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韦乐平把脉运营商网络架构重构:必须“顶天立地”

C114中国通信网   发布时间:   2016-10-11

C114讯 10月9日特稿(李明)面对市场竞争的日益惨烈以及自身业务增收的巨大压力,向数字化转型已经成为运营商面对当前阶段以及未来挑战的大方向。如何通过网络、运营、业务等方面的重构来构筑起面向体验、随需、敏捷、开放的网络,成为运营商能否成功实现数字化转型的关键。

那么,在运营商通往数字化转型的道路上,网络架构应该如何重构?网络技术又将呈现哪些新的发展趋势?对此,在近日举行的“第七届华为IP技术年会(IP GALA)”期间,工信部通信科技委常务副主任、中国电信集团公司科技委主任韦乐平在接受C114专访时为我们进行了详细解读。


工信部通信科技委常务副主任、中国电信集团公司科技委主任 韦乐平

网络架构变革势在必行

众所周知,网络架构的设计属于网络的顶层设计,它不仅是一系列高层次的抽象设计准则、演进目标和技术框架,而且是应用于每一个技术决定的基础。

“同时,网络架构是相对长期稳定的,而不断出现的NAT、IPSec、防火墙等旨在解决具体问题的短期解决方案不仅往往彼此不兼容,而且长期累积后,形成了一个十分复杂、纠缠不清的僵硬网络,与网络架构的长期演进目标矛盾。”韦乐平指出,这么多年来积累的问题已经使得今天的互联网患有“动脉硬化症”,网络架构必须重新审视,重新架构,重新设计,重新定义。

网络架构重构的意义重大,韦乐平认为,网络架构重构是打造新一代信息基础设施、形成网络强国战略的基石,对于构建新一代信息网络、发展互联网+产业新形态、保障信息基础设施的安全有着重要意义。

当前,全球主流运营商均已经启动面向以云服务为中心的基础网络转型工作,如AT&T的Domian2.0、德国电信的PAN-EU、中国电信CTNet2025、中国联通CUBE-Net、中国移动NovoNet等。其中,中国电信于2016年7月正式发布了《CTNet2025网络架构白皮书》,提出要打造简洁、敏捷、开放、集约的网络,为客户提供“可视”、“随选”、“自服务”的网络能力,提升用户体验。中国电信CTNet2025的演进思路,即通过实现网络云化和引入新一代运营系统,最终走向开发运营一体化。

在韦乐平看来,随选业务是运营商产生新收入的关键。从最新调研数据来看,可能产生新收入的首位是按需随选业务,其次是动态策略和弹性业务链,后两者也是支撑其所必须的。可见,提供随选业务已成为ICT各界共识。中国电信的“随选网络”关键特征包括用户定义网络业务、网络配置自动化、网络资源按需指配,代表性业务例如智能型以太网、云宽带、云专线、虚拟化企业网等,以SDN/NFV等技术为基础,以网络随选,面向政企客户为重点,实现云网协同的网络能力供给侧改革。

顶天立地:高度重视+落地部署

对于当前运营商在网络架构重构方面正面临的挑战,韦乐平强调,网络架构重构是一次战略性的重大调整和转型,一定要“顶天立地”。“顶天”是指网络架构的设计属于网络顶层设计,不仅是一个纯网络层面的技术战略,尤其需要运营商高层领导的足够重视,将其提升到运营商未来发展的战略高度,以网络架构重构为主线,带动组织架构、生产流程、管理模式、人才重构等一系列企业的深度转型;“立地”是指网络架构的重构不应该停留在试验测试阶段,而应尽快落到实处,比较成熟的领域应该率先开始商用部署或试商用,只有真正用起来,才能早日成熟。

现在的情况是既没有“顶天”,也没有“立地”。韦乐平指出,对于网络架构重构,国内运营商目前还主要停留在技术层面的思考,仅仅将其看作又一项网络新技术,并没有进行全方位的深度考量和系统思维。在网络架构重构过程中也将出现许多超出传统思维的严峻挑战,运营商应自上而下地给予网络架构重构足够的重视。

“此外,网络架构的重构需要很强的技术能力,但是运营商自身的技术能力近年来不断弱化,两者之间形成巨大反差。”韦乐平表示,虽然运营商可以广泛借助产业链的力量,特别是通信设备制造商和IT厂商的技术能力,但面对网络架构转型对于技术的全方位高需求,运营商同时需要重新大力培育自身的技术能力。

据韦乐平介绍,作为中国电信集团层面有组织、有意识的系统性探索,中国电信今年启动的CTNet2025项目,改变了运营商以往零零碎碎、小打小闹摸索的局面,有望加快网络重构进程。目前,中国电信已启动了第一批13个项目,由于是集团层面战略,所以得到了快速响应,预计到明年年底部分项目可能会产生结果。

网络技术发展四大趋势

谈及未来网络技术发展趋势,韦乐平认为,网络软件化、网络的云化、网络软件开源化、开发新一代的运营系统,将成为未来网络技术发展的方向。

一是网络软件化。硬管道时代,大量专用封闭接口,网络能力封闭,网络架构刚性,需要靠应用层技术保障业务性能;到了软网络时代,将有限开放标准接口,网络能力将更加开放,网络架构更加灵活,网络实现可编程,网络能力可灵活调用来保障业务灵活性。

二是网络的云化。过去的网络是云网分离的,DC边缘化,计算、存储和网络各自独立,只能静态配置,基于传统业务,按行政区组网,DC是网络边缘节点;云化后的网络,将实现云网融合,DC成为核心,业务、IT资源和网络云化实现;云延伸到管道和终端,云管端一体;面向互联网业务,DC成为网络核心。

三是网络软件开源化。现有网络的软件架构封闭,且软硬一体化,API接口私有,代码全部私有,不开放;未来架构和代码将实现软硬件解耦,软件架构开放,API接口开放和半开放,只有商用增强代码私有,基本代码都会开源。

四是开发新一代的运营系统。传统运营系统由大量私有烟囱系统构成,封闭的私有接口和私有代码,只能管理静态的实体资源,无法管理动态的虚拟资源;新一代运营系统将打破封闭性与烟囱式,开放API和开源码,实现网络动态资源管理,实体网络和虚拟网络统一管理,实现跨专业、跨网络统一运营。

Flex Ethernet将成全IP网络基础

当然,网络重构离不开技术的创新,IP技术的不断创新和发展,为云时代的网络重构提供了坚实的基础。对于IP网的发展趋势,韦乐平从网络架构、网络协议、网元形态、网络能力、以太网化、硬件架构、软件架构、网络性能和网络容量九个方面进行了分析和展望。

网络架构方面,IP网将走向集中控制,网络功能的解耦为实现集中控制提供了基础,可望通过全局路由和流控提升网络资源利用率;近中期,为保护投资、平滑演进及硬件性能制约,将首先在专用硬件能力开放基础上实现集中控制,控制功能将在转发面和控制面间分配;引入开放式网络操作系统,屏蔽设备的差异和复杂性,实现网络价值向软件与服务的迁移,先DC,后DCI,最终延伸到城域和骨干。同时,DC将成为IP网核心,趋势是CORD+DC的CT化;此外,网络拓扑扁平化,DC的CLOS架构替代树形。

网络协议方面,首先,新协议不断出现,随着SDN控制器的发展,不断催生新的北向接口协议(例如OF、PCEP、BGP FS等)和网络信息收集与监控新协议的出现;其次,传统IP协议也在不断创新(例如EVPN/SR等)不断完善,以支持网络向SDN演进;此外,传统网络协议将逐渐被新协议族替代,最终IP网的L2VPN/L3VPN/MPLS TE/LDP/IGP等复杂协议将逐渐被简单的新协议族(EVPN+SegmentRouting+VxLAN+Netconf/Yang)替代。

网元形态方面,双解耦将催生网元新形态,控制面与转发面/软硬件的双解耦将催生新形态;网元新形态趋向通用性,随着Openflow2.0协议的出现,基于协议无关的转发(PIF)网元将出现,提升网元转发通用性;网元新形态的目标是,随着软硬件的成熟,最终将出现纯粹的控制面网元(如SDN控制器)和转发面网元(白盒机);过渡期的网元新形态,受限于硬件性能和Openflow协议成熟度,具有解耦和开放接口的专用硬件的灰盒机是必要过渡。

网络能力方面,网络功能软件化与编程化趋势,随着双解耦进程的加速,部分控制功能(路径计算、路由策略控制等)将从传统网元剥离,形成独立控制器,网络功能由控制器软件编程决定;网络协同和业务编排器的引入,使业务模型与网络资源配置模型解耦,屏蔽低层网络的差异和复杂性;从人机接口走向自动化的机器-机器接口,控制器和网络协同和业务编排器的引入,使得人机接口演进为自动化的机器-机器接口的配置模型,推动了软件化、编程化的网络使用方式变革。

以太网化方面,数据业务的以太网化已经成为全球主导趋势。第一代Native Ethernet从1980年到2000年,面向园区网络;第二代Carrier Ethernet从2000年到现在,面向城域网、3G/4G承载和专线,具备了OAM、保护倒换和时钟等电信级功能;第三代Flexible Ethernet从2015年起步,面向5G分片、VR等时延敏感业务,可以快速提供更大的端口容量,支持大颗粒带宽业务的物理隔离和捆绑,实现稳定的IP低时延网络。韦乐平强调,“Flex Ethernet将成为全IP网络的基础。”

硬件架构方面,从芯片技术来看,CMOS通过3D堆叠技术,可望进一步缩至7nm,可支持400G/1T/1.6T以太网接口;当继续缩至5nm以下时,需采用新材料新结构,非硅混合工艺是发展方向,石墨烯和纳米碳管是两个潜在的长远实现技术。高速背板互联技术,演进路线是从PBC背板、电缆背板到光背板,目前56G PAM4已趋成熟,预计112G(至多200G)将是电背板上限,光背板是最终出路。目前,芯片功耗已趋近热反应堆水平,而单机架功耗要求小于1万瓦,风冷已遇天花板,液冷技术是唯一出路。

软件架构方面,路由器软件架构将呈现云化趋势。路由器软件架构经历了从单机分布式OS、单核单进程的模块化OS到多核多进程OS的发展历程,路由处理能力已经从百万级发展到亿万级,但是路由软件始终没有脱离设备而独立运行。随着云计算和SDN/NFV的发展,路由器的软件将从物理设备中独立出来,迁移到云中,从单机系统软件演进为云化OS系统,形成分布式、虚拟化、高性能、高可靠、高扩展的新一代网络自治软件架构,具有不受限扩展的功能和能力。

网络性能方面,新业务对IP网提出了新要求,随着互联网+和VR/5G/IoT等新业务的出现,要求IP网的性能有很大的提升,特别是延时性能。传统IP网本质上无法提供确定的性能,现有IP网的封闭无序的网络体系架构连路由和流量都不能确定,更加不能保证性能和QoS。“确定的性能还是要靠硬管道。”韦乐平指出,“在IP网中划分出时隙提供硬管道是确保稳定低延时的关键,Flex Ethernet可以提供端到端的硬管道,进一步采用低延时调度管理,在拥塞情况下可以确保优先级业务的低延时并实现零丢包。”

网络容量方面,系统垂直扩展性主要靠SerDes提速(25G,56G,112G),使单槽位线卡速率不断提升(400G,1T,4T),单机箱容量逐步提升(8T,20T,80T)。然而,从56G起需采用多进制调制(PAM4,PAM8,DMT),继续采用电域演进的经济代价和功耗将快速上升,单机架1万瓦的机房限制将成为天花板。可能从112G(最多200G)开始将必须转向光背板等全光互联。系统水平扩展性从每一代芯片和设计周期看,8-16机箱是多机箱组合扩容方案的技术经济最佳平衡点。