唐阳，钱学荣

　　(南京邮电大学 通信与信息工程学院，江苏 南京 210003)

        摘要：针对宽带远程接入服务器的备份机制，主要研究了双机备份机制和智能弹性架构技术，分析和比较了两者的优缺点，并提出了一种接口联动机制。

　　关键词：宽带远程接入服务器；可靠性；双机备份；智能弹性架构；接口联动

0引言

　　随着运营商宽带用户和业务的增多以及电信网的IP化，简单的路由器技术已经不能满足运营商对业务进行控制和管理的需求［1］,为此，业务路由器（Service Router，SR）技术和宽带远程接入服务器 (Broadband Remote Access Server，BRAS)应运而生。在它们面世初期，SR被用来连接用户与网络边缘，实现较小容量的包转发；BRAS则是面向宽带网络应用的接入网关，用来完成用户的认证与管理。目前，SR技术与BRAS已经大量应用在电信运营商的骨干网、城域网的边缘处，两者相互配合，承担多业务承载的角色。然而，随着运营商对视频等业务需求的提升，SR技术和BRAS的缺陷也开始显现出来。由于BRAS支持的点对点的以太传输协议（PointtoPoint Protocol over Ethernet， PPPoE）接入方式存在业务支持能力方面的内在局限，不能承载大规模的IPTV等精品业务;而SR则恰恰相反，其对PPPoE不支持，对于目前仍然以宽带接入业务为主要收入来源的运营商来说，SR技术仍然不能独挡一面。

　　IP网络正处于向智能化的电信级IP承载网转型的过程中，核心网边缘设备的智能化是实现网络转型的关键［2］。运营商通过将传统的面向服务大客户专线的SR与服务居民宽带上网的BRAS融合为多业务网关（MultiService Edge，MSE）［3］，加速新业务部署，改进用户体验，减少网元数量，提高网络资源利用率和维护效率。

　　目前的BRAS组网应用中，用户对网络可靠性的要求越来越高，如何保证用户业务数据的不间断传输，成为急需解决的问题［4］。在传统的单机BRAS组网环境下，一旦出现链路、节点故障，所有用户的业务都会中断，业务恢复的时间也无法确定，对于网络可靠性的影响比较大。

　　针对业务的可靠性需求，本文提出了双机备份机制［5］和智能弹性架构（Intelligent Resilient Framework，IRF）技术。主要阐述了双机备份机制和IRF的可靠性，在对比了两者的技术特点之后，提出了接口联动机制。

1双机备份机制和IRF技术

　　1.1双机备份机制

　　采用双机备份的部署方法，通过提高网络的可靠性来提高用户业务的稳定性。对网络汇聚层中的BRAS设备进行双机备份，主用设备和备用设备实时交互用户的BRAS认证信息、计费信息和客户管理信息［6］，从而保证了BRAS系统不间断运行，提高了可靠性。

　　双机备份的BRAS组网如图1所示。双机备份组中有两台设备，一台叫做主用设备（Master），另一台叫做备用设备（Backup）。主用设备为业务提供支持，转发业务流量，并可在达到某一时间或一定的流量阈值后向备用设备发送业务备份信息；备用设备除接收主用设备的业务备份信息外，在主用设备发生故障后，备用设备会转换成主用设备，继续转发业务流量，使业务不会中断。

　　属于同一个双机备份组的两台设备上需要创建同一个虚拟路由冗余协议（Virtual Router Redundancy Protocol，VRRP）备份组。双机备份实例中的主用设备与VRRP备份组中的Master路由器对应，执行业务数据转发的工作，备用设备与VRRP备份组中的备用路由器对应，监听主用设备的状态，同步主用设备上的业务数据，在主用设备发生故障时，备用设备切换成主用设备，保证当前运行的业务不被中断。对网络汇聚层中的BRAS设备进行双机备份，主用设备和备用设备实时交互用户的BRAS认证信息、计费信息和客户管理信息，从而保证了BRAS系统不间断运行，提高了可靠性。

　　1.2IRF技术

　　IRF是H3C公司自主研发的软件虚拟化技术。它的核心思想是将多台设备连接在一起，进行必要的配置后，虚拟化成一台设备。使用这种虚拟化技术可以集合多台设备的硬件资源和软件处理能力，实现多台设备的协同工作、统一管理和不间断维护。

　　在原本单机BRAS的组网环境基础上，利用IRF技术将两台物理BRAS设备虚拟化成一台逻辑BRAS设备，实现BRAS设备的高可靠性，同时也便于设备的管理。

　　1.3双机备份与IRF对比

　　双机备份机制和IRF技术都能为BRAS设备提供可靠性保证。如表1所示，从两者的功能实现、需要的协议和配置的复杂程度进行比较，可以看出IRF技术具有以下优势：

　　（1）两种机制都是设备可靠性的保障，使用户感知不到网络故障，提升用户的网络体验。

　　（2）配置上的简化：IRF机制不需要规划VRRP主备组，也不需要启动双向转发检测［7］（Bidirectional Forwarding Detection，BFD），减少了一半网关IP地址，也简化了配置。

　　（3）故障切换效率：IRF组网下二层聚合组的端口切换时间是毫秒级，用户感知不到。

　　（4）用户分配：IRF组网下汇聚交换机根据用户物理地址（Media Access Control，MAC）在聚合端口Hash来分配上线用户，基本可以达到各聚合端口中的成员端口的上线用户数为1∶1，达到负载均衡的效果。

2接口联动机制

　　2.1实现背景

　　双机备份机制依赖于VRRP协议，VRRP［8］是由 RFC2338定义的一种容错协议，而VRRP协议需要依赖于多个模块的配合，实际上VRRP也是个单向的检测过程［9］，即通过上行接口的Up/Down状态变化触发下行接口的Up/Down，无法让下行接口的Up/Down来触发上行接口的Up/Down。这样就无法实现多个接口的状态联动，从而增加了配置的复杂性。

　　2.2改进机制

　　针对双机备份机制已有的缺陷，本文提出了一种接口联动方案，通过判断设备多个接口Up/Down状态来触发其他接口Up/Down状态的变化，从而触发设备相关的协议进行链路切换。实现多接口状态联动，避免了多种联动机制同时部署带来的繁琐配置，也避免了软件开发实现模块间关联的复杂性。

　　如图2所示，将X1、X2、X3接口设定在同一个LinkGroup（LG）组内，LG的状态有Initiated状态、LGUp状态，LGDown状态。可以直接通过X1、X2、X3接口的状态组合来决定接口组LG的状态，达到统一管理的目的。

　　LG组状态切换策略：

　　（1）当LG组中所有的成员接口是Up状态，LG组的状态是LGUp；

　　（2）当LG组中任一成员接口状态是Down状态，LG组的状态是LGDown；

　　（3）当LG组中没有成员接口，LG组的状态是Initiated。

　　根据以上LG组状态切换策略可以制定X1、X2、X3接口状态事件，并可能导致状态机状态的切换，从而实现LG组的状态切换。表2例举了所有接口可能出现的事件，表3则是对应事件作用下LG组的状态变化，图3是对应事件导致的状态机的状态切换。

　　通过实现多接口联动，可以达到联动业务的整体切换功能。以双机备份组网为例，各模块只需要关联这个接口组状态，而不再需要分别关注单个物理接口的状态：VRRP直接监测接口组状态，X1/X2/X3链路断开后，接口组状态置为LGDown，所有VRRP组整体降低优先级，不需要再分别监测上下行链路。这也便于后续类似需求的拓展。

3结论

　　本文所述的BRAS设备业务备份技术是一项实现BRAS跨设备备份的重要技术，它主要是通过主备设备之间的控制信息同步、故障探测及协议联动、主备切换等技术，实现在BRAS及其相连的链路处于故障情况下的平滑切换，实现了将网络备份从传统的IP网络的核心层网络扩展到二三层网络边缘，满足电信级业务的可靠性要求。

　　参考文献

　　［1］ 陈淑英.以太网技术走向电信化［J］.世界通信B，2007(37):22.

　　［2］ 陈晓春.宽带远程接入服务器高可靠冗余备份关键技术的研究［D］.南京:南京邮电大学,2011.

　　［3］ 李明.业务网关加速融合：打造智慧网盈利中心［EB/OL］.（20130110）［20160312］.http://www.cww.net.cn/opera/html/2013/1/10/2013110748578959.htm.

　　［4］ 高鹰. IP 城域网业务控制层组网可靠性探讨［J］. 电信工程技术与标准化,2009，22(10)：5357.

　　［5］ 李健，靳冰祎.浅谈BRAS(ME60)双机热备份实现方案［J］.科技创新与应用，2013（30）:7576.

　　［6］ 郭良军.基于BRAS设备构建可运营的新一代城域网［D］.北京:北京邮电大学，2007.

　　［7］ 高鑫.双向转发检测协议研究［D］.北京：北京邮电大学，2007.

　　［8］ 张戈.使用VRRP技术实现网络冗余保护［D］.鞍山:辽宁科技大学,2008.

　　［9］ 韩倩，程友清.单向链路故障检测的研究［J］.计算机科学,2011,38(S1):392393.