将订户的流量转发至和转发至标识的 BNG 用户平面。

如 WT474 架构所述,“在架构中,无需在专用设备中实施这些新功能,例如,流量引导功能有望成为现有接入节点或聚合交换机中不可或缺的一部分,而流量定向功能控制平面和用户平面选择功能可能作为专用软件实施, 或作为 SDN 控制器的一部分。此架构的目的是标准化用于会话切换的方法、接口和数据模型,使其成为接入网络的标准功能。”

订阅者切换和负载平衡的主要优势

瞻博网络 BNG CUPS 提供关键运维和服务差异化优势。

以下操作优势:

  • 通过网络对 BNG 用户平面上的订阅者进行主动负载平衡

  • 将订阅者无缝移离需要维护的 BNG 用户平面

  • 支持持续部署软件升级方法

  • 通过将订阅者迁移到更少的 BNG 用户平面来优化功耗

以下服务差异化优势:

  • 客户按需连接到边缘服务位置,然后提供所需的最终用户体验(例如,低延迟)

  • 将特定服务类型映射到网络的专用切片

  • 在无需进行整个网络升级的情况下尝试新功能的灵活性

瞻博网络 BNG CUPS 订阅者会话切换概述

如 WT-474 架构中所述,用户平面选择功能与瞻博网络 BNG CUPS 控制器 (BNG CUPS 控制器) 上的流量定向功能一起,基于特定运营商定义的特性放置订阅者会话。

订阅者会话定向将用户平面选择功能和流量定向功能控制平面聚合到用户平面选择功能模块中。用户平面选择功能模块根据特定操作员定义的特性触发订阅者 BNG 用户平面放置。

瞻博网络 BNG CUPS 订阅者定向提供了一键式机制,用于通过接入网络将订阅者的流量引导至选定的 BNG 用户平面(服务应用点)。

定向可使用 RADIUS 策略为每个订阅者和服务工作。

订阅者会话切换的工作原理

用户平面选择功能模块在订阅者登录时开始。此模块验证瞻博网络 BNG 用户平面是否支持订阅者的服务。如果无法支持订阅者的服务,则订阅者的登录将终止。然后,切换功能会将订阅者定向到适当的 BNG 用户平面。

用户平面选择功能选择使用订阅者的服务组特定于供应商的属性 (VSA)。

注意:

服务组 VSA 是添加到订阅者中的新 RADIUS VSA,用于用户平面选择功能。

用户平面选择功能模块选择基于 RADIUS 服务组 VSA 托管订阅者的 BNG 用户平面。(请参阅 图 2.)

图 2:订阅者会话切换 Subscriber Session Steering

默认 BNG 用户平面是订阅者登录控制数据包的入口 BNG 用户平面。目标 BNG 用户平面是用户平面选择功能放置订阅者的位置。默认 BNG 用户平面和目标 BNG 用户平面可能与物理 BNG 用户平面相同,具体取决于网络架构。

例如,住宅网关可以使用已知的 C-TAG 和 S-TAG VLAN 连接到接入网络。用户平面选择功能模块实施通过接入网络的流量定向到正确的 BNG 用户平面。它通过将住宅网关的 VLAN 标记映射到以所需 BNG 用户平面结束的正确接入节点连接链路(例如伪线)来实现此目标。

订阅者会话定向假设访问节点管理器可与访问节点通信。此外,它还可以将住宅网关的 VLAN 与接入节点之间的映射更改为 BNG 用户平面连接链路。

群集是一组可为接入节点提供服务的 BNG 用户平面。访问节点服务在集群结束的订阅者。每个 BNG 用户平面都会将用户平面功能发送至瞻博网络 BNG CUPS 控制器。这些功能包括 BNG 用户平面所属的群集名称和 BNG 用户平面支持的服务组的名称。

BNG CUPS 控制器存储 BNG 用户平面功能,并将事件发送至用户平面选择功能模块。收到此事件后,用户平面选择功能模块将此 BNG 用户平面数据写入用户平面选择功能放置数据库。

订阅者登录顺序通过以下步骤进行:

  1. 您可配置 BNG 用户平面,其中包含可支持的服务组列表及其所属群集的名称。

  2. 连接到 BNG CUPS 控制器时,BNG 用户平面会向 BNG CUPS 控制器提供服务组和群集列表作为功能。

  3. 放置应用程序从 BNG CUPS 控制器采用 BNG 用户平面服务组功能和群集。然后,它将 BNG 用户平面输入其本地数据库。

  4. RADIUS 为包含服务组名称的订阅者创建新服务组 VSA。

  5. AAA 服务框架将订阅者的服务组名称和 BNG 用户平面标识符作为订阅者登录的一部分。

  6. 用户平面选择功能模块查找订阅者到达的默认 BNG 用户平面是否可支持服务组。

    • A.是 — 用户平面选择功能模块将 ACK 登录请求发送至 AAA。

    • B。否 — 此决定会进入用户平面选择功能模块。

      1. 用户平面选择功能模块在集群中查找支持所需服务组的 BNG 用户平面。

      2. 用户平面选择功能模块告知访问节点管理器将接入节点连接到正确的 BNG 用户平面,以便将用户路由到。

      3. 用户平面选择功能模块将 NACK 登录请求发送至 AAA。

完成上述顺序后,将发生以下情况:如果订阅者需要默认 BNG 用户平面上不受支持的服务,则订阅者将重新连接并置于支持所需服务组的 BNG 用户平面上。

配置订阅者会话切换

考虑以下用例:BNG CUPS 控制器管理两个 BNG 用户平面(UP-example-1UP-example-2)。它们都是同一群集的一部分。 UP-example-1 BNG 用户平面只能提供互联网服务。 UP-example-2 BNG 用户平面可以提供低延迟的高级服务,例如游戏。因此,连接到的 UP-example-1 订阅者只能获得互联网服务,而连接到的 UP-example-2 订阅者可以获得游戏服务。

您可在 BNG 用户平面上执行订阅者会话切换配置。RADIUS 用户必须将新服务组 VSA 设置到所需的服务组。

在 BNG 用户平面上,定义 BNG 用户平面上支持的群集和服务组。您在 BNG 用户平面上配置的服务组名称必须与用户的 RADIUS 服务组 VSA 匹配。

要配置订阅者会话切换,请在 BNG 用户平面上执行以下过程:

  1. 对于 UP-example-1, 定义名为 example-cluster的群集。
  2. 对于 UP-example-2,定义同一群集。
  3. 配置UP-example-1为支持service-internet服务组。
  4. 配置UP-example-2为支持service-gaming服务组。

订阅者会话切换操作行为

使用上一个示例,假设用户订阅游戏服务。此外,使用 100 的订阅者 VLAN 标记。接入节点与 BNG 用户平面之间的链路属于伪线。

例如,从接入节点到 UP-example-1 的链路为 ps0.25。接入节点到 UP-example-2 ps0.35 的链路。

当订阅者登录到 UP-example-1 ps0.25 以上时,BNG CUPS 控制器将接收订阅者数据包,并通知用户平面选择功能模块。用户平面选择功能模块查找是否 UP-example-1 可支持 服务游戏 服务组。由于 UP-example-1 只能支持 服务互联网 服务组,因此用户平面选择功能模块可查找集群中其他 BNG 用户平面可支持 服务游戏 服务组。

用户平面选择功能模块找到支持服务游戏服务组的 BNG 用户平面UP-example-2。用户平面选择功能模块然后告诉访问节点管理器将订阅者的 VLAN-Tag 100 交叉连接到此链路 (伪线 ps0.35)。接入节点管理器将引导信息传递至接入节点。因此,在订阅者的下一次登录尝试中,订阅者将重定向到正确的 BNG 用户平面 (UP-example-2)。

最后,用户平面选择功能模块将 NACK 发送至 BNG CUPS 控制器上的 AAA 服务框架,从而使订阅者再次登录。第二次登录尝试重定向到所需的 BNG 用户平面。

订阅者会话负载平衡概述

订阅者会话负载平衡使操作人员能够通过网络中的 BNG 用户平面分配订阅者负载,方法是将订阅者从一个 BNG 用户平面移至另一个。

控制负载平衡的用例属于以下网络接入模式:

  • 第 2 层 (L2) 广播域

  • 非广播域(例如,当底层 L2 技术使用伪线时)

快速故障转移是订阅者会话负载平衡的附加用例。当 BNG 用户平面的访问端口关闭,订阅者重新平衡到同一 BNG 用户平面上的另一个访问端口时,就会出现快速故障转移用例。

BNG CUPS 控制器中的订阅者会话负载平衡支持单系列;PPPoE 上的 DHCPv4 和 DHCPv6,以及双堆栈;PPPoE 上的 DHCPv4 和 DHCPv6。

订阅者会话负载平衡的工作原理

订阅者会话负载平衡假设多个 BNG 用户平面可以接收同一个住宅网关的第一个生命标志数据包。生命象征数据包可以是 DHCP 发现数据包或 PPPoE 主动发现初始化 (PADI) 数据包。

订阅者会话负载平衡基于以下两个相互排斥的标准:

  • BNG 用户平面报告负载。BNG CUPS 控制器上的负载平衡基于 BNG 用户平面报告的实时负载。BNG 用户平面按百分比报告实时负载。

  • 动态配置文件中的重量,可为逻辑接口设置重量或订阅者权重。

基于报告的订阅者会话负载平衡

使用逻辑端口数据包转发控制协议信息元素或 IE 实现基于报告的负载平衡(如 TR-459 技术报告所述)。

此机制取决于将数据包转发控制协议逻辑端口使用报告发送至 BNG CUPS 控制器的 BNG 用户平面。通过允许或拒绝第一个生命迹象数据包,在控制数据包 I/O 处理中发生负载平衡。负载平衡机制比较 BNG 用户平面逻辑端口候选者,并选择使用较少(利用率最低)的端口。逻辑端口候选方的逻辑端口利用率存储在负载平衡数据库中。

基于重量的订阅者会话负载平衡

重量可以根据您的需求以不同方式定义:重量可以是订阅者带宽、逻辑接口集带宽,或者是每个逻辑接口集的订户数。

基于重量的负载平衡将配置的逻辑端口最大重量与计算的重量进行比较。

计算重量为动态,执行以下操作:

  • 在实例化每个加权项目(订阅者或逻辑接口集)时增加。

  • 对每个加权项目(订阅者或逻辑接口集)进行去实例化时,减速。

  • 比较配置的最大权重以允许或拒绝此逻辑端口上的用户的逻辑端口。

基于重量的负载平衡可与层次化服务等级 (HCoS) 或独立工作。

基于重量的负载平衡是动态配置文件实例化的一部分。基于重量的负载平衡对一个元素的容差高于配置的最大重量。

基于重量的负载平衡不使用 BNG 用户平面逻辑端口报告的负载。您仍然可以从 BNG 用户平面逻辑端口检查报告的负载。使用 show system subscriber load balancing group 命令检查报告的负载。

配置基于重量的负载平衡时,BNG 用户平面报告的负载仅用于监控目的和故障排除。

配置订阅者会话负载平衡

考虑 图 3 中的用例,其中 BNG CUPS 控制器管理两个 BNG 用户平面 (UP-example-1UP-example-3)。他们两个都可以通过一个活动伪线进行配置,将相同的 PADI 承载到两个 BNG 用户平面,从而接收同一个住宅网关的 PADI。

图 3:负载平衡与订阅者会话切换 Load Balancing Combined with Subscriber Session Steering相结合

要实现基于重量的负载平衡,请使用动态配置文件配置指定订阅者重量或逻辑接口集重量。

要配置订阅者重量,请在 BNG CUPS 控制器上执行以下配置:

  1. 在 BNG CUPS 控制器上,使用逻辑端口定义负载平衡组和 BNG 用户平面。
  2. 配置逻辑端口最大重量。
  3. 配置动态配置文件以指定订阅者的重量或逻辑接口集重量。
    • 配置订阅者的重量。

    • 配置逻辑接口集重量。

基于报告的负载平衡操作行为

请考虑使用 BNG 用户平面负载报告进行负载平衡的 PPPoE 订阅者登录示例。在此示例中,住宅网关发送的同一 PADI 同时到达 BNG 用户平面 UP-example-1 和 BNG 用户平面 UP-example-3

此外,还可定义负载平衡组,以将负载端口和UP-example-3逻辑端口包含UP-example-1到承载订阅者 PADI 的伪线。

假设超过 UP-example-1 存在上限的增量阈值,从而 UP-example-1 报告不允许更多订阅者的负载百分比。

如前所述,住宅网关发送的同一PADI同时到达UP-example-1UP-example-3UP-example-3同时UP-example-1将 PADI 转发至 BNG CUPS 控制器。BNG CUPS 控制器丢弃 UP-example-1 PADI,允许 PPPoE 订阅者登录UP-example-3

您可以使用以下负载平衡 show 命令检查 BNG 用户平面报告的逻辑端口负载百分比。

基于重量的负载平衡操作行为

请考虑使用 BNG 用户平面负载报告进行负载平衡的 PPPoE 订阅者登录示例。在此示例中,住宅网关发送的同一 PADI 同时到达 BNG 用户平面 UP-example-1 和 BNG 用户平面 UP-example-3

请考虑使用权重进行负载平衡的 PPPoE 订阅者登录示例。在此示例中,住宅网关发送的 PADI 同时到达 BNG 用户平面 UP-example-1 和 BNG 用户平面 UP-example-3

在此示例中,您可在 BNG CUPS 控制器上配置逻辑端口的最大权重。定义负载平衡组以包含 UP-example-1UP-example-3 逻辑端口。

配置重量后,配置动态配置文件中的逻辑接口集。

登录的第一个 PPPoE 订阅者会在 BNG 用户平面 UP-example-1上创建逻辑接口集。每个逻辑接口设置的权重加在必须小于 10(最大逻辑端口重量)的计算重量中。

用户登录后,创建逻辑接口集并将逻辑接口集放置在 BNG 用户平面上,不会移动。属于该逻辑接口集的所有订阅者均遵循逻辑接口集(与相应的逻辑接口集放置在同一 BNG 用户平面上)。

之后,用于此逻辑接口集的每一个新的 PADI 都放置在 BNG 用户平面 UP-example-1 上,并从 BNG 用户平面 UP-example-3上丢弃。

作为新逻辑接口集登录的订阅者,将向计算权重添加新的逻辑接口集权重,并与最大权重进行比较。计算重量大于最大重量时,新的逻辑接口集将不再放置在 BNG 用户平面 UP-example-1上。相反,逻辑接口集放置在 BNG 用户平面 UP-example-3上。

订阅者会话切换和负载平衡的操作行为相结合

最灵活、最强大的用例是在一个拓扑中一起获得网络负载平衡和服务差异的所有优势时。

图 3 中,您了解此用例:如果 BNG 用户平面属于同一群集,您可以根据 VLAN A 和 VLAN B 之间的不同服务要求来引导订阅者(例如,BNG 用户平面UP-example-1上的互联网或 BNG 用户平面UP-example-2上的游戏)。您还可以在 BNG 用户平面和用户平面UP-example-1UP-example-3之间的 VLAN A 上加载平衡订阅者。