【YD通讯标准】 运营级网络地址翻译(NAT)备份技术要求

ICS01.040.35
中华人民共和国通信行业标准
YD/T2729-2014bzxZ.net
运营级网络地址翻译(NAT)备份技术要求Technical specification forcarrier grade NAT device service backup2014-10-14发布
2014-10-14实施
中华人民共和国工业和信息化部发布前
规范性引用文件.
术语、定义和缩略语·
概述·
热备份下CGN设备的技术要求
6冷备份下CGN设备的技术要求
温备份下CGN设备的技术要求·
不同场景下CGN设备的特殊要求·备份场景的分析
YD/T2729-2014
YD/T2729-2014
本标准按照GB/T1.1-2009给出的规则起草。请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任。本标准由中国通信标准化协会提出并归口。本标准起草单位：中兴通讯股份有限公司、工业和信息化部电信研究院、中国电信集团公司、上海贝尔股份有限公司、华为技术有限公司。本标准主要起草人：范亮、马高峰、马军锋。I
1范围
运营级网络地址翻译（NAT）备份技术要求YD/T2729-2014
本标准规定了对CGN设备业务备份技术要求，并对不同应用场景下的特殊要求进行了规定。本标准适用于NAT44、DS-LiteAFTR、NAT64等CGN设备。2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅所注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。IETFRFC6052IPv4/IPv6地址翻译（IPv6AddressingofIPv4/IPv6Translators）3术语、定义和缩略语
3.1术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。3.1.1
冷备份CoolBackup
主用CGN设备与备份CGN设备间不实时同步用户及业务信息，备份设备上无用户状态信息，当网络或设备故障时，用户需要重新与备用CGN设备建立会话的备份方式。3.1.2
热备份HotBackup
主用CGN设备与备份CGN设备间实时同步用户及业务信息，实时在备份设备的转发层面生成用户的转发表项，状态切换后可以直接转发用户流量。3.1.3
温备份WarmBackup
主用CGN设备与备份CGN设备间实时同步用户及业务信息，但只在备份设备的控制层面保存用户及业务信息，待状态切换后，将用户表项下发到转发层面后转发流量。3.2缩略语
下列缩略语适用于本文件。
Address Family Transition RouterBindingInformationBase
Bidirectional ForwardingDetectionBroadband Network Gateway
Carrier Grade NAT
CustomerPremiseEquipment
Internet Service Provider
地址族转换路由器
绑定信息列表
双向转发检测
宽带网络网关
运行级NAT
用户驻地设备
互联网服务提供商
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4概述
NetworkAddressTranslation
Virtual Router Redundancy Protocol4.1CGN部署方式
网络地址转换
虚拟路由器穴余协议
由于IPv4公网地址的短缺，很多ISP希望能够在很多用户之间共享一个IPv4公网地址，每个用户被分配一个私网地址，使用一个位于ISP网络的NAT设备进行私有和公有地址之间的翻译。如图1所示，CGN是一个NAT设备，位于用户和Internet之间，在数据包经过内部网络与外部网络时，CGN对IP地址和端口号进行翻译。
Customer
Premises
4.2CGN业务备份方案
Internal 1 external
Internet
ISPnetwork
图1CGN部署方式
根据不同场景下的应用需求，高可靠性方案可以分为冷备份、热备份和温备份三类。其中，冷备份适用的环境范围较小，实现较为简单：热备份则提供的可靠性等级更高，也能满足多方面的要求：温备份介于冷备份和热备份之间，只在发生网络故障，需要主备切换时，再将转发表项进行下发，继而转发用户流量，能最大化利用设备资源。下面将分章节进行说明。
5热备份下CGN设备的技术要求
5.1热备份概述
热备份方式下，主备CGN设备之间同步用户信息。主CGN设备支持将用户信息、会话信息发送给备用CGN进行备份，主备设备故障后，备用CGN设备切换状态后可以直接转发用户流量，从而维持业务的持续性。
5.2CGN热备份组网
根据CGN多跳和直连场景，可以分成以下两种组网方式。多跳场景下：如图2所示，两台CGN设备之间通过心跳线直连，进行主备选举，主备CGN之间还需建立同步信息传送通道，这些信息包含用户信息与会话信息。两台CGN设备均与下游设备（比如CR）建立路由邻居关系，并且能够通过快速路由收敛实现主备切换。2
Master
Internet
内都网络
图2CGN多跳组网
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直连场景下：如图3所示，此场景下主备CGN设备通过交换机进行主备选举和用户、会话信息的备份，并使用虚拟MAC地址和根据主备状态抑制备用设备等模块的回应，并最终通过交换机的MAC表刷新来达到快速切换的效果。Master
Internet
内部网络
图3CGN单跳组网
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上述组网是热备份设备间的典型组网及相关协议的部署。这里需要注意的是，本规范所述的热备份并非仅仅指双机热备份，考虑到部署成本，设备也应支持多机备份的形式，如图4所示。Internet
Master
用户信息备份
图4多机备份
针对具体网络的部署场景在第9章中规定。5.3CGN设备热备份原理
5.3.1信息实时备份
用户信息备份
Master
热备份是指主用CGN设备与备用CGN设备在切换过程中不被用户感知，因此必须在备份设备上保存用户的实时信息，如用户的会话信息、绑定信息和其他业务信息，这样才能使得用户业务不发生中断，维持之前的网络访问权限，并且用户的一些计费信息也不会由于主用CGN设备的故障而丢失。下面为信息实时备份的过程：
a）主CGN与备份CGN之间必须建立同步备份通道、会话备份通道（如TCP连接），备份CGN接受主CGN发送的备份信息报文，可根据不同的备份组建立不同的同步信息传送通道。b）主CGN必须支持将用户信息，会话信息发送给备份CGN进行备份，备份CGN支持将收到的主CGN上的用户信息下发到对应的接口板的功能模块进行同步；备份CGN支持通知主CGN发送会话备份信息，从而建立热备份环境。c）应支持控制、数据消息分别传送的方式，为控制消息、用户及业务信息建立不同的信息传送通道。5.3.2主备选举
5.3.2.1直连心跳线
通过备份组的两台CGN设备间直连心跳线进行主备选举。通过在主用设备和备用设备之间建立检测链路，并且使用VRRP和BFD进行实例的主备状态选举，主备CGN可以在检测链路上建立备份通道，主用CGN设备可以通过备份通道向备用CGN设备发送备份信息，当主用CGN设备故障的时候，主用4
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CGN设备切换到初始状态，备用CGN切换到主状态，从而达到切换主备状态的目的。在多跳组网和单跳组网场景下都可以通过直连心跳线进行主备选举，如图5和图6所示。Master
5.3.2.2跨交换机
Intermet
VRRP+BED
nernalwor
图5直连心跳线选举
Inteme
VRRP+BFD
内部网络
图6单跳组网下直连心跳线选举
如图7所示，CGN设备将主用、备用设备的用户侧端口或子接口与VRRP进行绑定，通过独立子接口或者共用接入业务子接口建立VRRP连接，进行主备选举。当与交换机的相关链路出现故障时，进行主备选举。
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5.3.3主备切换
5.3.3.1主设备异常触发切换
Intemet
内部网络
图7跨交换机主备选举
当主用CGN设备故障发生时，将关闭检测链路，同时主备设备发生切换：主用CGN设备切切换到初始状态，原备份CGN设备检测到检测链路关闭时，由备状态切换为主状态。图8所示为正常工作状态下流量途经的路径；LINK1表示NAT转换前的流量，LINK2表示NAT转换后的流量，MasterCGN进行NAT转换工作。iternet
Master
内部网络
图8正常工作
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