張桂玉，王保利，馬季春（中訊郵電咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，北京100048）

0 前言

近年來，互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展，根據(jù)CNNIC最新發(fā)布的27次統(tǒng)計(jì)報告：截至2010年12月底，我國網(wǎng)民規(guī)模突破4.5億大關(guān)，達(dá)到4.57億，較2009年底增加7 330萬人；互聯(lián)網(wǎng)普及率攀升至34.3%，較2009年提高5.4%。

用戶數(shù)的持續(xù)增長直接帶來了運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)帶寬的持續(xù)增加，中國聯(lián)通、中國電信兩大運(yùn)營商，骨干網(wǎng)帶寬已經(jīng)分別由2005年的不足1T，增加到目前的20T及22T，增長了數(shù)十倍。

同時隨著用戶數(shù)的不斷增加以及全球IPv4地址分配完畢，中國各運(yùn)營商不得不面對IPv4地址短缺的問題。

本文旨在上述背景下，針對如何更好地保證業(yè)務(wù)的發(fā)展并降低網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本，提出大型互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對策略。

1 制定適合自身的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及優(yōu)化調(diào)整策略

1.1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

根據(jù)國內(nèi)外大型互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的分析，目前大型互聯(lián)網(wǎng)主要采用層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（如核心匯接）或扁平化直連結(jié)構(gòu)。

1.1.1 層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)分層設(shè)計(jì)，網(wǎng)絡(luò)有若干節(jié)點(diǎn)作為核心層，核心間采用網(wǎng)狀直連，連接在不同核心下的節(jié)點(diǎn)通過核心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疏導(dǎo)。網(wǎng)絡(luò)示意如圖1所示。

層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的優(yōu)點(diǎn)，而且由于層次化網(wǎng)絡(luò)的流量在經(jīng)過核心時帶寬可以復(fù)用，所以有時能節(jié)省成本；但是層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也有很多缺點(diǎn)。

圖1 層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

a）由于流量全部通過核心節(jié)點(diǎn)進(jìn)行疏導(dǎo)，所以當(dāng)核心節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障時，對整個網(wǎng)絡(luò)會產(chǎn)生較大影響。

b）對核心設(shè)備的性能要求較高。

c）當(dāng)所轉(zhuǎn)接流量較為分散時，電路轉(zhuǎn)接次數(shù)較多。

d）在流量轉(zhuǎn)接的過程中，可能導(dǎo)致傳輸迂回，降低效率。

1.1.2 扁平化直連結(jié)構(gòu)

扁平化直連網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)沒有明顯的核心，節(jié)點(diǎn)間采用直連電路。網(wǎng)絡(luò)示意如圖2所示。

圖2 扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意

扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有網(wǎng)絡(luò)時延小、流量流向疏導(dǎo)清晰的優(yōu)點(diǎn)，同時網(wǎng)絡(luò)的健壯性好，承載能力強(qiáng)，而且當(dāng)網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求較大時，直接互聯(lián)比經(jīng)過核心轉(zhuǎn)接節(jié)省端口。

扁平化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的主要缺點(diǎn)是互聯(lián)電路方向較多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜。

1.2 優(yōu)化調(diào)整策略

運(yùn)營商應(yīng)從網(wǎng)絡(luò)流量、網(wǎng)絡(luò)流向、業(yè)務(wù)分布及傳輸組織、設(shè)備容量、網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀、國際網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢等方面進(jìn)行分析，結(jié)合自身特點(diǎn)，制定適合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整策略。

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)流量因素

采用分層次的核心匯接結(jié)構(gòu)，可以復(fù)用帶寬，但轉(zhuǎn)發(fā)的同時造成了流量的迂回，轉(zhuǎn)發(fā)的流量越大，迂回造成的浪費(fèi)越大。從理論上看，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)的點(diǎn)到點(diǎn)流量都超過傳輸電路能提供的最大顆粒度時，迂回所造成的浪費(fèi)必然大于復(fù)用所帶來的節(jié)約。

所以對于流量大的節(jié)點(diǎn)間連接采用直連方式效率更高，既可節(jié)省端口資源，又可減輕核心節(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)發(fā)壓力。隨著節(jié)點(diǎn)間網(wǎng)絡(luò)流量的增加，流量大的節(jié)點(diǎn)之間宜采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)直連結(jié)構(gòu)。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)流向因素

當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流向比較集中時，將流量集中的節(jié)點(diǎn)設(shè)置為核心節(jié)點(diǎn)，流量效率較高。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流向比較分散時，采用核心匯接結(jié)構(gòu)必然會導(dǎo)致流量迂回中轉(zhuǎn)，造成浪費(fèi)，更適宜采用扁平化直連結(jié)構(gòu)。

現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)流量中P2P流量是主要的網(wǎng)絡(luò)流量，根據(jù)流量檢測，P2P流量通常會占50%～60%，占用骨干網(wǎng)大量出口帶寬。P2P服務(wù)模式下，網(wǎng)絡(luò)流量分布逐漸分散，不具備明顯集中的節(jié)點(diǎn)，流量流向隨著用戶數(shù)的增加持續(xù)增長。因此在主要節(jié)點(diǎn)之間宜采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)直連結(jié)構(gòu)。

1.2.3 業(yè)務(wù)分布及傳輸組織因素

受行業(yè)拆分、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素影響，各運(yùn)營商業(yè)務(wù)發(fā)展基本都呈區(qū)域性不平衡，而流量高的地區(qū)一般經(jīng)濟(jì)條件較好、業(yè)務(wù)量較好、傳輸資源也較為豐富，所以建議，在這樣的節(jié)點(diǎn)間可根據(jù)流量情況，采取扁平化的網(wǎng)絡(luò)直連結(jié)構(gòu)；而對于業(yè)務(wù)量小、經(jīng)濟(jì)條件不發(fā)達(dá)的流量較小區(qū)域則采用層次化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)各節(jié)點(diǎn)流量的具體情況，進(jìn)行整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及優(yōu)化。

1.2.4 設(shè)備容量因素

核心匯接結(jié)構(gòu)的流量一般較為集中，由于主要流量都需要通過核心節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接，這樣對于核心節(jié)點(diǎn)的設(shè)備能力要求高。目前大容量的路由器設(shè)備發(fā)展受到各種硬件發(fā)展限制，例如光器件、內(nèi)存讀寫、單位功耗等，而且一般情況下，新的設(shè)備自發(fā)布后需要有2～3年的成熟期。

所以在網(wǎng)絡(luò)規(guī)模仍高速增長的情況下，不能完全寄希望于依靠單設(shè)備的硬件性能發(fā)展，而要通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)來解決流量快速增長的問題。針對流量快速增長的地區(qū)，通過網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以緩解目前網(wǎng)絡(luò)中每節(jié)點(diǎn)的流量壓力。 因此，為降低網(wǎng)絡(luò)對單設(shè)備容量的壓力，宜在流量壓力大的節(jié)點(diǎn)間采用扁平化直連結(jié)構(gòu)。

1.2.5 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀因素

由于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀對于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整的成本起著直接的影響，所以網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀因素也是考慮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整目標(biāo)的重要因素。

1.2.6 國際趨勢因素

面對高速增長的互聯(lián)網(wǎng)流量和居高不下的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，國際大型互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營商都趨向于采用扁平化的網(wǎng)絡(luò)以降低互聯(lián)網(wǎng)成本、提高效率，扁平化直連結(jié)構(gòu)符合國際趨勢。

同時為了適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，流量策略也應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)策略調(diào)整的原則在于在保持現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)策略的基礎(chǔ)上，進(jìn)行適度調(diào)整，網(wǎng)絡(luò)策略要簡單、明晰，避免每次網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)調(diào)整后進(jìn)行較多及較細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)策略配置。

綜上所述，大帶寬下，大型互聯(lián)網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)整方面應(yīng)結(jié)合上述提到的因素，因地制宜制定相應(yīng)的優(yōu)化調(diào)整目標(biāo)。

2 以用戶數(shù)為基數(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和帶寬擴(kuò)容

網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的設(shè)備擴(kuò)容依據(jù)為網(wǎng)絡(luò)帶寬的擴(kuò)容，而網(wǎng)絡(luò)帶寬主要與寬帶用戶數(shù)、每用戶平均帶寬、忙時集中系數(shù)、出省比例、中繼帶寬利用率、用戶平均帶寬占用率等有關(guān)。

事實(shí)上，隨著互聯(lián)網(wǎng)中P2P流量逐漸增加，使得整個網(wǎng)絡(luò)中個人用戶既是內(nèi)容提供者又是內(nèi)容的索取者，整個網(wǎng)絡(luò)的流量流向模型與用戶的分布關(guān)聯(lián)性更強(qiáng)，即與用戶數(shù)的規(guī)模成正比，對于整個網(wǎng)絡(luò)來說，整個網(wǎng)絡(luò)的流向與用戶關(guān)聯(lián)，更加分散；而非傳統(tǒng)C/S服務(wù)模式下，通常集中于傳統(tǒng)的信息源所在地，例如北京、上海、廣州等。

根據(jù)對網(wǎng)絡(luò)流量的分析，可以得出以下結(jié)論。

a）網(wǎng)絡(luò)流量與用戶數(shù)的發(fā)展有一定的關(guān)系，且隨著用戶量的增長，網(wǎng)絡(luò)流量呈增長趨勢。

b）從區(qū)域性的角度來說，長三角、珠三角、東三省等區(qū)域互訪流量相對較多，就是說地域?qū)W(wǎng)絡(luò)流量是有一定影響的。

所以在網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)擴(kuò)容中，應(yīng)該考慮以用戶數(shù)為基數(shù)，結(jié)合各節(jié)點(diǎn)的區(qū)域及發(fā)展特點(diǎn)及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整方案對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行擴(kuò)容。

3 大容量設(shè)備及大顆粒度電路應(yīng)用

網(wǎng)絡(luò)帶寬和設(shè)備的不斷增加及擴(kuò)容，造成的能耗、空間需求的進(jìn)一步增大，迫切需要持續(xù)做出更高容量的產(chǎn)品，更高容量的線路板和接口，在網(wǎng)絡(luò)流量增加的同時，傳輸及路由器技術(shù)也在同步發(fā)展，在現(xiàn)有40G速率的基礎(chǔ)上，IEEE于2010年2月正式發(fā)布了100GE的標(biāo)準(zhǔn)。

100G板卡的誕生、相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定及相關(guān)解決方案的推出及商用測試，為上述問題的解決提供了新的辦法。

在路由器方面，采用100G板卡及其設(shè)備，一方面可以提高單端口容量，另一方面可以采用路由器集群技術(shù)；在光纖容量上，一方面增加光纖的數(shù)目，另一方面提高單光纖系統(tǒng)本身的容量，適當(dāng)減少網(wǎng)絡(luò)電路數(shù)量，提高匯聚的效率。

未來兩年，應(yīng)該是100G端到端解決方案商用的關(guān)鍵時期，對于大型互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)來說，100G、200G、400G及更大容量、更長距離系統(tǒng)的引入也將是未來發(fā)展中關(guān)鍵的技術(shù)策略。

4 存儲源下移以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬

視頻業(yè)務(wù)以其隨時、隨意、隨便的操作效果和更佳的用戶體驗(yàn)將吸引大量新增用戶。視頻業(yè)務(wù)引入電信網(wǎng)絡(luò)后，顛覆了以前的帶寬收斂模型，使得網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力劇增。導(dǎo)致接入網(wǎng)帶寬快速增長、城域網(wǎng)互聯(lián)接口不斷擴(kuò)容。

視頻業(yè)務(wù)不遵循IP統(tǒng)計(jì)復(fù)用原則，大量的視頻應(yīng)用將降低城域網(wǎng)的收斂比，增大城域帶寬需求。從經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來看，從業(yè)務(wù)到城域網(wǎng)匯聚層的收斂比中，互聯(lián)網(wǎng)上網(wǎng)業(yè)務(wù)的收斂比為1∶10，而以IPTV為主業(yè)務(wù)的收斂比是1∶2。視頻和P2P帶來的帶寬壓力將重點(diǎn)體現(xiàn)在城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)上，需要采取措施優(yōu)化流量。一是要優(yōu)化視頻點(diǎn)播和時移電視流量，靜態(tài)存儲可部署在離用戶近的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)以換取更多的帶寬；二是要優(yōu)化IPTV單播流量，緩存可以部署在不同的網(wǎng)絡(luò)位置實(shí)現(xiàn)不同程度的帶寬節(jié)省；三是優(yōu)化互聯(lián)網(wǎng)P2P流量，業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)和DIP同時下移到網(wǎng)絡(luò)邊緣，實(shí)現(xiàn)P2P下載流量在城域網(wǎng)內(nèi)部本地疏導(dǎo)。

通過以上優(yōu)化措施，可以減少視頻流對帶寬的浪費(fèi)，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)帶寬，進(jìn)而節(jié)約網(wǎng)絡(luò)成本。

5 制定IPv6引入策略，解決IPv4地址不足

IPv4是現(xiàn)有通用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的當(dāng)前版本。事實(shí)證明，該版本穩(wěn)固耐用、便于實(shí)施，且能夠和多種協(xié)議及應(yīng)用設(shè)備良好協(xié)同。盡管IPv4自20世紀(jì)80年代初首次確立以來就幾乎未曾改動，但是其始終支持互聯(lián)網(wǎng)的升遷，一直發(fā)展到目前的全球規(guī)模。然而，隨著互聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)不斷地突飛猛進(jìn)，IPv4在互聯(lián)網(wǎng)的目前規(guī)模與復(fù)雜性面前已暴露其不足之處。IPv6是專為彌補(bǔ)這些不足而開發(fā)出來的，以便讓互聯(lián)網(wǎng)能夠進(jìn)一步發(fā)展壯大。IPv6所解決的最重要問題就是增加IP地址的需要。

2011年3月IANA宣布IPv4地址分配完畢，對于中國運(yùn)營商來說，IPv4地址短缺也成了必須要面對的問題。因此一方面需要加強(qiáng)剩余IP地址資源的合理規(guī)劃使用工作,另一方面應(yīng)通過技術(shù)試驗(yàn)、標(biāo)準(zhǔn)制定等一系列工作進(jìn)一步推動IPv6的應(yīng)用，做好IPv6相關(guān)地址資源的規(guī)劃工作。

IPv6的實(shí)施部署，涉及到終端、接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)、支撐系統(tǒng)等各個層面的支持。除IPv6組網(wǎng)自身所需的技術(shù)，包括路由、組播、VPN等外，IPv4到IPv6的過渡演進(jìn)過程中還需要相關(guān)過渡技術(shù)包括雙棧、隧道、翻譯等，運(yùn)營商應(yīng)針對目前互聯(lián)網(wǎng)迅速發(fā)展而IPv4地址不足的情況，制定IPv6的引入策略，并積極試點(diǎn)，為IPv4不足可能帶來的帶寬業(yè)務(wù)無法開展的問題做準(zhǔn)備。

6 結(jié)束語

互聯(lián)網(wǎng)高速發(fā)展的時代，作為大型互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)提供者，應(yīng)從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)帶寬擴(kuò)容、新技術(shù)應(yīng)用等各個方面制定相應(yīng)的技術(shù)策略，以最小建設(shè)成本保證業(yè)務(wù)的最好開展，同時為下一代互聯(lián)網(wǎng)做必要的準(zhǔn)備。