リファレンス アーキテクチャのコンポーネント
エッジでの要素とサービスの統合を可能にするブロードバンドエッジ設計のアーキテクチャ要素には、ネットワーク設計の要素、レガシーおよび最新のアクセスプロトコルのサポート、メトロ/アグリゲーションネットワークとのシームレスな相互運用性が含まれます。
このセクションでは、アクセスレイヤーからブロードバンドエッジに至るこれらの各領域に触れ、より効率的な運用とコスト削減を実現するために設計を最適化できる重要な領域について説明します。この概要では、大規模なブロードバンド ネットワークにおけるアーキテクチャ設計上の考慮事項の重要なポイントをまとめています。
リファレンスアーキテクチャのコンポーネントについては、以下のセクションで説明します。
コンポーネントの概要
ブロードバンドエッジは、 図1に示すように、運用と設定のいくつかの層に分かれています。ホームネットワーク層とアクセス層は、ブロードバンドネットワークへの加入者のエントリーポイントを提供します。アグリゲーション層は、トランスポート効率を高めるために、加入者を単一のリンクまたはリンクのグループに多重化するのに役立ちます。ブロードバンドエッジは、サービスのプロビジョニングの多くが行われるネットワーク階層です。加入者はネットワークのこの層で区別され、承認されたサービスに基づいてサービス プロファイルに割り当てられます。通常、この区別は、ブロードバンドネットワークゲートウェイ(BNG)とRADIUSサーバー間の交換を通じて実現され、加入者ごとに動的にサービスを認証して有効にします。コアはトランスポートを提供し、さまざまなリソースがコンテンツ(プロバイダデータセンター、ビデオヘッドエンドなど)を提供します。
ジュニパーネットワークスのブロードバンドネットワークリファレンスアーキテクチャは、分散型、集中型、およびハイブリッドBNG導入モデルをサポートします。
ホームおよびアクセスネットワーク
ホームネットワークは、家庭内の加入者がブロードバンドエクスペリエンスをコントロールするポイントとして機能します。住宅加入者は、多くの場合、マルチプレイ(またはトリプルプレイ)サービスと呼ばれるものに組み合わされるいくつかのサービス製品を購入します。これらのサービスには、多くの場合、高速インターネット、ボイスオーバーIP(VoIP)、インターネットプロトコルテレビ(IPTV)、およびビデオオンデマンド(VoD)が含まれます。ホーム ネットワーク デバイスには、次のものが含まれます。
ブロードバンドモデム:イーサネットまたは同軸、パッシブ光ネットワーク(PON)光ネットワーク端末/光ネットワークユニット(ONT/ONU)、またはDSLとして終端する、ブロードバンドネットワークへの境界線。これはケーブル/DSL/PONモデムです。
住宅用顧客構内機器(CPE)ルーター:これはホームルーター、または住宅用ゲートウェイです。
Wi-Fiアクセスポイント:住宅ユーザーは、組み込みのWi-Fiまたは個別のアクセスポイントを利用して、スマートフォン、プリンター、ゲーム機、その他の電化製品などのホームクライアントにワイヤレスアクセスを提供します。Wi-Fiアクセス機能は、多くの場合、ホームCPEルーティングゲートウェイに統合されています。
ホーム ネットワークのクライアント: ブロードバンド サービスを使用する家庭内のデバイス。これらには、いくつか例を挙げると、家庭用コンピューター、セットトップボックス、プリンター、ゲーム機、DVR、メディアプレーヤー、ビデオカメラが含まれます。このリストは拡大し続けています。
ホーム ネットワークはアクセス ネットワークに接続します。ブロードバンドアクセスには、デジタル加入者線(DSL)、ケーブルアクセス、パッシブ光ネットワーク(PON)など、多くのブロードバンドアクセス技術が存在します。アクセスネットワークの主な機能は、アグリゲーションネットワークを介して、サービス提供のために複数の加入者(数百または数千)をブロードバンドエッジに多重化および逆多重化することです。
加入者は、アクセスプロトコルを介してネットワークにアクセスします。従来、加入者のアクセスを許可するためにPPPoE(Point-to-Point Protocol over Ethernet)が採用されてきましたが、現在のモデルは、一般的に動的ホスト構成プロトコル(DHCP)に依存するIPoE(Internet Protocol over Ethernet)にますます傾いています。PPPoE と IPoE/DHCP はどちらもブロードバンド フォーラムによって承認されています。WANに接続するインターフェイスの図 2 を参照してください。
におけるWAN向けIPインターフェイス
トランスポート メカニズムは、加入者とサービス間のセッションの確立を支援します。トランスポートメカニズムにより、物理リンクとセッションの確立、認証、許可、ユーザーの識別、ネットワーク監視など、ブロードバンドネットワークのいくつかの重要な機能が可能になります。その後、セッションを使用して、ネットワークへの加入者接続を管理できます。
今日ではPPPoEとIPoEの両方が使用されていますが、将来を見据えた設計で使用される方法は、簡単に実装できるため、IPoEです。
アクセスネットワークでは、各加入者がブロードバンドネットワークへの個別の回線(接続)を持っています。ある時点で、これらの加入者はすべて、加入先のサービスとの間のトランスポートのために、単一のサービス集約ポイント(単一のデバイスまたはデバイスのクラスタ)に収束する必要があります。トラフィックは、加入者トラフィック間の分離を維持しながら、単一のトランスポートに集約する必要があります。これは、アクセスレイヤーの仮想LAN(VLAN)アグリゲーションを使用して行われます。VLAN の設計にはいくつかの選択肢があります。サービスVLAN(S-VLAN)は、サービスごとに専用のVLANを提供します。このモデルでは、複数の加入者が個々のVLANを共有します(たとえば、ビデオ加入者は1つのIPTV VLANからビデオサービスを受信します)。カスタマーVLAN(C-VLAN)では、個々の加入者または世帯ごとに専用のVLANを使用します。 これは、図 3 に示すように、各 VLAN が 1 人の顧客に関連付けられているため、1:1 モデルと呼ばれることがよくあります。
の比較
このソリューションアーキテクチャのアグリゲーションネットワークは、1:1のC-VLANモデルを想定しています。外側のVLANタグはアクセスノードからのすべてのトラフィックを表し、内側のVLANタグは各加入者の世帯を表しています。この設計により、ブロードバンドエッジで加入者の規模を最適化することができます。
ユーザー トラフィックを集約するための VLAN タイプのプロビジョニングには、さまざまな方法があります。帯域幅の要件によって、C-VLANとS-VLANの両方を展開する必要があることがよくありますが、ジュニパーネットワークスのブロードバンドエッジソリューションアーキテクチャは両方をサポートしています。最新のマルチプレイネットワークは幅広いサービスと帯域幅の要件があるため、ハイブリッドVLAN(H-VLAN)アーキテクチャを実装して、リアルタイムのメディアとインターネットトラフィックを最適化することをお勧めします。
アグリゲーションネットワーク
ブロードバンドエッジへの最適なトランスポートのために、さまざまなアクセスノードがより少ない接続に集約されることがよくあります。集計にはいくつかの方法があります。場合によっては、アクセスノード(DSLAM、OLTなど)をブロードバンドエッジに直接接続することが理にかなっています。各アクセスノードがアグリゲーションノードに冗長的に接続されるデュアルホームトポロジーも使用できます。アグリゲーションノード自体は、フルメッシュまたは部分メッシュとして接続され、各アグリゲーションルーター間には複数の接続が存在します。最後に、リングトポロジーを採用することができます。リングトポロジーでは、アグリゲーションノードはリング内で互いに冗長的に接続され、左右の冗長パスを形成します。一部のアクセス/アグリゲーション設計では、光リングとDWDM(高密度波長分割多重方式)技術が採用されています。この設計では、アクセス ノードは光リングに直接集約されます。推奨されるトポロジーは、コストと耐障害性のニーズによって決まりますが、リングトポロジーは冗長性とコスト最適化の最適な組み合わせを提供し、トラフィックに冗長なパスを提供し、相互接続を減らします。シンプルさに重点を置くことで、効果的なアグリゲーションネットワークの設計が推進されます。このネットワーク層は、エッジネットワークへの加入者を集約することしか目的としないためです。ジュニパーネットワークスのブロードバンドエッジソリューションは、これらのアグリゲーションオプションすべてに対応しています。
エッジ ネットワーク
リファレンス・アーキテクチャの機能の多くが発生するのはブロードバンド・エッジです。ブロードバンドエッジは、BNGを使用して、セッションおよび回線アグリゲーション、認証/許可/アカウンティング(AAA)、ポリシーおよびトラフィック管理機能などの加入者管理を実行するために使用されるネットワークの層です。また、BNGはアドレッシングとサービス接続を管理し、個々の加入者との間のトラフィックの多重化と逆多重化を処理します。
このセクションは、次のサブセクションで構成されています。
ブロードバンドネットワークゲートウェイ
設計上の重要な考慮事項は、ネットワーク内のBNGの配置です。これらは、サービスのアクティブ化と接続を最適化する方法で配置する必要があります。集中型BNGモデルでは、BNGはコアネットワークに近いポイントオブプレゼンス(POP)に配置されます。分散モデルでは、CO内のBNGは加入者のかなり近くに配置されます。ハイブリッドモデルでは、BNGは、加入者密度とサービス提供オフィスからの帯域幅の要件に応じて、加入者の近くとPOPに配置されます。これら 3 つのモデルを 図 4 に示します。推奨されるエッジ アーキテクチャはハイブリッド モデルです。ハイブリッド モデルでは、柔軟性とサービスへの影響を最適に組み合わせることができ、分散型モデルや集中型モデルよりもサービス フットプリントとトラフィック負荷の両方に合わせて簡単に調整できます。いずれにしても、ジュニパーネットワークスのブロードバンドエッジソリューションアーキテクチャとMXシリーズBNGは、これらのオプションすべてに対応しています。
これらのモデルにはそれぞれトレードオフがあります。分散型BNGモデルでは、より多くのBNGが必要になるためデバイス数が増加しますが、分散型BNGはプリアグリゲーションルーターとして機能し、アグリゲーション層への相互接続が最小限に抑えられるため、コストをいくらか軽減することができます。集中型BNGモデルでは、ネットワークエッジに必要なデバイスが少なくなります。ただし、この方法では、アグリゲーション レイヤーのコストが高くなる可能性があります。集中型BNGと分散型BNGを混在させるハイブリッドBNGモデルの主な利点は、柔軟性です。ハイブリッドモデルにより、加入者密度の低い地域や新しい市場で中央BNGを効率的に採用することができます。高密度のエリアでは、分散型BNGを使用できます。ハイブリッドアーキテクチャのもう1つの価値は、特にシームレスなMPLSが関係する場合、終了するサービスに最も適した場所にサービスエッジを配置できることです。これにより、まったく同じインフラストラクチャ上の異なるモデルの異なるサービスを終端する可能性のある統一されたメトロアーキテクチャを提供できます。例えば、集中型BNGではコアの非常に近いところで高速インターネットアクセスを終端することが望ましいかもしれませんが、IPTV、VoD、VoIPなど、非常に厳しいレイテンシと高帯域幅の要件を持つサービスは分散BNGで終端して、プロバイダネットワーク上の適切なリソースに直接配信することができます。ジュニパーネットワークスMXシリーズ3Dユニバーサルエッジルーターポートフォリオは、これらすべてのモデルに対応しています。さらに、ネットワーク統合を可能にするモバイルサービスやビジネスサービスもサポートします。
論理インターフェイス
BNGは、論理インターフェイスを使用して加入者の接続を追跡します。論理インターフェイスを使用すると、加入者ごとのサービスフィルターやサービス品質(QoS)ポリシーなどのポリシーおよび制御機能を割り当てるためのハンドルまたはアンカーが提供されます。加入者の論理インターフェイスは、通常、認証と許可が正常に行われた後に作成されます。論理インターフェイスは、ラインカードレベルとプラットフォームレベルの両方で限られたリソースであるため、加入者をBNGで終端する方法は、BNGの拡張性の面で影響を及ぼします。
スケール テストの結果は、テスト対象の構成に大きく依存します。ルートのスケール、フィルターのタイプと数値、アカウンティングと統計、ポリシー/QoS などの変数が、スケーリングの結果に影響を与える可能性があります。お客様の構成を検証し、達成可能なスケーリングのベンチマークを行うために、ラボおよび概念実証テストを強くお勧めします。
ジュニパーネットワークスのブロードバンドエッジソリューションは、VLANデマルチプレクスアクセスモデルを採用しており、スタックの実装やアクセス側の設定に関係なく、単一の論理インターフェイスが使用されます。 表 1 に、さまざまなアクセス モデルの違いを示します。
VLAN アーキテクチャ |
アクセスプロトコル |
BNG の設定 |
論理インターフェイス タイプ |
IP アドレスの送信元 |
Aaa |
|---|---|---|---|---|---|
顧客 VLAN |
IPoE |
DHCP ローカル サーバー |
Vlan |
ローカル プールまたは RADIUS |
VLANおよび/またはDHCP |
DHCP リレー |
Vlan |
外部 DHCP サーバー |
VLANおよび/またはDHCP |
||
Pppoe |
PPPoE ローカル サーバー |
Ppp |
ローカル プールまたは RADIUS |
VLANおよび/またはDHCP |
|
PPP リレー(L2TP LAC) |
L2TPセッション |
— |
VLANおよび/またはDHCP |
||
共有 VLAN |
IPoE |
DHCP ローカル サーバー |
IP デモックスまたは ACI セット VLAN |
ローカル プールまたは RADIUS |
VLANおよび/またはDHCP |
DHCP リレー |
IP デモックスまたは ACI セット VLAN |
外部 DHCP サーバー |
VLANおよび/またはDHCP |
||
Pppoe |
PPPoE ローカル サーバー |
Ppp |
ローカル プールまたは RADIUS |
VLANおよび/またはDHCP |
|
PPP リレー(L2TP LAC) |
L2TPセッション |
— |
VLANおよび/またはDHCP |
DHCP の機能拡張
エッジでのサービス統合を可能にするブロードバンドエッジ設計のアーキテクチャ要素には、ネットワーク設計、レガシーおよび現在のアクセスプロトコルのサポート、およびアグリゲーションネットワークとの相互運用性が含まれます。新しいエッジアーキテクチャの要件の1つは、ネットワークのアクセスレイヤーから始めて、PPPoEやIPoE/DHCPなどのアクセスプロトコルの混在をサポートすることです。
加入者を識別して適切なサービスに接続するネットワークの能力には、ユーザーの識別、ユーザーの認証と許可、論理インターフェイスを介したセッションの確立が含まれます。従来のブロードバンドネットワークでは、これらのアクションはPPPoEを使用して実行されていました。現在、プロバイダーは、特に音声およびビデオサービスにおいて、IPoE(DHCPに依存する)の使用に向かっています。 図2を参照してください。
IPoE には、PPPoE が本質的にサポートする重要な側面 (IP セッション監視とキープアライブ メカニズム) が 1 つ欠けていますが、ブロードバンド プロバイダーと加入者にとってメリットがあり、場合によっては適切な代替手段となります。 ブロードバンドフォーラムTR-146加入者セッション は、詳細については良いリファレンスです。DHCPの普及は、家庭向けとビジネス向けのエッジネットワークを単一のユニバーサルエッジに統合する必要性によっても推進されていることに注意することが重要です。その意欲に照らして、家庭と企業の両方の加入者を処理するためのDHCPのサポートは不可欠です。
ジュニパーネットワークスのブロードバンドエッジソリューションには、DHCP固有の幅広い機能強化が組み込まれており、すでに説明したDHCPの課題の多くを解決します。
IPoE/DHCPセッション監視および高速セッションリカバリ
AAA/RADIUSおよびポリシーレイヤーとのDHCPセッション統合(ポリシーおよび課金ルール機能(PCRF)やRADIUS Change of Authorization(CoA)など)
DHCP制御メッセージにエンコードされた加入者アクセスループ情報の処理
DHCPローカルサーバー、DHCPリレー、DHCPプロキシなどの複数アドレス管理導入モデル
また、ジュニパーネットワークスのブロードバンドエッジソリューションは、PPPoEとDHCPベースの加入者接続の同時サポートも維持しています。 図 5に、Junos OS DHCP 認証機能のパケット フローを示します。
サービス提供ポイント
アーキテクチャ要素と設計上の考慮事項のもう1つに、ブロードバンドネットワーク内のサービス提供ポイントの配置があります。シングルエッジまたはマルチエッジのアーキテクチャを使用でき、ステートフルな冗長性のために、バーチャルシャーシ設計を採用することができます。
マルチエッジアーキテクチャでは、サービスごとにBNGが実装されます。たとえば、高速インターネットアクセス用に1つのBNGを実装することができます。別のものはIPTVとVoD用に構成される場合があります。これにより、トラフィックのプロファイルと要件を物理的に分離できますが、 図6に示すように、各エッジデバイスをバックホール/アグリゲーションネットワークに冗長的に接続する必要があるため、追加のコストがかかります。
一方、シングルエッジアーキテクチャでは、1つのBNGですべてのブロードバンドサービスをサポートします。複数のサービスを単一のエッジプラットフォームに統合するという概念( 図7を参照)は、ネットワーク設計を簡素化し、管理とコストを改善します。
MXシリーズは、シングルエッジとマルチエッジの両方のアーキテクチャをサポートしており、すべてのサービスを俊敏かつ強靭に導入できるように、バーチャルシャーシ設計のシングルエッジを推奨します。このアプローチにより、設備投資と運用コストが最適化されます。
コア
コア ネットワークとリソースの設計は議論の周辺にありますが、設計上の決定に影響を与える可能性があります。多くの場合、MPLS はすべてのコア ネットワークのトランスポートとして使用されます。支持を得ている概念の1つは、シームレスなMPLSの使用です。シームレスなMPLSにより、プロバイダーは、すべてのレイヤーでMPLSの強みと機能を活用する真のエンドツーエンドのネットワークを設計および運用できます。このアプローチは、ジュニパーネットワークスのブロードバンドエッジソリューションアーキテクチャによって完全にサポートされています。
ジュニパーネットワークスユニバーサルエッジ
ジュニパーネットワークスのブロードバンドエッジソリューションは、より大きなユニバーサルエッジソリューションの一部です。ユニバーサルエッジは、複数のエッジネットワークを1つの統合されたエッジ設計に結合する統合アーキテクチャです。このリファレンスアーキテクチャはブロードバンドエッジセグメントのみを対象としていますが、複数の事業セグメントで運営されているプロバイダは、1つのセグメントからコストと効率の節約を倍増させ、その最適化を各セグメントで活用することができます。多くのサービスプロバイダはこれらのネットワークを個別のエンティティとして扱っていますが、ジュニパーネットワークスのユニバーサルエッジを使用すると、ネットワークのエッジですべてのセグメントにサービスを提供できるため、冗長ネットワークの必要性が軽減され、運用コストと資本コストの低減に貢献します。ブロードバンドエッジは、多くのプロバイダーにとってユニバーサルエッジの紹介です。各事業セグメントで同レベルのコストと運用の最適化を実現し、エッジネットワークの運用を統合することで、ビジネスに革命を起こすことができます。
個別のエッジネットワークが維持されている場合でも、単一のエッジプラットフォームであるMXシリーズ3Dユニバーサルエッジルーターを使用できるため、スペア、メンテナンス、アップグレード、トラブルシューティングのタスクが簡素化および合理化され、OpExが削減されます。