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摘要：以长流程为特点的“家庭宽带运营”工作，资源、支撑、流程 三个关键要素中，“资源精细化”是核心是基础。面对海量用户接入资源，本法案围绕如何通过技术手段提升宽带用户各级上联设备资源管理的准确性，进行了系统优化设计。通过使用MAC/VLAN识别，PPPOE+和端口流量特征识别相辅助的方式进行信息自动溯源，实现了端口精确定位，减轻了维护压力。
Keywords：宽带；溯源；MAC/VLAN；PPPOE+
1、引言
面对快速发展的宽带业务，城域网及接入网的精细化运营的要求越来越高，而现有的管理方式已经难以解决这一问题。在宽带用户端口资源管理方面，更是使用手工台账的方式，这种比较原始的方式使得信息的准确性、实时性得不到保障，日常维护和数据更新的工作量大，导致存量不详、装机不畅、排障不快等问题产生。端口关系的不准确，也给装维投整体工作造成巨大影响。因此，建设家庭宽带网络质量监控管理及实现故障辅助定位就显得尤为重要。
2、自动溯源技术概述
当前家庭宽带接入业务大都采用PON接入技术，用户上网所经过的级联设备端口的溯源技术涉及为二层及三层网络。网络设备的级联关系代表网络中直连对等实体的相互连接关系，按照层次被划分为网络层拓扑和数据链路层拓扑。对于网路层拓扑，对等实体是路由器和子网。而对于链路层，对等实体则是交换机、主机、PON网元等设备。
PON专线组网如下图所示：
图2.1光纤接入家庭示意图
其中，BAS-OLT-ONU接入网段为二层网络，BAS-路由器-互联网为三层网络。
确定网络级联关系发现针对网络哪一层以及采用的什么网络协议非常重要。只有确定了网络发现针对的网络层次和协议，才能明确到底哪些信息需要被采集。TCP/IP网络的IP 层通常是拓扑发现的首选位置，绝大多数的网络都支持IP 协议，而且简单网络管理协议SNMP 已经成为事实上的工业标准,使用SNMP 的算法可实现性较强，所以传统的算法基本上都是针对管理域内的IP 层发现网络的逻辑拓扑。但是，在异构网络中，二层设备(如交换机、网桥、PON设备)越来越多的分布在IP 网络中形成微子网段。因此，越来越多的网络拓扑信息对于传统的逻辑拓扑发现是不可见的。网络层拓扑发现只能揭示IP 网络小部分的互连关系，不能体现二层网络节点之间的复杂互连关系。为了发现网络更加详细的拓扑结构(如网络的物理拓扑)，网络的多层自动拓扑发现是必不可少的，业界通常把网络自动拓扑发现分为IP 管理域内网络层设备拓扑发现和数据链路层级联设备发现两部分。
鉴于BSA设备到城域网以上网络的设备关联为三层网络互联，级联关系发现技术较为成熟，可使用SNMP、ICMP 或其它相关协议从被管网络中获取所需的级联信息。因此，本文所阐述自动溯源技术将重点解决BAS-OLT-ONU设备间的二层网络级联关系发现功能。
与三层的网络级联关系发现相比，鉴于二层设备本身的透明性，数据链路层级联关系发现的从技术上看，更加困难。当前主要有三种手段：
（1）PPPOE+技术
PPPoE+ 又称为PPPoE Intermediate Agent，和DHCP option82类似，它对PPPoE协议报文进行了扩充。PPPoE+技术的思路是接入中继设备（如DSLAM或PON）收到用户发送的PADI或PADR报文后，在报文中增加表示用户物理端口和逻辑端口（如VLAN）的PPPoE+ TAG。上游BRAS设备识别出PPPoE+ TAG后，把用户物理位置信息提取出来，用Radius NAS-Port-ID属性发给Radius服务器，从而实现用户识别与用户管理。
（2）MAC/VLAN关联技术
由于OLT/ONU等网络设备的被动学习功能，能够自动学习到通过它进行通信的任何主机的物理地址。这些地址信息存在于交换机的地址转发表中，数据链路层级联关系数据在地址转发表中保存了相关的信息，用以指导将接收到的报文分组转发到正确的端口输出。因此通过查询某交换机的地址转发表，就可以判断某个物理地址与该交换机直接相连。
（3）端口流量识别技术
端口流量识别技术是通过直接相连的两个网络设备的物理接口的流量变化和报文特征来分析，判断是否存在连接关系。技术原理是采集可能具有级联关系设备的所有端口流量信息，通过大数据手段分析互为对端的物理端口的流量是有相同特征的。
3、家庭宽带自动溯源技术方案
3.1 家庭宽带自动溯源技术目标
通过宽带溯源技术进行端口定位，根本解决用户帐号和ONU/OLT端口级联关系对应问题，降低资源管理的工作量，提升端口数据准确性。
端口定位有利于快速故障定位，通过IP或用户名检查Radius的日志信息，确定哪条线路信息出现故障，便于进一步检查，从而推动了精细化管理和主动运维，将PON资源管理、重载发现、故障定位等工作做精做细。
在端口资源信息准确的基础上，实现资源及用户的深度核查分析，提供“续转装”、“重载PON”“光猫台账准确性”等问题准确核查。也可以将准确的端口数据输出给其他系统，推动装维投整体工作做精做细。
3.2 方案介绍
本文使用MAC/VLAN识别，PPPOE+和端口流量特征识别相辅助的方式进行端口定位，建立基于现网数据的“账号->ONU及端口->PON口-> OLT“上网路径。实现用户账号所在ONU端口精准核查。具体方案如下图：
图3.1 家庭宽带端口识别方案
在汇聚层，基于流量和MAC特征，采用大数据手段自动核查“OLT-BAS端口级联关系”，解决OLT与BAS双上行端口手动台帐维护数据不准确问题。
对支持PPPOE+的设备级联用户，可以对PPPOE+的标签报文解析识别，对于PON接入网接入网两种组网环境，可对华为、爱立信和上海贝尔等不同厂家的设备PPPOE+私有属性进行解析编码，完成PPPOE+的标签报文的识别解析。具体方案如下图：
图3.2 PON接入网PPPoE+端口识别方案
FTTB/FTTH接入网包括用户终端(如LAN上行家庭网关)、 MDU/MTU型ONU设备、局端OLT设备组成的二层网络，OLT设备可以直接连接到BRAS。
在FTTB/FTTH场景中，MDU/MTU型的ONU设备需要支持PPPOE+中继代理功能，为从用户家庭终端接收到的PPPOE消息打上PPPOE标签，主要填写ONU端口号、端口类型以及CVLAN等信息。然后将PPPOE报文发送给OLT设备，OLT收到PPPOE报文后再负责添加与其相关的信息，即填写OLT IP、框/槽/口等信息,并上报给BRAS设备。BRAS设备添加BAS IP、框/槽/口等信息，并将携带用户接入线路信息的NAS_PORT_ID属性通过Radius接口送到AAA服务器。
PON用户接入线路（端口）标识的编码格式如下：
在BAS设备可以通过计费报文抄送的方式，将Radius报文送给“PPPOE+解析服务器”，服务器完成Radius解析，并根据NAS_PORT_ID属性的编码格式完成用户账号、用户MAC、ONU地址、ONU接口、MAC/SN、ONU型号、OLT地址、OLT接口、ONU_ID、BAS地址、BAS接口、外层VLAN、内层VLAN的数据解析。
同时基于设备IP与设备名称等基本属性的维护关系，实现ONU名称、接入类型、OLT名称、BAS名称等链路属性扩展分析。
PPPOE+技术的应用，对于家庭宽带PON接入环境的接入线路分析，提供了非常便捷的手段。但是，采用PPPOE+应用场景受限于PON设备对的PPPOE+技术支持能力，而部分接入设备并未严格按照行业标准研发并开启使用PPPOE+功能。同时对NAS_PORT_ID属性识别分析时，依赖于接入网设备PPPOE+配置的完整并且准确。而现网的环境中往往存在PPPOE+配置错误及不完整情况，因此迫切需要另一种链路核查手段PPPOE+协同分析。
这就是MAC/VLAN关联技术，该技术即可以独立完成，不具备PPPOE+部署条件的接入网链路识别，也可以作为已经部署PPPOE+网络的NAS_PORT_ID属性准确性稽核手段。
OLT/ONU等网络设备的MAC地址自学习,可以形成在设备中有一个MAC地址与网络设备每个接口的对应表，每当有数据包经过设备转发的时候，如果它的表中没有这个MAC地址的对应关系就会往所有端口转发数据包，当目标机从某个端口返回信息的时候它就知道了这个MAC地址对应的哪个端口，于是会把这个对应关系加入表中，这个就是交换机的MAC地址自学习。
基于二层网络的这个技术特性，可以通过查询某设备的地址转发表，就可以判断某个物理地址与该设备某个端口直接相连。
4、方案结果分析
通过使用MAC/VLAN识别，PPPOE+和端口流量特征识别相辅助的方式进行端口定位和识别，可以获得以下结果：
（1）全网宽带用户级联关系路径核查数据输出
提供所有相关逻辑信息维护数据，为资管系统中资料记录准确性核查，提供技术确认手段。
（2）接入网设备状态自动巡检
通过接入网设备自动巡检，及时发现光路异常、断电、掉线等，对光猫资源自动核查，及时发现装机光猫不一致问题，自动记录光猫SN/MAC与用户账号、PON口对应关系，自动核查光猫在/离网状态，实现光猫历史使用记录留存。并通过对比开户数据，核查光猫在网状态及与开户数据一致性。
（3）自动实现ONU、OLT、BAS各端口ONU、OLT、BAS各端口利用率统计
基于用户上网记录和设备级联关系，对用户数深度分析，提供“续转装”、“重载PON”等问题核查，分析ONU、OLT、BAS各端口的上网用户，实现不同端口、不同小区的在线与活跃用户数统计、上网流量统计及资产实时在线统计等。
（4）接入网故障原因只能判断
在系统中输入账号即可以快速定位该用户使用ONU设备，及上联PON、OLT归属情况。在故障发生后，可通过系统提供的设备/端口下挂用户明细，精确分析故障影响范围，指导主动告知，减少重复投诉。
5、总结
在实际应用时，宽带运营商基于满足用户需求、业务发展、宽带网络的维护和管理提出端口定位技术需求，具体的解决方案还要由运营商和设备制造商共同探讨和确定。在采用PPPOE+单一识别技术的情况下，受限于PON设备对的PPPOE+技术支持能力及接入网设备PPPOE+配置的完整并且准确。本文使用MAC/VLAN识别，PPPOE+和端口流量特征辅助识别相结合的方式作为端口溯源技术，实现了端口的精确定位。多种核查手段关联应用，可以有效解决单一技术弱点，实现数据的稽核校验，最大限度保证账号上网路径的准确性，在提高运营商工作效率上发挥更大的作用。
参考文献：
[1]明华，张勇等，数据溯源技术综述[J]，小型微型计算机系统，2012,9（9）
[2]陈伟川，基于MAC地址的动态VLAN原理及组网应用[J]，计算机与现代化，2007,4
作者简介：姓名：王飞，性别-男，出生年月-19840125，籍贯-陕西渭南，学历-本科，研究方向-家庭宽带，职称，
论文作者:王飞
论文发表刊物:《科技研究》2018年10期
论文发表时间:2019/1/3
标签：端口论文; 设备论文; 网络论文; 技术论文; 拓扑论文; 关系论文; 用户论文; 《科技研究》2018年10期论文;