BGP MPLS VPN HoPE技术白皮书.docx

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BGPMPLSVPNHoPE技术白皮书

BGP/MPLSVPNHoPE技术白皮书

关键词：

BGP/MPLSVPN、HoPE

摘要：

BGP/MPLSVPN中的PE分层体系结构（HoPE）提供了一种分层组网模型，解决了BGP/MPLSVPN业务的覆盖和扩展问题。

本文档介绍了HoPE的技术原理，最后给出了HoPE的典型技术方案和典型配置。

缩略语：

缩略语

英文全名

中文解释

MPLS

MultiprotocolLabelSwitching

多协议标记交换

VPN

VirtualPrivateNetwork

虚拟私有网

ProviderEdge

运营商边界路由器

CustomerEdge

用户边界路由器

HoPE

HierarchyofPE

分层式PE

HoVPN

HierarchyofVPN

分层式VPN

BGP

BorderGatewayProtocol

边界网关协议

MP-BGP

MultiprotocolextensionsforBGP-4

多协议扩展BGP

1概述3

1.1产生背景3

1.1.1当前BGP/MPLSVPN平面模型的缺陷3

1.1.2典型的网络构架要求4

1.2技术优点5

2HoPE方案介绍6

2.1相关术语6

2.2技术细节7

2.2.1HoPE基本架构7

2.2.2SPE与UPE的分工7

2.2.3SPE和UPE之间的协议8

2.2.4HoPE的演进8

3典型组网案例9

3.1HoPE分级网络的延伸9

3.2HoPE跨自治系统部署10

3.3注意事项10

1概述

1.1产生背景

在解决企业互联和提供各种新业务方面，BGP/MPLSVPN越来越受到网络运营商的重视，成为IP网络运营商提供增值业务的重要手段。

目前，虽然BGP/MPLSVPN技术基本解决了业务提供的问题，并且成为一种基础电信业务及普遍服务，但是BGP/MPLSVPN还面临着诸多挑战，例如传统BGP/MPLSVPN的架构面临性能和扩展性的问题，急需解决。

1.1.1当前BGP/MPLSVPN平面模型的缺陷

图1BGP/MPLSVPN框架结构图

如图1所示，BGP/MPLSVPN当前的框架结构中包括P、PE和CE等设备：

●P：

骨干网中不与CE直接相连的路由器，感知不到VPN是否存在，只需要具备基本MPLS转发能力；

●PE：

骨干网中的边缘设备，它直接与用户的CE相连，完成VPN实现的主要功能；

●CE：

用户站点中直接与服务提供商相连的边缘设备，只需支持标准的IP功能即可。

在以上三种设备中，真正参与VPN业务部署的只有PE设备，也就是说BGP/MPLSVPN业务的压力都集中在PE设备上。

BGP/MPLSVPN是一种平面模型，PE在整个框架中是对等关系，无论处于网络中哪个位置，对性能的要求都是相同的。

这种平面结构的问题在于，如果其中某些PE存在性能和扩展性问题，实际上也制约了整个网络VPN业务的广泛覆盖能力与进一步的扩展能力。

1.1.2典型的网络构架要求

目前，一些经典的网络结构对BGP/MPLSVPN架构提出了许多要求，这些网络结构包括：

分层网络结构和分级网络结构。

（1）典型分层网络结构

目前网络设计基本都采用经典的分层结构，如城域网典型结构是核心-汇聚-接入三层模型，设备性能依次下降，网络规模依次扩大。

PE设备接入用户需要大量接口，处理用户报文需要大容量的内存和转发能力，而各层次PE难以同时具备大量接口和较高的性能：

●核心层性能高，但接口资源有限；

●接入层接口数量大，但性能低；

●汇聚层的接口数量和性能可能都不满足要求。

因此单独在某一个层次部署PE都存在扩展性问题，这就为PE设备向网络边缘的扩展带来了困难。

BGP/MPLSVPN的平面模型同典型网络的分层模型不符合，是造成网络扩展困难的主要原因。

在典型分层网络结构中，需要充分利用网络各层次的优势，如上层核心设备的性能，及下层汇聚设备的接入能力，共同提供完整的VPN业务，并支持网络平滑升级。

（2）典型分级网络结构

网络的分级是必然的要求。

一方面，从地域和管理的角度，需要有国家、省、城市、区县等多级别网络的划分；另一方面，单一的网络级别（如骨干网），其规模毕竟有限，不可能提供广泛的覆盖能力，分级是必然的要求。

在一个分级BGP/MPLSVPN网络中，可能跨越了多个AS，如：

国家骨干、省骨干、城域网、区县网络。

各级别的网络中都需要部署PE节点接入VPN站点，但不同层次网络采用的PE设备的档次有很大的差别，例如，骨干网部署的PE可能是核心路由器或者高端汇聚路由器，而城域网、区县网络的PE可能是中低端路由器。

由于BGP/MPLSVPN是平面结构，PE设备无论处于网络的哪个层次，对其性能要求是相同的，随着BGP/MPLSVPN业务的大规模部署，边缘网络的PE必然出现扩展性问题，形成瓶颈。

另外，在分级网络中还需要考虑跨AS的VPN部署。

目前BGP/MPLSVPN跨AS技术，如VPN-instancetoVPN-instance、MP-EBGP、MultiHop-EBGP等方式，都是一种AS之间的对等结构，而不是一种分级结构，比较适用于运营商之间的VPN互通，而不适合运营商内部的网络分级要求。

既然网络的分级是必然的，在BGP/MPLSVPN网络框架设计中就考虑到分级网络的要求，解决扩展性问题，并实现跨AS的分级结构，成为亟待解决的问题。

总结一下现有BGP/MPLSVPN架构的缺陷，最主要的问题是平面型的结构不能适应网络分级、分层模型的要求。

由此导致了其它诸方面的问题：

●由于BGP/MPLSVPN网络不能实现分层和分级，使业务的覆盖能力受到限制，使运营成本无法降低，影响了BGP/MPLSVPN的大规模部署，限制了高价值的端到端的业务开展。

●网络的扩展能力受到制约，无法实现BGP/MPLSVPN业务不断向网络边缘延伸的需求，不利于业务的平滑演进及投资保护。

●由于平面化模型不能充分利用网络各层次的能力，必须采用高档次的PE设备，增加了网络建设的成本。

因此，优化BGP/MPLSVPN网络架构成为必然的要求与发展方向。

1.2技术优点

为适应网络分层与分级的结构，解决扩展性问题，BGP/MPLSVPN网络分层架构的解决方案应运而生。

BGP/MPLSVPN网络分层架构的设计思路是：

●将PE分为多个层次，共同完成全网的VPN业务。

●与分层分级网络相适应，网络层次越高的PE容量和性能要求越高，网络层次越低PE的容量和性能要求越低。

●网络层次越低，PE数量越大，用户接入能力越强。

●网络框架可以支持网络的分层扩展，无限延伸的要求。

●在框架中充分考虑跨AS连接的问题。

在BGP/MPLSVPN领域提出的PE的分层体系结构解决方案，HierarchyofPE，简称HoPE，可以将PE分为任意多个层次，实现无限扩展与延伸。

基于HoPE的分层VPN（HierarchyofVPN，简称HoVPN）解决方案，实现了将PE的功能分布到多个PE设备上，多个PE承担不同的角色，并形成层次结构，共同完成一个PE的功能。

HoVPN对处于较高层次的设备的路由能力和转发性能要求较高，而对处于较低层次的设备的相应要求也较低，符合典型的分层网络模型。

2HoPE方案介绍

2.1相关术语

●CE（CustomerEdge）设备：

用户网络边缘设备，有接口直接与SP（ServiceProvider，服务提供商）相连。

CE可以是路由器或交换机，也可以是一台主机。

●PE（ProviderEdge）路由器：

服务提供商边缘路由器，是服务提供商网络的边缘设备，与用户的CE直接相连。

在MPLS网络中，对VPN的所有处理都发生在PE上。

●VPN-instance：

VPN实例，在BGP/MPLSVPN中，不同VPN之间的路由隔离通过VPN-instance实现。

PE为每个直连的站点建立并维护独立的VPN-instance。

VPN-instance包含了独立的路由表和转发表。

●VPN站点：

是VPN中的一个孤立的IP网络，可以属于一个或几个VPN。

每个站点通过RD标识。

●UPE和SPE：

HoPE体系结构中，将传统的BGP/MPLSVPN的PE设备从一台设备演化为两台设备，与用户的CE设备直接相连的PE设备称为下层PE（Under-LayerPE或User-endPE，用户侧PE），简写为UPE，连结UPE并位于网络内部的设备称为上层PE（Super-StratumPE或ServiceProvider-endPE，服务提供商侧PE），简写为SPE。

多个UPE和一个SPE构成分层式PE，共同完成传统上一个PE的功能。

2.2技术细节

2.2.1HoPE基本架构

图1HoPE基本框架

如图2所示，与用户的CE设备直接相连的PE设备称为下层PE（Under-layerPE或User-endPE，用户侧PE），简写为UPE。

连结UPE并位于网络内部的设备称为上层PE（Super-stratumPE或Serviceprovider-endPE，服务提供商侧PE），简写为SPE。

SPE和其下属的多个UPE共同完成一个传统PE的功能。

2.2.2SPE与UPE的分工

●UPE的作用主要是用户的接入，只维护其直接连接的VPN站点路由，但不维护其它远端站点的路由或仅维护它们的聚合路由。

UPE为其直接连接的站点的路由分配内层标签，并通过MP-BGP随VPNv4发布这个标签给SPE。

●SPE的作用主要是VPN路由的维护及扩散，需要维护VPN的所有路由，包括本地和远程站点中的路由。

SPE不向UPE发布远程站点的路由，只发布VPN-instance默认路由（携带标签的VPNv4路由）（或聚合路由），也可以是通过路由策略的路由信息。

通过后者可以实现对同一VPN下不同站点之间互访的控制。

SPE和UPE的这种分工体现了不同层次PE的特点：

SPE的路由表容量大，转发性能强，但接口资源较少；UPE路由和转发性能较低，但设备数量多，接入能力强，而且可以就近接入。

HoPE充分利用了SPE的性能和UPE的接入能力。

需要说明的是，UPE和SPE实际上是相对的概念。

在多个层次PE的结构中，上层相对于下层就是SPE，下层相对于上层就是UPE。

分层式PE从外部来看同传统上的PE没有任何区别，因此它可以同普通PE在一个MPLS网络中共存。

2.2.3SPE和UPE之间的协议

SPE和UPE之间运行的MP-BGP，可以是MP-IBGP，也可以是MP-EBGP。

这取决于SPE和UPE是否在一个AS内。

SPE发布给UPE的VPN-instance缺省路由可以用命令行配置发布。

2.2.4HoPE的演进

图1HoPE分层网络的演进

如图3所示，PE初期部署在汇聚层。

当汇聚层接口数目不足时，扩展到接入层，接入层充当UPE，汇聚层充当SPE；当汇聚层路由容量不够时，扩展到核心层，核心层充当SPE，汇聚层充当UPE；当两种情况都发生时，形成3层结构，汇聚层充当MPE（中间层PE）。

这种演进方式非常适合城域网的结构。

3典型组网案例

3.1HoPE分级网络的延伸

图1HoPE分级网络的延伸

如图4所示，BGP/MPLSVPN在全国范围内部署时，通常采用一种扁平化的组网结构，也就是直接通过骨干网来提供BGP/MPLSVPN业务。

在这种结构中，骨干网的PE通常设置在中心城市，用户CE都通过一条链路汇聚到PE节点。

这种方式的缺陷在于：

中心城市在接入远程CE时，需要消耗大量的广域链路资源；骨干网的规模不可能无限制地扩展，其覆盖能力和扩展性面临严峻挑战。

采用HoPE之后，可以在地市甚至县部署UPE节点，形成多层结构，就近接入VPN用户。

同时网络的覆盖能力得到了增强，可以根据需要实现业务的平滑演进，以及网络的扩展与延伸。

SPE和UPE可以在同一个AS内，也可以在不同的AS。

3.2HoPE跨自治系统部署

图1HoPE实现跨AS的分级网络

如图5所示，在这个案例中，骨干网和城域网属于不同的自治系统，骨干网可以设置SPE，城域网设置UPE。

UPE将城域网全部路由发送给SPE，而SPE只发送VPN-instance默认路由给UPE。

这样，城域网只需要维护内部的VPN站点路由，而不需要维护城域网之外站点的路由。

骨干网需要维护全局VPN站点的路由。

在跨AS方案中，SPE-UPE协议可以采用MP-EBGP或Multi-hopEBGP方式，实现灵活的部署。

采用HoPE实现的跨AS方案特点在于适应了网络分级的要求，上级网络（骨干网）处理全局业务，下级网络（城域网）只需要处理本地业务，这样就不会因为全局VPN业务发展导致下级网络出现容量和扩展性问题。

3.3注意事项

●向BGP对等体或对等体组发布VPN实例缺省路由的前提是：

此BGP对等体或对等体组必须是UPE。

●建议SPE不直接同CE连接，如必须连接，则SPE上VPN实例和UPE上VPN实例必须配置不同的RD。

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