新一代智能可靠可调度的大型骨干网络建设方案Word格式.docx
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5、如何提升专线带宽利用率和流量可视化;
6、如何实现新一代骨干网智能、可靠、可调度。
本文将结合UCloud基础网络团队新一代骨干网的架构演进过程,介绍SegmentRouting技术在UCloud骨干网的落地细节,并详细阐述当前骨干网如何通过SR-TE技术实现智能、可靠、可调度的新一代骨干网架构。
DCN网络快速迭代
UCloud数据中心基础架构网络(以下简称DCN)在最近这几年经历了野蛮式的快速发展阶段,从北上广三地的数个可用区发展到全球25个地域31个可用区;
业务云化和分布式数据中心的建设,推动了城域网(以下简称MAN)和骨干网规划建设,如下图所示:
DCN网络迭代过程如下:
1、同城单可用区升级至同城多可用区;
2、单Region多可用区升级至多Region多可用区。
DCN网络快速迭代带来的网络挑战:
1、MAN网络高带宽与可靠性要求:
同城分布式DCN网络建设带来的问题是:
客户业务扁平化部署,导致同城跨可用区有大量的东西向业务互访流量,对MAN网络的带宽和可靠性有严格的要求。
2、骨干网架构升级与流量工程要求:
随着UCloud全球节点DCN网络的建设部署,跨地域客户开始有业务互访和跨域流量优化需求,对骨干网规划和流量工程提出了新的要求。
全球专线资源布局
当前UCloud全球CDN节点有500+,25个地域,31个可用区;
通过运营商专线打通全球25个地域,如下图所示:
1、全球机房专线接入骨干网
骨干网依托UCloud全球DCN网络以及专线资源,可为用户提供全球范围的就近接入,实现端到端网络稳定,解决跨域业务互访丢包和高延迟问题。
2、全球节点灵活组网
为用户提供基于本地专线和最后一公里互联网接入,实现用户的混合组网能力。
3、提供稳定、可靠的基础架构
点到点专线资源提供物理层的带环保护,一方面通过SR-TE技术实现流级别调度和快速容灾备份能力;
另一方面基础网络提供一张1:
1基于Internet级的备份骨干网,保证整个骨干网达到99.99%可用率。
UCloud骨干网架构演进历史
012018年之前骨干网架构
UCloud基础网络团队在2016年下半年开始规划第一代骨干网(以下简称骨干网1.0),2017年底完成了骨干网1.0设计规划,骨干网1.0架构规划专线资源接入到各Region的MAN网络核心设备(以下简称M-Core),各Region的M-Core之间通过供应商二层专线进行全球组网;
M-Core之间运行ISIS协议,打通全球骨干网ISIS域,每个地域双M-Core或者四M-Core和控制面RR建立IBGP邻居关系,M-Core通过IBGP协议将本地域DCN网络路由信息通告至RR,RR反射给全球所有M-Core节点;
数据转发面通过IBGP路由进行迭代,最终通过ISIS转发至目标DCN网络。
为优化骨干网流量转发,在关键设备上开启如下功能:
1、为实现骨干网等价路由(以下简称ECMP),必须在M-Core和RR上开启BGPADD-PATH属性;
2、为保证IGP最短路径转发,跨域之间ISIS开销值设置为两地域直连专线实际延迟*100,如:
北京-上海专线延迟为30ms,那么北京-上海地域的ISIS开销设置为3000。
骨干网1.0设计目标:
1、实现Region级别DCN网络互通,提供云业务跨地域容灾能力;
2、支持云上用户通过UCloud高速通道产品UDPN打通跨域VPC资源。
骨干网1.0新挑战:
1、MAN网络与骨干网高度耦合,专线开通配置复杂,增加运维难度;
2、不支持客户不同物理位置之间资源互通;
云下资源到云上VPC之间资源开通复杂、周期冗长;
3、不支持跨地域级别的流量智能调度。
022020年之前骨干网架构
针对骨干网1.0所面临的一些问题,2018年UCloud基础网络团队设计规划了第二代骨干网(下简称骨干网2.0)。
在骨干网2.0中,我们新增了租户隔离的特性,而要在骨干网上实现大规模的租户隔离,MPLS-VPN技术最合适不过,但由于考虑到整体的部署成本以及部署难度,我们最终放弃了这个方案,借鉴了DCN网络的租户隔离思路,采用VXLAN二层网关方案来实现;
骨干网2.0整体架构分为两层,Underlay和Overlay;
Underlay使用VXLAN+BGPEVPN实现网络大二层,在Overlay上实现骨干网1.0的架构需求;
具体实现如下:
·
Underlay层规划
1、Underlay层主要由两种设备组成:
TBR和TER。
TBR用于运营商二层专线资源接入,主要用于数据转发,TER用于封装VXLAN报文,即VTEP设备。
全球节点的TBR和TER设备通过VXLAN+BGPEVPN技术组建一张全球二层网络,这张二层网络提供全球任意跨域节点之间二层业务开通。
2、TBR设备通过ISIS协议打通整个IGP域,TER和控制面TRR建立BGPEVPN邻居关系,各个站点互相学习MAC/IP路由;
转发面数据通过VXLAN封装转发,控制面信息通过EVPN学习同步。
3、用户线下IDC业务互访,以及线下IDC到云上业务之间通过VXLAN开通二层业务。
Overlay层规划
跨域M-Core直连通过VXLAN开通,M-Core之间运行ISIS协议,打通全球骨干网ISIS域,每个地域双M-Core或者四M-Core和控制面RR建立IBGP邻居关系,M-Core通过IBGP协议将本地域DCN网络路由通告至RR,RR反射给全球所有M-Core节点,数据转发面通过IBGP路由进行迭代,最终通过ISIS转发至目标DCN网络。
骨干网2.0设计目标:
1、实现MAN网络和骨干网严格分层,提升运维效率;
2、通过VXLAN+BGPEVPN构建业务接入网,实现业务灵活就近上骨干;
3、实现客户云下不同物理位置、云下到云上之间资源快速开通。
骨干网2.0新挑战:
1、不支持骨干网流量智能调度;
2、本地接入只支持专线接入,组网方式不够灵活,增加网络运营成本;
3、VXLAN包头开销过大,网络传输效率低下,专线结算成本上升;
4、不支持L3VPN客户接入场景。
为了解决骨干网2.0当前的问题,UCloud基础网络团队在2019年下半年开始,对新一代骨干网架构进行重新设计、硬件选型,在新一代骨干网架构设计中采用了当前比较流行的源路由即SegmentRouting技术(以下简称SR),在介绍新一代骨干网架构之前先给大家简单介绍一下SR技术的基本概念。
SegmentRouting基本概念
01SegmentRouting
SR架构基于源路由,节点(路由器、主机或设备)选择路径,并引导数据包沿着该路径通过网络,具体实现方式是在数据报头中插入带顺序的段列表(Segment-list),通过Segment-list指示收到这些数据包的节点怎么去处理和转发这些数据包。
由于源节点(头端节点)通过在数据包报文头中添加适当的指令(Segment-list)即可实现基于目标地址的引流(甚至可以基于单条流粒度的引流),且除了头端节点之外,其它节点都不需要存储和维护任何流状态信息,因此引流的决定权都在头端节点。
通过这种方式SR可以在IP和MPLS网络中提供高级的流量引导能力。
02常用标签类型
Prefix-SID
Prefix-SID是由ISIS或者OSPF通告的全局Segment,此Segment与IGP的前缀相关;
Prefix-SID代表一个路由指令,含义是:
引导流量沿着支持ECMP的最短路径去往该Segment相关联的前缀。
Prefix-SID具有如下特性:
-全局Segment,SR域中的所有节点都知道如何处理Prefix-SID。
-支持多跳,单个Segment跨越路径中的多跳,这样就减少了路径所需要的Segment数量,并允许跨多跳的等价路径。
-支持ECMP,可以原生利用IGP的等价路径。
-Prefix-SID一般是通过手工分配,也可使用控制器分配。
Node-SID
Node-SID是一种特殊类型的IGPPrefixSegment,是PrefixSegment的子类型,通常是某个节点环回口的32位前缀地址,这个地址一般是IGP的“路由器ID”;
Node-SID指令是:
其和PrefixSegment的指令是一致的。
Adjacency-SID
Adjacency-SID是与单向邻接或者单向邻接集合相关联的Segment,使用Adj-SID转发的流量将被引导至指定链路,而不管最短路径路由如何,一般情况下节点会通告它的本节点链路Segment(Adj-SID);
Adjacency-SID指令是:
“引导流量从与该Segment相关联的邻接链路转发出去”。
Adjacency-SID具有如下特性:
-本地Segment,SR域中的只有Adjacency-SID始发节点知道如何处理该Segment。
-支持显式路径,任何路径都可以使用Adjacency-SID来表示。
-不依赖于IGP的动态路由计算,可以绕过ECMP,走管理员指定的路径转发。
实际部署中应尽量少用Adj-SID,因为其不支持ECMP,且会增加Segment-list长度,因此建议多使用Prefix-SID,即支持ECMP,又可以减少Segment-list长度。
Anycast-SID
SR域中多个节点上配置相同的单播前缀,那么该单播前缀就是一个Anycast-SID,Anycast-SID也是Prefix-SID的一个子类型。
Anycast集合的属性是去往Anycast地址的流量被路由到Anycast集合中距离最近(IGP最短距离)的那个成员,如果开销相同,则流量会进行ECMP,如果Anycast的成员发生故障,则由Anycast集合的其它成员来处理去往Anycast-SID的流量;
Anycast-SID指令是:
Anycast-SID具有如下特性:
-全局Segment
-天生支持ECMP-支持高可用性-支持流量工程
注意:
所有节点必须配置相同的SRGB,才可以通告相同的AnycastPrefix-SID。
03SRPolicy特性
SR-Policy
为了解决传统隧道接口体系存在的问题,SRPolicy完全抛弃了隧道接口的概念,SRPolicy通过Segment列表来实现流量工程;
Segment列表对数据包在网络中的任意转发路径进行编码。
列表中的Segment可以是任何类型:
IGPSegment、IGPFlex-AlgoSegment(灵活算法)、BGPSegment等。
从本质上讲,SRPolicy(SR-TE)是Segment列表,不是隧道接口。
SRPolicy由以下三元组标识:
头端(He
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