第193篇：城域网 BRAS 与 CGNAT 部署
关键词
BRAS、宽带远程接入服务器、PPPoE 终结、CGNAT、城域网架构、NAT44、用户管理
一、BRAS 概述
1.1 BRAS 的角色
BRAS（Broadband Remote Access Server，宽带远程接入服务器）是城域网中连接用户和骨干网的核心设备：
用户侧 BRAS 骨干网 | Modem └───────┘ ├───→ | ──PPPoE──┐ 认证授权计费 | PPPoE 终结 ────MPLS────→ | L3VPN | PE | ──→ 骨干 | | --- | --- | --- | --- | --- | --- | | ┌───────┐ ONT └───────┘ | ──PPPoE──┘ 流量统计 | IP 地址分配 QoS 策略执行 | └───────┘ | | --- | --- | --- | --- | └──────┴───────┘ │ RADIUS 服务器
BRAS 的核心功能： 1. 接入终结：终结用户的 PPPoE / IPoE 会话 2. 认证计费：通过 RADIUS 协议与 AAA 服务器交互 3. 地址分配：通过 DHCP / PPP IPCP 为用户分配 IP 4. 策略执行：带宽限速、ACL、QoS 策略 5. 流量汇聚：将用户流量转发到骨干网
1.2 BRAS 在城域网中的位置
┌─────────────────────────────────────┐
│ 骨干网 / 核心层 │
└──────────┬──────────────┬───────────┘
│ │
| SR/PE 路由器 | SR/PE 路由器 | |
|---|---|---|
| │ │ | ||
| ┌────────┴────────────────┴──────────┐ | ||
| │ 汇聚交换机 / OLT │ | ||
| └────────────────────────────────────┘ | ||
| │ │ | ||
| BRAS | BRAS | |
| --- | --- | --- |
| │ │ | ||
| DSLAM | OLT (FTTx) | |
| --- | --- | --- |
| │ │ | ||
| CPE/Modem | ONT | |
| --- | --- | --- |
二、BRAS 部署模式
2.1 集中式 BRAS 部署
DSLAM/OLT（多个）──→ 汇聚网络 ──→ BRAS（集中式）
│
RADIUS + DHCP
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 部署 | 少量 BRAS（2-4 台）覆盖全市 |
| 优点 | 管理集中、授权简单、运维成本低 |
| 缺点 | BRAS 故障影响面大、上行带宽压力大 |
| 适用 | 中小型城域网 |
2.2 分布式 BRAS 部署
区域 A 区域 B
DSLAM ──→ BRAS-A1 DSLAM ──→ BRAS-B1
DSLAM ──→ BRAS-A2 DSLAM ──→ BRAS-B2
│ │
└───────── 骨干核心 ─────────────┘
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 部署 | 每个汇聚区域部署 BRAS |
| 优点 | 故障域小、上行带宽低、延迟低 |
| 缺点 | 设备数量多、运维复杂度高 |
| 适用 | 大型城域网、地市分散 |
2.3 BRAS 池化部署（vBRAS / VNF）
| x86 服务器集群 ┌──────┐ ┌──────┐ ┌──────┐ └──────┘ └──────┘ └──────┘ NFV 基础设施（VIM） | vBRAS1 | vBRAS2 | vBRAS3 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|
| │ | ||||||
| ┌──────┴──────┐ | ||||||
| │ SDN 控制器 │ | ||||||
| └──────┬──────┘ | ||||||
| │ | ||||||
| ┌──────┴──────┐ | ||||||
| │ 汇聚层 │ | ||||||
| └─────────────┘ |
| 特点 | 说明 |
|---|---|
| 部署 | vBRAS 运行在 x86 服务器上，通过 SDN 控制器编排 |
| 优点 | 弹性扩缩、资源池化、降低 TCO |
| 缺点 | 转发性能受限于硬件、初期部署复杂 |
| 适用 | NFV/SDN 化程度高的运营商 |
三、BRAS 关键技术
3.1 PPPoE 会话管理
用户上线流程：
1. PADI（用户广播寻找 BRAS）
2. PADO（BRAS 回复可提供服务）
3. PADR（用户请求建立会话）
4. PADS（BRAS 确认会话，分配 Session ID）
5. LCP 协商（MRU、认证方式）
6. CHAP 认证（用户 → RADIUS）
7. IPCP 协商（分配 IP 地址）
8. 用户可上网
BRAS 上查看 PPPoE 会话：
# 查看 PPPoE 会话
display access-user brief
UserID Username Interface IP MAC
1001 user001@provider GE0/0/0.100 100.1.1.1 aaaa-bbbb-cccc
1002 user002@provider GE0/0/0.100 100.1.1.2 aaaa-bbbb-cccd
# 查看某会话详情
display access-user user-id 1001
Username: user001@provider
IP: 100.1.1.1
MAC: aaaa-bbbb-cccc
Session duration: 01:23:45
Uplink rate: 100 Mbps
Downlink rate: 500 Mbps
3.2 RADIUS 交互
BRAS ──────→ RADIUS Server（认证请求 Access-Request）
←────── RADIUS Server（认证接受 Access-Accept, 含属性）
──────→ Accounting-Request（开始计费）
←────── Accounting-Response
RADIUS 下发的典型属性：
| 属性 | 含义 | 示例值 |
|---|---|---|
| Framed-IP-Address | 用户 IP | 100.1.1.1 |
| Session-Timeout | 会话超时 | 86400 秒 |
| Idle-Timeout | 空闲超时 | 600 秒 |
| Filter-ID | ACL 策略 | "premium_filter" |
| Huawei-Input-Burst-Size | 上行限速 | 10240000 |
| Huawei-Output-Burst-Size | 下行限速 | 102400000 |
四、CGNAT 概述
4.1 为什么需要 CGNAT
IPv4 地址枯竭，运营商面临的问题：
用户数量：500 万
公网 IPv4：100 万（仅够 20% 用户使用）
解决方案：CGNAT（运营商级 NAT），实现 1:N 地址共享
4.2 CGNAT 的部署位置
CGNAT 部署位置
┌──────────────────────────────┐
│ 骨干网 │
└──────────┬───────────────────┘
│
┌──────────┴──────────────┐
│ CGNAT 设备 │ ← 集中式 NAT
└──────────┬──────────────┘
│
┌──────────┴──────────────┐
│ BRAS │ ← 可能集成 CGNAT
└──────────┬──────────────┘
│
┌──────────┴──────────────┐
│ DSLAM / OLT │
└─────────────────────────┘
CGNAT 部署模式：
| 模式 | 位置 | 优点 | 缺点 |
|---|---|---|---|
| 集中式 CGNAT | 骨干网出口 | 统一管理、日志集中 | 单点瓶颈 |
| BRAS 内置 CGNAT | BRAS 板卡 | 减少设备、低延迟 | 性能受限 |
| 分布式 CGNAT | 汇聚节点 | 分布式处理、高可靠 | 管理复杂 |
五、CGNAT 工作原理
5.1 NAT44 地址转换
用户私网 ───→ CGNAT ───→ 公网
私网地址：100.64.0.0/10（运营商保留地址）
公网地址：203.0.113.0/24（有限的公网 IP）
转换方式：
私网 IP:Port ──→ 公网 IP:Port
100.64.1.1:12345 ──→ 203.0.113.1:1024
100.64.1.2:12345 ──→ 203.0.113.1:1025
5.2 端口块分配（Port Block Allocation）
公网 IP: 203.0.113.1
端口范围：0-65535
每个用户分配一个端口块（Port Block）：
用户 A：203.0.113.1 : 1024-2047（1024 个端口）
用户 B：203.0.113.1 : 2048-3071（1024 个端口）
用户 C：203.0.113.1 : 3072-4095（1024 个端口）
...
优势：
1. 日志量减少 1000 倍（记录端口块而非逐条目）
2. 端口分配确定性，便于溯源
3. 支持每用户限端口数
5.3 CGNAT 日志记录
集中式 CGNAT 日志格式（Syslog）：
<134>1 2024-03-15T10:00:00Z CGNAT1 NAT - -
[NAT@32473 src="100.64.1.1" sport="12345"
dst="203.0.113.1" dport="1024"
protocol="6" timestamp="1710489600"]
日志量估算：
逐会话记录：每用户每连接 = 2 条日志（创建+删除）
端口块记录：每用户每秒 1 条审计日志
500 万用户 × 10 连接/秒 = 5000 万条日志/天
六、BRAS + CGNAT 联合部署案例
6.1 组网拓扑
┌──────────────────┐
│ 骨干核心 │
└──────┬───────────┘
│
┌───────────┴────────────┐
│ CGNAT 设备（集群） │
└───────────┬────────────┘
│
┌───────────┴────────────┐
│ BRAS 集群（主备） │
└───────────┬────────────┘
│
┌───────────┴────────────┐
│ 汇聚交换机 │
└───────────┬────────────┘
│
┌───────────┴────────────┐
│ OLT / DSLAM │
└────────────────────────┘
6.2 流量模型
上行流量（用户 → 互联网）：
用户(私网) → OLT → BRAS(终结PPPoE, 限速) → CGNAT(NAT44) → 骨干 → 互联网
下行流量（互联网 → 用户）：
互联网 → 骨干 → CGNAT(反向NAT) → BRAS → OLT → 用户
6.3 关键配置示例
# BRAS PPPoE 基础配置
interface Virtual-Template1
ppp authentication-mode chap
ip address unnumbered interface LoopBack0
remote address pool user_pool # 用户地址池（私网 100.64.0.0/10）
!
# RADIUS 配置
radius-server group isp_radius
radius-server authentication 10.0.1.1 1812
radius-server accounting 10.0.1.1 1813
!
# domain 配置
aaa
domain isp_user
authentication-scheme default
accounting-scheme default
radius-server group isp_radius
# CGNAT 配置（假设 BRAS 内置）
nat instance CGNAT id 1
nat address-group 1 203.0.113.1 203.0.113.100
port-range 1024 65535 block-size 1024 # 每用户 1024 端口
log enable # 启用日志
!
interface GigabitEthernet0/0/0
nat bind instance CGNAT
七、总结
| 知识点 | 核心要点 |
|---|---|
| BRAS 角色 | PPPoE/IPoE 终结、认证计费、地址分配、策略执行 |
| 部署模式 | 集中式（中小型）、分布式（大型）、池化（NFV） |
| PPPoE 流程 | PADI/PADO/PADR/PADS → LCP → CHAP → IPCP |
| CGNAT | 运营商级 NAT44，解决 IPv4 地址不足 |
| 端口块分配 | 每个用户分配固定端口块，减少日志量 |
| 部署位置 | 集中式 CGNAT（骨干出口）、内置 CGNAT（BRAS 板卡） |
八、思考
- BRAS 在城域网中的核心职能有哪些？
- 集中式 BRAS 和分布式 BRAS 各自适用于什么场景？
- CGNAT 的端口块分配机制如何减少日志量？
- PPPoE 用户从拨号到上网的完整流程是怎样的？
- 为什么运营商需要同时部署 BRAS 和 CGNAT？能否合二为一？
下篇预告：第194篇《CGNAT（运营商级 NAT）原理与端口块分配》——深入 CGNAT 的核心机制，详解端口块分配、日志管理和高可用方案。