传统运营商网络架构中，BNG（Broadband Network Gateway）作为用户流量汇聚的关键节点，长期依赖于专有的硬件设备。这些设备价格高昂且形成单点故障，成为制约边缘网络弹性的核心瓶颈。本文聚焦于一种新兴的工程实践：通过 eBPF 与 XDP 技术，将 BNG 功能直接部署在 OLT（光线路终端）硬件上，实现真正意义上的分布式边缘数据平面。
传统架构的局限性
在传统 ISP 架构中，用户流量从 ONT（光网络终端）进入 OLT 后，必须穿越一台集中式 BNG 设备才能到达互联网。这台设备承担着 DHCP 认证、NAT 转换、QoS 策略执行等所有核心功能。其问题显而易见：首先，专有硬件的成本通常在六位数美元以上，且需要厂商持续的技术支持合同；其次，整个网络的可用性依赖于单一设备，一旦 BNG 故障，所有用户同时断网。行业内的传统应对策略是采购更大、更冗余的设备，但这只是将瓶颈上移，并未从根本上解决问题。
将 BNG 功能分布到每个 OLT 站点是更合理的架构方向。用户流量在边缘完成所有处理，无需回传至中心节点。这种模式在超大规模云服务商处已得到验证，但传统 ISP 迟迟未能采用，原因在于传统 BNG 软件假设的是集中式部署，状态管理（IP 分配、セッション维持）难以分布式化，且高性能需求看似必须依赖专用硬件。现代 Linux 内核的 eBPF/XDP 组合正在改变这一局面。
XDP 的三种模式与性能差异
XDP（eXpress Data Path）是 Linux 内核提供的一种可编程数据包处理框架，其核心优势在于能够在数据包到达后、sk_buff 分配之前介入处理。这一时机选择至关重要：传统的内核网络栈在分配 sk_buff 后才进行协议解析、过滤等操作，而 XDP 原生模式在驱动层直接处理，省去了内存分配的开销。根据实际测试，原生模式下的 XDP 程序可实现约 10 微秒的端到端延迟，远优于通用模式。
XDP 提供三种运行模式，工程师必须根据硬件支持情况做出选择。原生模式（Native Mode）需要网卡驱程序的直接支持，程序在驱动上下文中执行，具备最低的延迟和最高的吞吐量，是生产环境的首选。通用模式（Generic Mode）作为回退方案，运行在普通的内核网络栈上，虽然兼容性更好，但性能损失明显。卸载模式（Offload Mode）则更进一步，将 eBPF 程序直接编译到网卡 ASIC 中执行，完全不占用 CPU 资源，但受限于硬件支持范围。对于 OLT 场景，建议优先验证网卡对原生模式的支持情况，这直接决定了数据平面的整体性能上限。
两层 DHCP 架构的设计思路
DHCP 是 BNG 数据平面中最频繁触发的控制平面协议，传统的实现方式在每次用户上线时都需要完整的 IP 分配逻辑，这在高并发场景下会成为瓶颈。该方案的核心洞察是：绝大多数 DHCP 请求来自已知用户的租约续期，而非新用户上线。因此，设计采用了两层架构，将快速路径放在内核，复杂逻辑留在用户空间。
当 DHCP 请求到达时，XDP 程序首先在内核态完成协议解析，提取客户端 MAC 地址并在 eBPF Map 中进行查找。如果缓存命中（成熟系统中的命中率可达 95% 以上），程序直接在 kernel 中构造 DHCP ACK 响应并通过 XDP_TX 返回，整个过程约 10 微秒。只有在缓存未命中时，才通过 XDP_PASS 将请求递交给用户空间的 Go 服务处理。后者查询中央协调服务的缓存，获取预分配的 IP，更新 eBPF Map 并返回响应，延迟约 10 毫秒。这种设计将 95% 以上的流量拦截在 kernel 层，大幅降低了用户空间的处理压力。
IP 分配策略与状态同步
IP 分配时机的选择是另一个关键设计决策。传统方案在 DHCP 阶段实时分配 IP，这要求各分布式节点之间进行复杂的协调以避免冲突。该实现采用了截然不同的策略：IP 分配发生在 RADIUS 认证阶段，而非 DHCP 阶段。当用户通过 RADIUS 认证成功后，中心协调服务根据一致性哈希环（hashring）为该用户分配固定 IP，存入用户记录。DHCP 协议在此变成了纯粹的读取操作，只需查找预分配的 IP 地址，完全消除了分配逻辑对热路径的影响。
这种设计带来了三个实际好处：分布式节点之间天然不会产生 IP 冲突；DHCP 快速路径可以完全在 eBPF 中运行，无需调用用户空间；用户每次上线获得相同的 IP 地址，便于运维和故障定位。当边缘节点与中央服务失联时，现有用户的会话可以依靠本地缓存继续运行，包括 DHCP 租约续期、NAT 转换和 QoS 策略执行，只有新用户认证和配置更新会受影响，体现了真正的离线优先架构理念。
工程实践中的关键参数
在 OLT 硬件上部署此类方案时，有几个工程参数值得关注。目标硬件 Radisys RLT-1600G 这样的白盒 OLT 设备，搭载现代 Linux 内核（5.10 以上版本）即可运行，单台设备可承载 1500 至 2000 名用户，吞吐量覆盖 10 至 40 Gbps 范围。相比传统六位数美元的专用 BNG 设备，成本降至约 7400 美元级别。eBPF 程序通过 bpftool 加载和管理，运维人员仍可使用 tcpdump 等传统工具进行抓包分析，降低了上手门槛。
目前该方案尚未达到生产就绪状态，缺失的环节包括设备认证（TPM 远程认证机制）、IPv6 支持（DHCPv6 与 SLAAC）、完整的 RADIUS 计费功能以及图形化管理界面。对于希望在边缘网络场景中探索软件定义基础设施的团队而言，eBPF/XDP 提供了一条绕过专用硬件依赖的可行路径。
资料来源：Mark Gascoyne 关于分布式 BNG 的工程实践（2026 年 1 月 16 日）。