朱永慶，黃曉瑩，張文強(qiáng)

（1. 中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630；2. 中國電信集團(tuán)公司，北京 100032）

云網(wǎng)協(xié)同時代運(yùn)營商IP承載網(wǎng)發(fā)展

朱永慶1，黃曉瑩1，張文強(qiáng)2

（1. 中國電信股份有限公司廣州研究院，廣東 廣州 510630；2. 中國電信集團(tuán)公司，北京 100032）

IP承載網(wǎng)作為Internet的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在云網(wǎng)協(xié)同發(fā)展背景下其作用越發(fā)重要。萬物互聯(lián)時代，IP承載網(wǎng)的演進(jìn)逐步從以網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展為中心向以用戶為中心轉(zhuǎn)變。在對運(yùn)營商IP承載網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合業(yè)務(wù)與技術(shù)研究，提出了基于“體驗(yàn)圈”的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展思路?！绑w驗(yàn)圈”從流量的區(qū)域匯聚特性切入，以用戶體驗(yàn)為核心對架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，同時，對傳輸層以及應(yīng)用層的協(xié)同提出建議。

IP承載網(wǎng)；軟件定義網(wǎng)絡(luò)；體驗(yàn)圈；IP—傳輸協(xié)同

1 引言

IP承載網(wǎng)由IP骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)與IDC（internet data center，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）等構(gòu)成，與用戶網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)成了Internet的主體。作為用戶網(wǎng)絡(luò)的連接紐帶與承載平臺，IP承載網(wǎng)在Internet的發(fā)展過程中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。云計(jì)算、視頻、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的發(fā)展以及SDN（software defined networking，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（network functions virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）等技術(shù)的出現(xiàn)催生了“云網(wǎng)協(xié)同”時代。長期以來，IP承載網(wǎng)一直在業(yè)務(wù)需求與技術(shù)發(fā)展等因素的推動下持續(xù)平穩(wěn)演進(jìn)。在云網(wǎng)協(xié)同發(fā)展的今天，業(yè)務(wù)與技術(shù)都出現(xiàn)了新的變化，并為IP承載網(wǎng)的發(fā)展帶來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，因此需要深入探討。

2 互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展趨勢

互聯(lián)網(wǎng)誕生于20世紀(jì)70年代，隨著網(wǎng)絡(luò)空間與物理空間的逐步融合，互聯(lián)網(wǎng)正在從最初的單純數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)逐步向“萬物互聯(lián)（internet of everything，IoE）”網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。這個過程伴隨著IDC設(shè)施的云化以及終端類型的多樣化?，F(xiàn)階段，3類互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)推動著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展。

· 云計(jì)算相關(guān)業(yè)務(wù)：云計(jì)算是一種技術(shù)，更是一種理念。在云計(jì)算出現(xiàn)之前，盡管IP網(wǎng)絡(luò)具有傳送、計(jì)算與存儲等功能，但長期以傳送功能為主。云計(jì)算技術(shù)的出現(xiàn)，極大加速了IP網(wǎng)絡(luò)功能向計(jì)算、存儲等領(lǐng)域的拓展，使得“云”“網(wǎng)”逐步融合進(jìn)而形成“XaaS（一切皆服務(wù)）”的態(tài)勢。云計(jì)算相關(guān)應(yīng)用的出現(xiàn)與發(fā)展進(jìn)一步推動了網(wǎng)絡(luò)東西向流量的增長，使網(wǎng)絡(luò)流量流向呈現(xiàn)變化快、突發(fā)性強(qiáng)以及更加離散等特征，對網(wǎng)絡(luò)的資源動態(tài)配置能力提出了極高要求。

· 視頻業(yè)務(wù)：視頻是當(dāng)今第一大互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。思科公司2016年發(fā)布的VNI（visual networking index）報(bào)告顯示，2020年互聯(lián)網(wǎng)視頻流量將占全球互聯(lián)網(wǎng)流量的 79%。用戶對視頻體驗(yàn)的不斷追求推動著視頻業(yè)務(wù)向超高清和沉浸感體驗(yàn)發(fā)展，4K、8K、VR（virtual reality，虛擬現(xiàn)實(shí)）以及 AR（augmented reality，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）等視頻應(yīng)用將不斷涌現(xiàn)，帶來更加極致的視頻體驗(yàn)。相對于其他業(yè)務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)視頻具有大流量、高感知、長連接和高并發(fā)的特點(diǎn)，且在熱點(diǎn)效應(yīng)下極易出現(xiàn)突發(fā)的“大象流”，對IP承載網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生非常大的沖擊，需要網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的彈性承載能力。

· 物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用：物聯(lián)網(wǎng)擴(kuò)大了互聯(lián)網(wǎng)的內(nèi)涵，顛覆了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用思路，豐富了終端類型，將催生出更加豐富、更深層次的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和業(yè)務(wù)。從現(xiàn)有需求與技術(shù)發(fā)展來看，未來一段時間，物聯(lián)網(wǎng)仍以M2M（machine-to-machine）通信為主（數(shù)據(jù)量小，本地連接較多），盡管連接數(shù)量巨大，甚至出現(xiàn)部分可靠性、即時性需求，但還不足以對現(xiàn)有IP網(wǎng)絡(luò)形成較大沖擊。未來，5G場景下物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是否出現(xiàn)“井噴式”發(fā)展并對IP承載網(wǎng)產(chǎn)生較大影響，需要持續(xù)關(guān)注。

由此可見，云計(jì)算、視頻等業(yè)務(wù)所導(dǎo)致的高通量、高突發(fā)、高并發(fā)、長連接以及流量流向離散等流量行為，將對IP網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。盡管可以通過CDN部署、DC分布化等方式緩解流量對網(wǎng)絡(luò)的沖擊，但在業(yè)務(wù)云化的趨勢下，仍難以通過局部優(yōu)化實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)協(xié)同發(fā)展，需要從IP網(wǎng)絡(luò)整體架構(gòu)尋求解決之道。

3 IP承載網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)

IP承載網(wǎng)涵蓋骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、IDC等網(wǎng)絡(luò)，是信息傳輸?shù)母咚偻ǖ?。云網(wǎng)協(xié)同需要IP骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)以及IDC的共同推進(jìn)，其協(xié)同演進(jìn)及發(fā)展對實(shí)現(xiàn)云網(wǎng)協(xié)同至關(guān)重要。

3.1 IP承載網(wǎng)現(xiàn)狀

IP承載網(wǎng)中，城域網(wǎng)及IDC網(wǎng)絡(luò)除流量轉(zhuǎn)發(fā)外，主要承擔(dān)用戶、應(yīng)用及網(wǎng)絡(luò)資源的聚合角色，通常屬于區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)，需要IP骨干網(wǎng)作為連接紐帶。IP骨干網(wǎng)屬于跨地域網(wǎng)絡(luò)，各運(yùn)營商運(yùn)營理念以及發(fā)展思路的不同導(dǎo)致了IP骨干網(wǎng)形態(tài)的差異。從業(yè)務(wù)運(yùn)營的角度，IP骨干網(wǎng)可分為單一網(wǎng)絡(luò)融合承載與多業(yè)務(wù)分離承載兩類。單一網(wǎng)絡(luò)融合承載將所有業(yè)務(wù)承載在同一張IP骨干網(wǎng)上（必要時可根據(jù)業(yè)務(wù)質(zhì)量實(shí)施差異化承載），美國AT&T的IP骨干網(wǎng)即屬此類網(wǎng)絡(luò)。多業(yè)務(wù)分離承載則是根據(jù)業(yè)務(wù)定位，將不同服務(wù)質(zhì)量要求的業(yè)務(wù)承載在不同 IP骨干網(wǎng)上，中國電信利用ChinaNet和CN2分別承載不同業(yè)務(wù)，就是在IP骨干網(wǎng)層面實(shí)施多業(yè)務(wù)分離承載的范例。另外，根據(jù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，IP骨干網(wǎng)又可分為匯聚型網(wǎng)絡(luò)和格狀網(wǎng)絡(luò)。匯聚型網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的前提在于網(wǎng)絡(luò)中存在流量規(guī)模較大的核心節(jié)點(diǎn)，因而匯聚型網(wǎng)絡(luò)的普通節(jié)點(diǎn)通常通過核心節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)流量交互，而較少關(guān)注節(jié)點(diǎn)間距離等因素。格狀網(wǎng)絡(luò)則將節(jié)點(diǎn)間距離作為主要設(shè)計(jì)參數(shù)，不設(shè)置核心節(jié)點(diǎn)，相鄰節(jié)點(diǎn)間保證絕對可達(dá)（但不強(qiáng)調(diào)所有節(jié)點(diǎn)全連接）。隨著IP流量持續(xù)增長以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化等因素，上述兩種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有逐步融合的趨勢。

3.2 IP承載網(wǎng)面臨挑戰(zhàn)

盡管運(yùn)營方式與網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洳煌?，但隨著業(yè)務(wù)發(fā)展與IP流量的持續(xù)增長，運(yùn)營商IP承載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展進(jìn)入一個瓶頸期，主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）擴(kuò)展性不足

網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益豐富與IP流量的不斷增長需要網(wǎng)絡(luò)持續(xù)擴(kuò)展。IP承載網(wǎng)的擴(kuò)展性主要取決于網(wǎng)絡(luò)容量的可擴(kuò)展性，而容量的擴(kuò)展則體現(xiàn)為節(jié)點(diǎn)規(guī)模的擴(kuò)展與節(jié)點(diǎn)自身的擴(kuò)展。IP網(wǎng)絡(luò)屬于分布式網(wǎng)絡(luò)，每個節(jié)點(diǎn)都同時擔(dān)負(fù)著路由決策與轉(zhuǎn)發(fā)功能，當(dāng)節(jié)點(diǎn)數(shù)量較大時，業(yè)務(wù)布放速度與網(wǎng)絡(luò)收斂速度會受到較大影響。因此，在IP承載網(wǎng)中，節(jié)點(diǎn)數(shù)量相對穩(wěn)定，通常不會出現(xiàn)數(shù)量大幅增加的情況，網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性更多依賴于節(jié)點(diǎn)自身的擴(kuò)展。IP承載網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)由路由器組成，受限于散熱、芯片工藝等技術(shù)的發(fā)展，路由器一般2～3年容量提升一倍，其容量的提升速度低于全球IP流量的增長速率。集群路由器（通過中央框、線卡框的方式擴(kuò)展路由器容量，而對外呈現(xiàn)為單臺路由器）的出現(xiàn)可在一定程度上緩解此矛盾，盡管集群路由器容量理論上可達(dá)到64個線卡框（線卡框在非集群狀態(tài)下可作為獨(dú)立路由器使用，因此64個線卡框的集群路由器容量相當(dāng)于64臺獨(dú)立路由器）甚至更高，但由于集群路由器對機(jī)房的空間、電源和承重都有極高的要求，因此，在工程實(shí)現(xiàn)上，單機(jī)房集群路由器通常不超過9個線卡框，這對網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性提出了較大挑戰(zhàn)。

（2）業(yè)務(wù)適配性差

傳統(tǒng)IP承載網(wǎng)強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)的高速轉(zhuǎn)發(fā)功能，較少考慮對上層業(yè)務(wù)的適配，主要表現(xiàn)在：IP網(wǎng)絡(luò)遵循TCP/IP協(xié)議棧的分層原則，上層應(yīng)用與IP層相對獨(dú)立，難以根據(jù)IP網(wǎng)絡(luò)資源等信息優(yōu)化配置。這樣不僅容易導(dǎo)致局部網(wǎng)絡(luò)性能劣化，也不利于業(yè)務(wù)體驗(yàn)的提升；路由器等傳統(tǒng)網(wǎng)元強(qiáng)調(diào)互聯(lián)接口與協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，采用封閉的軟硬件設(shè)計(jì)方式，網(wǎng)絡(luò)能力與硬件能力強(qiáng)相關(guān)，網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用之間缺乏有效的協(xié)同/溝通機(jī)制。當(dāng)新業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)提出新的能力要求時，通常需要升級甚至替換IP網(wǎng)元才能滿足要求。

（3）流量調(diào)度手段有限

有效的流量調(diào)度可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源利用率以及業(yè)務(wù)體驗(yàn)的提升，是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營能力的重要體現(xiàn)。隨著業(yè)務(wù)云化，大規(guī)模分布式計(jì)算使得流量的突發(fā)性及離散性增強(qiáng)，網(wǎng)絡(luò)需具備更智能的流量調(diào)度能力。目前，IP網(wǎng)絡(luò)采用PHB（per hop behavior，逐跳轉(zhuǎn)發(fā)）方式，各節(jié)點(diǎn)獨(dú)立決策，因此，無法實(shí)現(xiàn)流量的全局調(diào)度。另外，IP路由協(xié)議在路由決策時幾乎不考慮鏈路質(zhì)量、帶寬以及時延等參數(shù)（OSPF、ISIS等鏈路狀態(tài)協(xié)議在設(shè)計(jì)之初考慮了相關(guān)因素，但并未真正付諸應(yīng)用。MPLS轉(zhuǎn)發(fā)依賴于路由協(xié)議所確定的可達(dá)性，也不能從根本上解決該問題），對網(wǎng)絡(luò)資源缺乏全局動態(tài)感知，從而無法對流量實(shí)施有效動態(tài)調(diào)度。

4 新技術(shù)的影響

IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展是一個技術(shù)與業(yè)務(wù)雙輪驅(qū)動的過程。近年來，隨著軟硬件技術(shù)特別是IT技術(shù)的發(fā)展，催生了虛擬化等一系列新技術(shù)，為IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展注入了新的活力。以虛擬化為代表的一系列新技術(shù)開始改變信息化基礎(chǔ)設(shè)施的構(gòu)建理念，同時影響著IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。

4.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化本質(zhì)上是在對軟硬件資源邏輯抽象的基礎(chǔ)上，通過對邏輯單元、流程等以更靈活顆粒度進(jìn)行優(yōu)化組合，從而實(shí)現(xiàn)功能重構(gòu)和性能增強(qiáng)的一種方式。IP網(wǎng)絡(luò)目前諸多問題的根源在于其基于傳統(tǒng)網(wǎng)元的分布式組網(wǎng)方式以及“面向問題”的發(fā)展模式（目前IETF有效的標(biāo)準(zhǔn)文檔超過8 000個，基本都是針對特定問題而提出的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)），而虛擬化技術(shù)則為 IP網(wǎng)絡(luò)后續(xù)的發(fā)展提供了技術(shù)基礎(chǔ)。虛擬化技術(shù)目前可分為計(jì)算虛擬化、存儲虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化3類。網(wǎng)絡(luò)虛擬化基于物理拓?fù)鋵W(wǎng)絡(luò)連通能力進(jìn)行抽象，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的多層次靈活隔離、共享與快速部署。網(wǎng)絡(luò)虛擬化與服務(wù)器虛擬化、存儲虛擬化等技術(shù)結(jié)合，可充分發(fā)揮IP網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算與存儲能力，從而大大提升網(wǎng)絡(luò)彈性與可擴(kuò)展性。虛擬化技術(shù)也將推動云網(wǎng)協(xié)同進(jìn)程，在對IP承載網(wǎng)架構(gòu)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的同時，進(jìn)一步加速了網(wǎng)絡(luò)流量流向的離散與突變趨勢，對網(wǎng)絡(luò)的敏捷度與響應(yīng)能力提出更高要求。

4.2 SDN技術(shù)

SDN定義了一種在轉(zhuǎn)控分離模式下信令、資源等信息的交互機(jī)制。這種機(jī)制保證了上層應(yīng)用通過可編程接口與下層網(wǎng)絡(luò)資源的交互效率，從而使網(wǎng)絡(luò)更高效、敏捷，同時提升集約能力。

SDN在實(shí)踐過程中逐漸發(fā)展出三大流派。以O(shè)NF（Open Networking Foundation，開放網(wǎng)絡(luò)基金會）為代表的革命派，主張對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行根本性變革，網(wǎng)絡(luò)控制層被完全抽離，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)只做純粹的數(shù)據(jù)交換。從產(chǎn)業(yè)鏈的支持力度看，該模式短時間內(nèi)難以在IP承載網(wǎng)推廣。由設(shè)備廠商主導(dǎo)的overlay派，主張通過疊加的邏輯平面屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)，目前主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，解決云環(huán)境下數(shù)據(jù)中心的擴(kuò)展性問題，尚未在運(yùn)營商IP網(wǎng)絡(luò)有成熟商用。由設(shè)備廠商主導(dǎo)的改良派，提出通過開放網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接口的方式向上層應(yīng)用提供適配的資源與能力（網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)仍可保留一定程度的控制平面與自主控制權(quán)）。這種方式對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)改動較少，較適合在過渡期間引入部署（初期聚焦于局部流量調(diào)度，通過引入集中化的控制技術(shù)，提升流量調(diào)度的靈活性）。

4.3 NFV技術(shù)

NFV是由運(yùn)營商主導(dǎo)提出的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，旨在通過軟硬件解耦的方式，降低設(shè)備成本并提升資源調(diào)度能力和業(yè)務(wù)部署靈活性。NFV進(jìn)一步加速了IT與CT技術(shù)的融合，為IP網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展提供新的思路。

目前，基于x86架構(gòu)的NFV解決方案，其處理能力遠(yuǎn)低于基于NP/ASIC的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要適用于計(jì)算密集型和業(yè)務(wù)功能豐富的應(yīng)用場景（如 vRR、vCPE、vBNG 等）。核心路由器等以高速轉(zhuǎn)發(fā)功能為主的IP承載網(wǎng)網(wǎng)元，在通用硬件或開源硬件技術(shù)取得突破之前，不會NFV化。

5 IP承載網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)思路

在可預(yù)見的未來，“Everything over IP, IP over everything”仍是互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的基調(diào)。IP網(wǎng)絡(luò)在過去的演進(jìn)過程中始終強(qiáng)調(diào)分層解耦以及自身容量和效率的提升，在與上層應(yīng)用、底層資源的協(xié)同方面較為欠缺，整體運(yùn)行效率難以最優(yōu)化。云網(wǎng)協(xié)同背景下，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展逐漸轉(zhuǎn)向以用戶體驗(yàn)為中心，多業(yè)務(wù)融合承載將成為主流。為滿足互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展需求，IP承載網(wǎng)的發(fā)展需要聚焦在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化、IP—傳輸協(xié)同、網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用協(xié)同等方面。

5.1 架構(gòu)優(yōu)化

云網(wǎng)協(xié)同條件下，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的即時性成為用戶體驗(yàn)的第一要素。長期以來，IP承載網(wǎng)的核心訴求是對數(shù)據(jù)分組的快速和可靠轉(zhuǎn)發(fā)，流量整體優(yōu)化是其主要目標(biāo)。長期以來，IP承載網(wǎng)的架構(gòu)優(yōu)化以網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃周期內(nèi)流量的宏觀效率提升為基礎(chǔ)，IP骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)、IDC優(yōu)化缺乏有效協(xié)同，架構(gòu)保持相對穩(wěn)定但難以應(yīng)對短期內(nèi)流量與應(yīng)用大幅度的變化。為提升包括即時性在內(nèi)的用戶體驗(yàn)，同時應(yīng)對流量的快速變化，需要以“體驗(yàn)圈”為核心推動IP承載網(wǎng)的組網(wǎng)優(yōu)化。

IP網(wǎng)絡(luò)中，體驗(yàn)圈即具有相同/相似流量與用戶特征、以特定地域范圍為核心形成的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。體驗(yàn)圈所涵蓋的區(qū)域，其經(jīng)濟(jì)、文化或政治聯(lián)系較為緊密，用戶之間溝通頻繁，內(nèi)容源相對集中，用戶行為與流量特征也存在一定相似性。一般來講，流量匯聚比例超過50%即可從IP網(wǎng)絡(luò)角度劃分為同一區(qū)域。以此類區(qū)域?yàn)榛A(chǔ)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)調(diào)整，將使網(wǎng)絡(luò)流量流向更為有序和集中，從而可保證區(qū)域內(nèi)的用戶體驗(yàn)。在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，IP骨干網(wǎng)通常與IDC、城域網(wǎng)相連。組建體驗(yàn)圈，即將具有相同/相似流量特征的IP骨干網(wǎng)、IDC和城域網(wǎng)通過一定的連接法則聚合，形成特定地域范圍內(nèi)、具有較高網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)的網(wǎng)絡(luò)體系。由于流量、用戶等特征的趨同性，通過把內(nèi)容源、骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)有效地組織起來，可以更好地適應(yīng)流量的變化。IP骨干網(wǎng)作為體驗(yàn)圈的重要組成部分，是連接體驗(yàn)圈內(nèi)各網(wǎng)絡(luò)區(qū)域（如城域網(wǎng)與IDC間、IDC之間以及城域網(wǎng)之間等）的重要通道。因此，基于體驗(yàn)圈的 IP承載網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化應(yīng)以骨干網(wǎng)為切入點(diǎn)。

具體而言，在骨干網(wǎng)內(nèi)首先根據(jù)體驗(yàn)圈所確定的地域范圍設(shè)置區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)。區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)是IP骨干網(wǎng)的樞紐節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)圈內(nèi)外流量的疏導(dǎo)與轉(zhuǎn)接。為保證區(qū)域內(nèi)主要流量（如大型城域網(wǎng)訪問大型IDC、大型城域網(wǎng)間互訪等）不發(fā)生路徑繞轉(zhuǎn)，區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)應(yīng)設(shè)置在大型 IDC或城域網(wǎng)所在地市。考慮到組網(wǎng)頑健性等因素，在同一體驗(yàn)圈內(nèi)需至少部署一對骨干網(wǎng)區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)。為擴(kuò)大體驗(yàn)圈的覆蓋范圍及提升連接效率，除區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)外，某些區(qū)域還存在區(qū)域接入節(jié)點(diǎn)。區(qū)域接入節(jié)點(diǎn)可基于行政區(qū)域、地域范圍和節(jié)點(diǎn)重要性等因素設(shè)置，該類節(jié)點(diǎn)主要負(fù)責(zé)本地流量的接入與轉(zhuǎn)發(fā)，通常不與區(qū)域外節(jié)點(diǎn)連接。為保證體驗(yàn)圈內(nèi)的流量效率，同一體驗(yàn)圈內(nèi)的節(jié)點(diǎn)連接原則為：中心節(jié)點(diǎn)之間全互聯(lián)；接入節(jié)點(diǎn)采用雙歸方式與一對或多對中心節(jié)點(diǎn)連接；接入節(jié)點(diǎn)間可根據(jù)流量規(guī)模按需互聯(lián)，最終形成星型或半網(wǎng)狀連接。

體驗(yàn)圈內(nèi)，區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)、接入節(jié)點(diǎn)構(gòu)成了IP骨干網(wǎng)的區(qū)域性網(wǎng)絡(luò)。體驗(yàn)圈內(nèi)的城域網(wǎng)、IDC等則根據(jù)流量規(guī)模、重要性等確定與區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)或接入節(jié)點(diǎn)的連接方式。通常情況下，為保證不同區(qū)域之間流量路徑最短，區(qū)域中心節(jié)點(diǎn)之間可采用全網(wǎng)狀（full mesh）方式互聯(lián)?；隗w驗(yàn)圈的IP承載網(wǎng)模型如圖1所示。

圖1 基于體驗(yàn)圈的IP承載網(wǎng)模型

以體驗(yàn)圈為核心的架構(gòu)優(yōu)化已在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中實(shí)施。以西南某區(qū)域?yàn)槔?，該區(qū)域內(nèi)所有省份流量匯聚比例達(dá)62%，屬典型的體驗(yàn)圈區(qū)域。將該區(qū)域看作一個整體進(jìn)行各網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)協(xié)同設(shè)計(jì)，將使帶寬布放更有效率。具體來講，則是以區(qū)域?yàn)檎w進(jìn)行連接優(yōu)化，提升區(qū)域內(nèi)連通比例，適當(dāng)減少跨區(qū)域長途連接。區(qū)域內(nèi)設(shè)置IP骨干網(wǎng)雙核心，所有省份的接入節(jié)點(diǎn)雙掛核心，城域網(wǎng)、IDC網(wǎng)絡(luò)通過骨干接入節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)互聯(lián)；區(qū)域外，采用核心雙節(jié)點(diǎn)一體化設(shè)計(jì)，以區(qū)域?yàn)閷ο髮?shí)現(xiàn)跨區(qū)域連接與流量疏導(dǎo)。優(yōu)化后區(qū)域呈現(xiàn)明顯統(tǒng)一的組織特性，區(qū)域內(nèi)連接度提升，區(qū)域間連接以區(qū)域?yàn)閱挝煌ㄟ^核心節(jié)點(diǎn)實(shí)施。架構(gòu)優(yōu)化后，區(qū)域內(nèi)流量本地化比例得到較大提升，用戶體驗(yàn)更佳。

可以看出，體驗(yàn)圈的構(gòu)建過程是將IP骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)以及IDC網(wǎng)絡(luò)作為整體實(shí)施優(yōu)化的過程。它以資源的有效聚合為優(yōu)化依據(jù)，最終會促進(jìn)資源的進(jìn)一步優(yōu)化部署。而以體驗(yàn)圈為中心的IP承載網(wǎng)架構(gòu)相對傳統(tǒng)的格狀網(wǎng)絡(luò)或匯聚型網(wǎng)絡(luò)，在適應(yīng)流量變化與提升用戶體驗(yàn)方面更勝一籌。同時，以體驗(yàn)圈為基礎(chǔ)的組網(wǎng)架構(gòu)，對傳輸網(wǎng)絡(luò)也提出了新的需求。

5.2 IP—傳輸協(xié)同

為減少IP流量的物理路徑繞轉(zhuǎn)，需要IP—傳輸協(xié)同組網(wǎng)，以保證IP—傳輸之間的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟恢?。組網(wǎng)協(xié)同屬于靜態(tài)協(xié)同方式。在組網(wǎng)協(xié)同的基礎(chǔ)上，為實(shí)現(xiàn)更為精細(xì)與動態(tài)的資源調(diào)度，使傳輸資源更好地服務(wù)于IP流量承載，需要通過技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)資源協(xié)同。資源協(xié)同主要解決3個方面的問題：首先，傳輸技術(shù)為了適配IP業(yè)務(wù)統(tǒng)計(jì)復(fù)用的特性，開始逐步引入分組化內(nèi)核，打破既有的波分、時分復(fù)用方式，通過復(fù)用方式的多樣性提升數(shù)據(jù)鏈路層及以下層次資源的整體利用率；其次，通過更靈活的容器和封裝/映射技術(shù)提高數(shù)據(jù)分組在傳輸單元的承載效率，從而實(shí)現(xiàn)任意顆粒度IP寬帶業(yè)務(wù)在傳輸網(wǎng)絡(luò)中的有效承載；第三，通過IP層與傳輸層協(xié)同調(diào)度的方式，提升從物理層到網(wǎng)絡(luò)層資源的整體利用率。

IP層與傳輸層協(xié)同調(diào)度的目的是，通過IP層與傳輸層間有效的信息互通實(shí)現(xiàn)資源的動態(tài)按需分配，同時提升流量傳輸效率和網(wǎng)絡(luò)生存性。為實(shí)現(xiàn) IP層與傳輸層之間的協(xié)同調(diào)度，業(yè)界提出GMPLS（generalized multiprotocol label switching，通用多協(xié)議標(biāo)簽交換）協(xié)議，試圖通過統(tǒng)一的控制平面實(shí)現(xiàn)對IP層、傳輸層各層次用戶平面（或稱為轉(zhuǎn)發(fā)平面）的協(xié)同調(diào)度。但是，GMPLS主要以UNI（user network interface，用戶網(wǎng)絡(luò)接口）作為IP—傳輸之間信息互通的機(jī)制，并未定義能力抽象的架構(gòu)，加大了控制層的復(fù)雜性，從而導(dǎo)致擴(kuò)展性不足，因而未能實(shí)現(xiàn)規(guī)模部署。隨著SDN概念的提出，基于SDN的IP—傳輸協(xié)同方案成為業(yè)界熱點(diǎn)。這種方案需要在IP層與傳輸層分別部署SDN控制器（controller）實(shí)現(xiàn)能力抽象；同時，為避免GMPLS實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，通過協(xié)同編排器（orchestrator）或更高層面的控制器實(shí)現(xiàn)IP層與傳輸層控制器的信息交互與統(tǒng)籌決策。與IP—傳輸協(xié)同相似的解決方案，還有IP—傳輸融合。該技術(shù)通常將IP與傳輸集成在同一設(shè)備中，通過IP提供彩光接口或IP over OTN等方式實(shí)現(xiàn)。這種方式可在一定程度上（尤其在單廠商設(shè)備組網(wǎng)時）降低投資成本，但對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維要求較高（缺乏傳統(tǒng)的IP與傳輸專業(yè)運(yùn)維界面），且標(biāo)準(zhǔn)化程度較低，難以廣泛應(yīng)用。

目前，IP—傳輸已實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)協(xié)同，而IP與傳輸正分別進(jìn)行SDN場景與相關(guān)技術(shù)的驗(yàn)證，未來將引入統(tǒng)一的控制面，通過南北接口與兩專業(yè)控制器分別對接，從而實(shí)現(xiàn)更深層次的調(diào)度協(xié)同。

5.3 網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用協(xié)同

網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用協(xié)同可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)承載效率與應(yīng)用部署的整體優(yōu)化，進(jìn)一步提升用戶體驗(yàn)。云網(wǎng)協(xié)同背景下，網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用協(xié)同主要體現(xiàn)在組網(wǎng)協(xié)同與能力開放兩方面。

為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用的協(xié)同組網(wǎng)，通常利用CDN實(shí)現(xiàn)“存儲換帶寬”與“內(nèi)容就近推送”，為視頻業(yè)務(wù)的規(guī)模開展奠定基礎(chǔ)。在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用日益豐富的形勢下，還需要以網(wǎng)絡(luò)能力開放的方式支持更多業(yè)務(wù)與應(yīng)用的部署。網(wǎng)絡(luò)能力開放就是在網(wǎng)絡(luò)分層解耦的基礎(chǔ)上，將網(wǎng)絡(luò)能力抽象、封裝以供用戶和上層應(yīng)用調(diào)用的一種網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用協(xié)同方式。以往，單個網(wǎng)元的用戶管理、路徑管理、業(yè)務(wù)管理、網(wǎng)元管理以及轉(zhuǎn)發(fā)能力等被封閉在“盒子（box）”中，以此為基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)配、業(yè)務(wù)部署等工作通常工作量大且難以全局最優(yōu)。為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用協(xié)同，需要逐步將網(wǎng)元的相關(guān)能力抽象出來，并通過封裝方式提供給上層應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)能力開放使得上層應(yīng)用可對底層資源進(jìn)行快速調(diào)用，加快業(yè)務(wù)上線速度，高效率的業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)將進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)營商的資源配置。

現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)能力開放還處于初級階段，主要在 BGP、PCEP等協(xié)議擴(kuò)展的基礎(chǔ)上將路徑?jīng)Q策能力抽象、封裝，供上層應(yīng)用或客戶使用，是對現(xiàn)有流量調(diào)度能力的提升，屬于增強(qiáng)型能力開放。目前，現(xiàn)網(wǎng)主要基于增強(qiáng)型能力開放的方式實(shí)現(xiàn)局部網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同調(diào)度（如在區(qū)域核心節(jié)點(diǎn)間部署集中控制器，利用BGP flowspec、PCEP等較成熟的南向接口協(xié)議對出口設(shè)備進(jìn)行策略下發(fā)，實(shí)現(xiàn)特定場景下的局部流量調(diào)度）。未來，需要將網(wǎng)元的業(yè)務(wù)管理、用戶管理等能力向上層開放，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源多維度以及多顆粒度的調(diào)度。

隨著網(wǎng)絡(luò)能力的逐步開放，網(wǎng)元形態(tài)逐漸向通用化、軟件化演進(jìn)。但是，大帶寬、高可用以及低功耗等特性仍是IP承載網(wǎng)的基本要求，目前虛擬化技術(shù)網(wǎng)元還不能滿足需求。因此，在可預(yù)見的未來，IP承載網(wǎng)網(wǎng)元仍然會維持目前實(shí)體的形態(tài)，技術(shù)發(fā)展仍聚焦于高容量低功耗的關(guān)鍵技術(shù)。

6 結(jié)束語

滿足用戶與業(yè)務(wù)需求始終是運(yùn)營商IP承載網(wǎng)發(fā)展的核心訴求。盡管云網(wǎng)協(xié)同對IP承載網(wǎng)提出新的挑戰(zhàn)，基于TCP/IP架構(gòu)的IP承載網(wǎng)的演進(jìn)仍將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上漸進(jìn)式發(fā)展。本文提出的以“體驗(yàn)圈”為理念的IP承載網(wǎng)架構(gòu)優(yōu)化以及應(yīng)用—網(wǎng)絡(luò)—傳輸協(xié)同的解決方案，從用戶需求的角度切入，推動IP骨干網(wǎng)、城域網(wǎng)及IDC架構(gòu)的統(tǒng)籌優(yōu)化，并已在現(xiàn)網(wǎng)中得到應(yīng)用且取得良好成效。未來，將進(jìn)一步通過網(wǎng)絡(luò)—應(yīng)用協(xié)同能力的提升推動云網(wǎng)融合發(fā)展，為Internet的規(guī)模、高效發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

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Development of carrier’s IP bearer network in cloud-network coordinated era

ZHU Yongqing1, HUANG Xiaoying1, ZHANG Wenqiang2
1. Guangzhou Research Institute of China Telecom Co., Ltd., Guangzhou 510630, China 2. China Telecom Corporation, Beijing 100032, China

IP bearer network is one of the basic internet infrastructures. It plays a more and more important role in the cloud-network coordinated era. Entering the era of everything interconnected, the IP beaer network evolution has changed from network-centric to user-centric. Combined the current situation of the IP bearer network with the research of related technologies and service, some suggestions on IP bearer network development based on the concept of “experience circle” were given. The “experience circle” concept came from the research on traffic regional aggregation, which offered a way to optimize the IP bearer network based on user’s experience, as well as suggestions on IP-transport synergy and application coordination.

IP bearer network, software defined networking, experience circle, IP-transport synergy

TN919

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017256

2017?03?31；

2017?08?28

朱永慶（1974?），男，中國電信股份有限公司廣州研究院高級工程師，長期從事IP網(wǎng)絡(luò)研究工作，主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、SDN/NFV技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用等。

黃曉瑩（1980?），女，中國電信股份有限公司廣州研究院工程師，主要從事中國電信骨干網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃工作。

張文強(qiáng)（1979?），男，中國電信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)發(fā)展部高級工程師，長期從事IP網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、研究工作。