BFD协议在移动通信核心网可靠性提升的应用

【摘要】全IP化已经成为今后电信网发展的必然趋势，研究如何简单便捷的缩短IP网络故障检测及自愈时间，提高IP网络可靠性已经成为一个刻不容缓的重要课题。本文提出了一个新老技术结合的解决方案，对电信运营商及同类型企业进行网络可靠性优化具有借鉴和参考意义。

【关键词】可靠性BFDIP

电信网络全IP化是一个大趋势，从软交换网络和IP承载开始，直到在LTE阶段建立一个全IP化、接入网与固网融合的纯IP核心网，完成标准上的端到端IP化。

一、背景分析

移动通信核心网（以下简称核心网）IP化是电信网络IP化的一个分支。从功能域上分为CS域和PS域两个主要部分，均基于IP技术进行组网，各业务网元通过IP骨干网实现互连，网络中信令、业务、网管、计费等流量都由IP骨干网承载，整个网络结构趋于扁平化，便于网络冗余和拓展。网络路由都采用动态IGP路由协议进行选路，业务保护通常都通过多级设备或链路冗余实现。

目前对IP化电信网络可靠性影响较大的是链路中断、节点失效时，主备用端口、设备、路由倒换的时间过长。以传统路由协议来说，故障检测是通过路由器之间发送“Hello”分组完成的，在没有特定硬件的帮助下，这种方式的检测周期较长，发生故障时OSPF的最短检测时间约为2s，IS-IS约为1s。HSRP/VRRP协议的情况基本相同。这对语音、视频应用来说时间明显过长。同时，在现有的IP网络中并不具备秒以下的间歇性故障修复功能，而传统路由架构在对实时应用（如语音）进行准确故障检测方面能力有限，从发现故障到路由重新收敛，整个过程可能长达十几秒，期间会造成故障路由上的大量的数据丢失，当数据速率到吉比特时，故障感应时间长代表着大量数据的丢失，并且对于不允许路由协议的节点没有办法检测链路的状态。伴随着以实时数据通信为代表的3G业务的激增，实现快速网络故障检测和修复是当前网络维护管理中最重要的问题。

二、BFD应用设计方案

BFD （双向转发检测）能够尽快检测到与相邻设备间的通信故障，以便能够及时采取措施，要求网络设备能够快速检测出故障并将流量切换至备份链路以加快网络收敛速度，从而保证业务继续进行，减小设备故障或链路故障对业务的影响，从而提高网络的可用性。

通过使用BFD与主备保护协议、路由协议、VPN协议等传统网络控制协议互相配合，将BFD的毫秒级链路故障检测能力与网络控制协议的自动恢复能力结合，就能简单便捷使传统IP网络具备毫秒级故障恢复能力，并且BFD并不直接作用于网络控制协议的连接，而只是为网络控制协议提供一种快速故障检测能力。

BFD的服务接口非常简单，利用网络控制协议提供会话参数（相邻系统地址、时间参数、协议选项等），BFD快速返回通路状态检测结果，从中可以迅速得到通路状态的变化。BFD类似于光纤通信中的光信号丢失（LOS）指示，而网络控制协议根据BFD返回的结果使用自身的机制实施控制功能。

2.1网络边缘的部署

网络中上层业务的平台或网管通常由多种设备组成。为了节省网络设备端口，增加平台访问的可控性，这些设备通常组成一个局域网，通过出换机或者路由器接入网络。为提高网络可靠性，通常在接入交换机或路由器上部署热备份路由协议/虚拟路由冗余协议。在传统的HSRP/VRRP技术中，当一台路由器的链路出现故障时，备份路由器通常需要3s才能够进行切换，而HSRP/VRRP协议根据BFD的检测结果迅速进行主、备切换，可以使主备路由倒换时间缩短到1s以内。

2.2网络内部的部署

在核心网内部，通常采用MPLS-VPN技术进行不同业务的统计复用。同样，VPN的主用路径发生故障时，切换时间也是影响业务的重要因素。快速重路由（FRR，Fast Re-Route）技术通过在网络中指定备份路由，当网络发生故障时，在路由收敛之前实现路由快速切换。

三、总结与展望

本文主要设计了一个提高IP网络可靠性的解决方案，方案通过将BFD协议的毫秒级故障检测能力与传统IP技术的自愈特性相结合，使IP网络具备满足移动核心网业务需求的高可靠性。后续如何在现实网络环境中平稳的实施BFD部署与应用，还有很多重要的环节需要关注，例如：