Định tuyến đám mây khi triển khai 5G với Juniper Networks

Trải nghiệm-Mạng đầu tiên cho 5G

5G và Open RAN mang đến những thách thức mới cho các nhà cung cấp dịch vụ truyền thông (CSP) khi các kiến ​​trúc x-haul mới xuất hiện và cần có nhiều trang web di động hơn để duy trì vùng phủ sóng và cung cấp dịch vụ liền mạch cho người dùng. Các trang web chỉ 5G mới có thể sẽ là sự kết hợp của cấu trúc liên kết RAN (C-RAN) tập trung và RAN (D-RAN) phân tán. Các trang C-RAN thường là các trang lớn thuộc sở hữu của nhà mạng, giống như các trang 4G ngày nay.

Mặt khác, các trang web D-RAN có thể lên tới hàng chục nghìn, thường là những không gian nhỏ, cho thuê, chẳng hạn như tủ bên dưới tháp di động. Sử dụng các không gian nhỏ, cho thuê giúp giảm chi phí cho một CSP và duy trì tính linh hoạt trong kinh doanh - nhưng không phải là không có các ràng buộc. Thông thường, một trang D-RAN có nguồn điện, không gian và khả năng làm mát bị hạn chế. Do đó, tất cả các chức năng tính toán và định tuyến phải được kết hợp trong một máy chủ 1U hoặc 2U duy nhất. Hơn nữa, kết nối thường bị giới hạn ở các đường truyền thuê riêng để chuyển ngược trở lại lõi di động.

Để hoạt động trong những ràng buộc này,Các CSP đang áp dụng các cách tiếp cận mới trong D-RAN và Juniper Networks đã phát triển một bộ định tuyến gốc đám mây cho những trường hợp này.

Định tuyến Cloud-Native

Trong phương pháp tiếp cận phần mềm gốc đám mây, các khối chức năng được phân tách thành các microservices được triển khai dưới dạng bộ chứa trên nền tảng x86 hoặc ARM, được điều phối bởi Kubernetes (K8s). Điều này bao gồm các chức năng mặt phẳng điều khiển lõi 5G như AMF và SMF, các chức năng mặt phẳng điều khiển RAN như mặt phẳng điều khiển đơn vị trung tâm (CU-CP), SMO, RIC gần thời gian thực & không thời gian thực và một số chức năng trên mặt phẳng dữ liệu, chẳng hạn như mặt phẳng dữ liệu đơn vị trung tâm (CU-DP) và DU.

Kết nối mạng K8s xảy ra thông qua plug-in giao diện mạng vùng chứa (CNI). Nhưng khả năng kết nối mạng của các CNI điển hình khá thô sơ và không phù hợp với mục đích khi các chức năng mạng mà CNI phục vụ đóng vai trò quan trọng trong một mạng viễn thông. Đây là nơi mà bộ định tuyến gốc đám mây (J-CNR) của Juniper Networkstỏa sáng.

J-CNR là một bộ định tuyến chứa cho phép một máy chủ dựa trên x86 hoặc ARM trở thành thành viên hạng nhất của hệ thống định tuyến mạng, tham gia vào các giao thức như ISIS và BGP, đồng thời cung cấp khả năng vận chuyển dựa trên MPLS / SR và cho thuê nhiều lần. Nói cách khác, thay vì nền tảng máy tính nói chung chỉ là một phần phụ của mạng như bộ định tuyến cạnh khách hàng (CE), nó có thể phù hợp với vai trò của bộ định tuyến cạnh nhà cung cấp (PE).

Khi được triển khai tại một trang web ô, giải pháp này giảm CapEx bằng cách giảm số lượng ô cần thiết. Nó cũng làm giảm OpEx thông qua việc giảm tương ứng trong việc tiêu thụ điện năng, sử dụng không gian và độ phức tạp trong hoạt động.

Bộ định tuyến Cloud-Native so với Bộ định tuyến thông thường

Mỗi bộ định tuyến đều có mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng chuyển tiếp. Mặt phẳng điều khiển tham gia vào các giao thức định tuyến động và trao đổi thông tin định tuyến với các bộ định tuyến khác trong mạng. Nó tải các kết quả vào một mặt phẳng chuyển tiếp dưới dạng tiền tố, bước tiếp theo và các nhãn SR / MPLS liên quan.

Trong các bộ định tuyến của Juniper, bao gồm cả J-CNR, mặt phẳng điều khiển không thể biết được chi tiết chính xác về cách mặt phẳng chuyển tiếp được thực hiện. Trong các bộ định tuyến phần cứng truyền thống, chẳng hạn như bộ định tuyến Juniper MX Series, mặt phẳng chuyển tiếp dựa trên ASIC tùy chỉnh.

Mặc dù mặt phẳng chuyển tiếp J-CNR dựa trên các cấu trúc khác nhau, phần mềm giao thức định tuyến, được gọi là Routing Protocol Daemon (RPD) trong Junos, giống hệt nhau trong cả hai trường hợp. Do đó, J-CNR được hưởng lợi từ việc triển khai giao thức toàn diện và mạnh mẽ tương tự như các bộ định tuyến dựa trên phần cứng của chúng tôi, nền tảng của một số mạng lớn nhất và quan trọng nhất trên thế giới. Do đó, J-CNR cung cấp mạng WAN hiệu suất cao trong một gói phần mềm nhỏ gọn mà không ảnh hưởng đến các tính năng.

Hình 1: Tổng quan về Juniper Cloud-Native Router (J-CNR)

Juniper Cloud-Native Router trong O-RAN

J-CNR được thiết kế cho D-RAN, hoặc kiến ​​trúc phân tách đơn trong đó RU và DU được đặt cùng vị trí và kết nối với CU thông qua một liên kết trung bình băng thông tương đối thấp. Hầu hết các kiến ​​trúc 5G / O-RAN D-RAN đều phát triển từ một trang web tế bào thế hệ trước duy nhất hiện có. Việc triển khai mới này mở rộng đến nhiều trang web nhỏ hơn để đạt được vùng phủ sóng dày đặc hơn, băng thông cao hơn và độ trễ thấp hơn.

Như minh họa trong Hình 1 ở trên, J-CNR sử dụng mặt phẳng điều khiển Giao thức định tuyến chứa Junos (cRPD) và mặt phẳng chuyển tiếp được thực hiện thông qua DPDK, Linux Kernel hoặc Smart-NIC. Việc tích hợp hoàn chỉnh mang lại gói K8s tuân thủ CNI, có thể triển khai trong môi trường K8s hỗ trợ Multus. DU và J-CNR có thể cùng tồn tại trên cùng một máy chủ có kích thước 1U x86 hoặc dựa trên ARM, điều này đặc biệt hấp dẫn đối với các trang web có nguồn và không gian hạn chế vì nó loại bỏ giải pháp hai hộp dưới dạng DU riêng biệt và bộ định tuyến.

Kiến trúc J-CNR

Hình 2: Tích hợp Juniper Cloud-Native Router với K8s

Hình 2 cho thấy các chi tiết của kiến ​​trúc J-CNR. Máy chủ trang web di động là một nút công nhân K8s và các khối chức năng có màu xanh lục được cung cấp bởi Juniper Networks. O-DU yêu cầu nhiều giao diện mạng, được hỗ trợ bởi Multus meta-CNI. Mỗi giao diện này có thể được ánh xạ thành một VPN lớp 3 khác nhau trên J-CNR để hỗ trợ nhiều lát mạng.

J-CNR CNI tự động thêm hoặc xóa các giao diện giữa nhóm và mặt phẳng chuyển tiếp J-CNR khi được kích hoạt bởi các sự kiện tạo tài nguyên K8s. Nó cũng cập nhật động vùng chứa cRPD của mặt phẳng điều khiển J-CNR với các tuyến máy chủ cho mỗi giao diện nhóm và ánh xạ VPN lớp 3 tương ứng dưới dạng bộ phân biệt tuyến và mục tiêu tuyến. cRPD lập trình mặt phẳng chuyển tiếp J-CNR tương ứng thông qua giao diện gRPC, giao diện này đưa bộ định tuyến gốc đám mây vào đường dẫn dữ liệu, hỗ trợ các giao diện F1 cho các CU chạy trong các trang DC cạnh hoặc khu vực.

Mặc dù một khối lượng công việc O-DU duy nhất được hiển thị trong Hình 2 ở trên, trên thực tế, nhiều O-DU hoặc khối lượng công việc khác có thể được gắn vào cùng một bộ định tuyến gốc đám mây.

Cách mạng hóa hoạt động mạng

Vì Juniper CNR là một ứng dụng gốc đám mây nên nó hỗ trợ cài đặt bằng cách sử dụng tệp kê khai K8s hoặc Biểu đồ Helm. Chúng bao gồm cấu hình ban đầu của bộ định tuyến, bao gồm các giao thức định tuyến và VPN lớp 3 để hỗ trợ các lát cắt. Nó quay trong vài giây với tất cả các giao thức định tuyến bổ sung với phần còn lại của mạng được thiết lập và chạy.

Như minh họa trong Hình 3 bên dưới, các thay đổi cấu hình liên tục (tức là thêm hoặc xóa các lát mạng) trong suốt thời gian tồn tại của J-CNR được thực hiện thông qua lựa chọn Junos CLI, K8s, NetConf hoặc Terraform.

Hình 3: Cài đặt, cấu hình và quản lý CNR của Juniper

Việc sử dụng một thiết bị được đóng thùng thay vì đối tác vật lý của nó thường sẽ phải chịu một số chi phí hoạt động, nhưng J-CNR đã giảm thiểu điều này bằng cách sử dụng K8s CNI và Khung điều hành.

Bằng cách hiển thị các giao diện thiết bị thích hợp, J-CNR chuẩn hóa mô hình hoạt động của thiết bị ảo thành thiết bị vật lý, tạo điều kiện thuận lợi cho việc áp dụng trong môi trường hoạt động mạng của nhà điều hành. J-CNR cũng cung cấp các tính năng, khả năng và mô hình hoạt động tương tự như một nền tảng dựa trên phần cứng, vì vậy nó quen thuộc với các nhóm hoạt động do Juniper đào tạo hiện tại.

Tương tự như vậy, bộ điều khiển miền có thể sử dụng các giao thức mà nó hỗ trợ với bất kỳ bộ định tuyến Junos nào khác để giao tiếp và điều khiển J-CNR, bao gồm các API Netconf / OpenConfig, gRPC, PCEP và API Daemon Giao thức Định tuyến Lập trình (pRPD).

Vai trò của nút trong hệ thống định tuyến

Trong hệ thống định tuyến mạng, nút tham gia vào ISIS hoặc OSPF. Ngoài ra, MPLS được sử dụng, thường dựa trên Định tuyến phân đoạn (SR). Lý do cho điều này là gấp đôi: để cho phép kỹ thuật lưu lượng (nếu cần) và cung cấp VPN Lớp 3 dựa trên MPLS. Ngoài ra, SRv6 có thể được sử dụng để đáp ứng các yêu cầu này.

Khả năng định tuyến toàn diện cũng cần thiết để thực hiện phân chia mạng. Mỗi lát cắt được đặt vào VPN Lớp 3 của riêng nó và J-CNR hoạt động như một PE theo quan điểm VPN Lớp 3. Do đó, nó trao đổi các tiền tố VPN lớp 3 thông qua BGP với các bộ định tuyến PE khác trong mạng, bất kể các PE đó là bộ định tuyến vật lý hay bộ định tuyến gốc đám mây nằm trên các máy chủ khác. Mỗi lát cắt được đặt trong một bảng Chuyển tiếp và Định tuyến ảo (VRF) riêng biệt trên mỗi PE, mang lại mức độ cách ly và bảo mật thích hợp giữa các lát, giống như dịch vụ VPN lớp 3 thông thường.

Thông thường, một mạng truyền tải cung cấp nhiều đường dẫn khác nhau, mỗi đường dẫn được điều chỉnh theo một hàm chi phí cụ thể, chẳng hạn như độ trễ tối thiểu hoặc băng thông cao. Chúng được thực hiện bằng cách sử dụng kỹ thuật lưu lượng dựa trên SR flex-algo, RSVP hoặc SR.

Khi kỹ thuật giao thông được sử dụng, các đường dẫn có thể được tính toán bằng Máy tìm đường Paragon của Juniperbộ điều khiển và được giao tiếp với J-CNR thông qua PCEP. Khi Pathfinder phát hiện tắc nghẽn trong mạng thông qua đo từ xa truyền trực tuyến, nó sẽ tự động tính toán lại các đường dẫn bị ảnh hưởng để giảm bớt tắc nghẽn. Các bộ định tuyến PE, bao gồm J-CNR, áp dụng các thẻ (cộng đồng màu BGP) cho các tiền tố trong VRF nhất định theo loại đường dẫn mà lát cắt tương ứng cần.

Ví dụ, trong Hình 4 bên dưới, lát màu đỏ cần truyền tải độ trễ thấp nhất có thể, vì vậy nó được ánh xạ tới một đường dẫn có độ trễ thấp màu xanh lam để đến O-CU trong Trung tâm Dữ liệu Edge (EDC). Các lát màu vàng và xanh lá cây cần băng thông cao, vì vậy lưu lượng của chúng được ánh xạ tới các đường dẫn băng thông cao màu tím. Trong triển khai thực tế, trong đó sẽ có nhiều lát cắt hơn được hiển thị trong sơ đồ, ánh xạ các lát cắt tới một đường vận chuyển thường sẽ là nhiều-một. Ví dụ,

Hình 4: Ánh xạ các lát cắt để vận chuyển mạng. Lưu ý: chế độ xem logic của các O-RU được hiển thị - chúng có thể tồn tại trên cùng một thiết bị vật lý. Độ dày của các đường giữa các bộ định tuyến tỷ lệ với kích thước liên kết.

Làm rõ các mạng viễn thông cho 5G và hơn thế nữa

Bộ định tuyến Cloud-Native của Juniper mang đến đầy đủ các khả năng định tuyến Junos đẳng cấp thế giới để tính toán các nền tảng lưu trữ các chức năng mạng được container hóa. Điều này cho phép nền tảng tham gia đầy đủ vào hệ thống định tuyến mạng của nhà khai thác và tạo điều kiện cho nhiều người thuê và chia nhỏ mạng.

J-CNR cũng có giao diện quen thuộc và cung cấp trải nghiệm hoạt động nhất quán với các giao diện mặt phẳng điều khiển giống như một bộ định tuyến dựa trên phần cứng của Junos. Các nhà khai thác mạng đạt được những lợi ích chuyển đổi của mô hình mạng gốc đám mây trong khi duy trì tính nhất quán hoạt động với cơ sở hạ tầng hiện có, có nghĩa là OpEx thấp hơn, tốc độ kinh doanh nhanh hơn và độ tin cậy ở cấp độ nhà cung cấp dịch vụ.

https://juniper.vn/san-pham/Juniper-Routers