本站点使用cookies,继续浏览表示您同意我们使用cookies。Cookies和隐私政策>

构筑面向5G和云时代的新IP网络

2019年04月01日 文/高戟,华为路由器与电信以太产品线总裁

面向5G和云时代,如何提升IP网络的利用率,实现无拥塞、高可用的新IP网络已经成为一个热点话题。华为提出通过新架构、新接口、新协议、新运维来构建新IP网络,以支撑5G和云专线业务的发展,支持快速的业务创新,使能运营商进入万物互联的智能时代。

人类历史的进步,是随着道路系统不断延伸而发展的。在古罗马帝国,道路的延伸也是文明和帝国权利的延伸,所以就有了“条条道路通罗马”,而秦帝国也有类似的做法,在统一六国之后,首先统一的是道路的标准,实现了“书同文,车同轨”。人类文明进展到今天,交通系统有了高铁、航运、船运等多种手段,但是公路系统由于其可达性、灵活性依然是交通网络的基础。而大城市的公路系统中,因为流量过高,拥堵已经成为现代城市管理者要解决的核心问题之一。

由路由器构筑的IP网络与现代的公路网络非常相似。基于在可达性、互通性和灵活性的优势,IP网络经过30多年的发展,ALL IP网络已经成为今天ICT信息网络的基础,从最早小型的网络互联设备,已经发展成为数百T的大型集群路由系统。今天,所有互联网的流量都是用大型分布式路由器系统连接。但是和公路网络系统类似,面向5G和云时代,如何提升IP网络的利用率,实现无拥塞、高可用的新IP网络已经成为一个热点话题。

无拥塞、高可用IP网络是5G和云时代基础网络的核心诉求

quote

路由器设计之初,是美国国防部ARPANET(阿帕网)一个科研成果,其核心是用来实现各种异构网络的互联,同时又能够实现各种网络故障下的重路由,最终设计目标是实现一个高可达的分布式互联系统。IP网络基于目的IP地址进行转发,而节点和节点之间则基于标准化的IGP或BGP计算全局网络拓扑,并根据网络路由情况的变化刷新路由器表项。由于标准的路由协议基本采用最短路径树算法,在IP网络上很容易导致IP负载的不均衡,在同一网络中同一时刻,部分链路负载可能达到90%以上,部分链路可能只有10%。和公路网络系统类似,这种情况容易引起部分网络利用率过高,导致拥塞和丢包,同时另外一部分链路利用率又很低,导致网络资源浪费。为了解决这个问题,Traffic Engineering(流量工程)技术应运而生,各种流量调优算法也在不断优化,通过人工规划网络的配置,协助支撑路由器系统的调度和运维。5G和云时代到来后,各种业务应用对网络提出更高需求,迫切需要重新思考路由器网络架构设计,在传统的分布式系统基础上,利用人工智能(AI)的能力,进一步打造半分布式、半集中式的系统,从而更好地支撑5G和云时代的网络对流量工程、QoS、高利用率和高自愈能力的要求。

5G和云业务对网络的需求主要体现在以下三个方面。

第一、VR/AR、4K/8K直播需求的出现,对网络容量提出了10倍的要求,且网络建设成本没有明显变化。同时,随着电信业务云化的加速,大量电信云部署下移,云网融合成为运营商网络部署必须面对的问题。以极简网络为核心的目标网络架构设计成为关键所在。在网络容量持续提升的前提下,现有IP网络架构需要进一步简化,节点功能进一步融合,实现云网协同。

第二、根据华为GIV 2025预测,到2025年,全球联接数将达到千亿,同时因为大量的企业上云,不仅仅南北向流量会大量增加,东西向流量也会爆发性增长。各类交互式体验业务、金融类专线对时延也提出更严格的要求。这对现有IP网络调度能力提出极大挑战,基于传统的Traffic Engineering和流量调优技术,人工配置网络,已经无法满足高复杂流量下对网络调优的要求,必须引入以AI为中心的全局Traffic Engineering和队列管理,通过全网自动化来实现网络全局业务调度。

第三、随着5G和云业务的快速发展,带宽的进一步增长,业务流量和时延等要求复杂度不断增加,网络的复杂度将进一步提升。传统以人机接口命令行维护方式已经无法满足未来网络运维的要求,迫切需要引入自动化、智能化的运维系统,通过网络Self-Healing(自修复)实现网络的智能运维。

华为认为解决以上问题的核心在于如何构建一张面向5G和云时代的新IP网络,具备高可用、无阻塞、自动化、智能化和Self-Healing的能力,从而有效支撑5G和云专线业务的发展,支持快速的业务创新、高效的智能运维,使能运营商进入万物互联的智能时代。

以“4新”重塑面向5G和云时代的新IP网络

基于此,华为提出通过新接口、新架构、新协议、新运维来构建新IP网络。

新接口:传统的组网接口是GE/10GE/100GE,随着芯片技术的不断进步,通过光+电(PAM4)的技术结合,可以实现每比特成本降低超过30%,从而进一步降低运营商建网成本。随着PAM4技术的成熟,50GE/200GE/400GE在IEEE被定义为下一代以太组网接口的新标准,华为全系列路由器均支持50GE/200GE/400GE系列新接口,通过了国际权威机构EANTC的测试,在数十个运营商网络得到了广泛的应用,帮助其大幅度降低组网成本。

新架构:随着芯片技术进一步发展,单芯片SOC已经能够支持1.2T容量,这为进一步简化网层提供了可能。同时5G和电信云业务的发展,对网络带宽和时延提出了更高的要求,运营商普遍希望能够简化网层,融合节点功能,最终实现与业务无关的综合承载能力。

在骨干网络中,华为通过融合骨干解决方案,创造性实现P+PE合设、MDS(Multi Domain System)能力,将FBB/MBB/专线网络通过物理设备实现了融合,且在逻辑上依然可以分区管理,大幅节约了IP骨干网建网成本。

在城域层面,华为基于Fabric架构,推出了Metro Fabric解决方案,实现了网络承载层和业务层解耦,承载网络可以按需扩展,提供大容量、无阻塞的综合承载能力。

在电信云解决方案上,华为从实际需求提出了转发面和控制面分离的云化网络架构,完美解决了传统架构资源利用率低、管理维护复杂、业务开通缓慢的三大挑战。

通过CU分离架构,BRAS分离为vBRAS-CP(Control Plane)和vBRAS-UP(User Plane)二部分,vBRAS-CP以电信云的方式集中部署,充分利用云的强计算能力,vBRAS-UP采用高性能硬件,可以支持大带宽低时延业务(如Cloud VR),单机转发能力可以达到Tbit,同时由于电信云共享和强计算能力,该架构可以实现网络资源的池化,提升资源利用率50%,云化CP可以承载千万用户,上线速率提高5~6倍,运维配置量降低90%。

基于此,通过减少网层、融合节点功能、部分功能在电信云上实现,一个面向5G和电信云时代的极简目标网络架构已经初步成型。

新协议:路由协议经过30多年的发展,传统的分布式网络协议存在数量多、配置复杂的问题,特别是在流量工程、自动化配置和网络自愈实现上有很多机理上的困难。

由此,SR和SRv6应运而生,通过源地址路由器和路径可编程能力,SRv6将原有10多种复杂协议进一步统一为一种转发面,有效降低协议配置和运维的复杂度。同时通过SRv6实现应用驱动的业务路径可编程,配合全程全网Traffic Engineering调优和AI-Based队列管理能力,包括自动化TI-LFA、微环路避免、分布式和集中式结合的流量工程,可以从机理上改变传统的路由器Traffic Engineering、QoS和保护方案,进而从根本上实现一个高可用、无拥塞的新IP网络。

华为SRv6解决方案基于NP可编程架构实现,最大程度保护网络投资,可基于现有硬件升级支持SRv6系列特性,从而实现一个SRv6 Ready网络,助力运营商从IP/MPLS网络向SRv6网络平滑演进。

新运维:电信云和SRv6的出现,使得部分网络功能可以集中在控制层面实现,通过开放可编程的集中控制面,可以实现网络配置的自动化。同时因为大数据+AI的使用,可以持续提升网络智能化水平。

华为创新性地提出业界首个管理、控制、分析合一的网络云化引擎(Network Cloud Engine,NCE),基于意图、自动化、智能和分析四大子引擎构建一个全生命周期的自动化、智能化运维系统。基于Telemetry采集并汇聚海量网络数据,通过AI算法深度学习和分析,可以对网络容量、负荷、故障、告警进行大数据分析,从而实现全局的流量工程和故障定位,最终实现无拥塞、无故障的Self-Healing网络。

通过和运营商在NetCity的深度合作,华为已经在5G承载领域实现了自动加站、自动时钟管理、告警相关性分析和群障管理等高价值的用例。

携手产业链,共同探索新IP网络

在迈向无拥塞、高可用新IP网络过程中,华为也在携手上下游共同推进产业的成熟,包括产业标准制定、联合创新、商用试点等多个维度,从而全面打造面向5G和电信云时代的新IP网络。

quote

在IP新接口领域,IEEE已经基于PAM4技术设置了4个工作组,其中华为承担3个标准工作组(IEEE 802.3bs、IEEE 802.3cn、IEEE 802.3ct)主席和1个标准工作组(IEEE 802.3cd)的Editor职位,和业界一起推动基于PAM4 IP新接口标准化工作。

在产业链构建上,华为组织了三届50G PAM4技术和产业论坛,并发布50G PAM4技术白皮书,推动PAM4产业链逐步成熟,当前从芯片、模块到测试仪表,产业链已经完备。在商用部署上,华为率先在2017年9月通过中国移动研究院50GE测试,截至2018年底,华为已经完成了全球10余个50GE商用部署。

在IP新协议领域,华为有超过20位顶级专家从事SRv6相关领域的研究,其中多位担任IETF SRv6相关子领域的Chamber、Chair等关键岗位,并有数十篇相关的IETF标准和草案,是SRv6相关标准的业界主要贡献者。同时,华为还推动成立了SRv6全球产业联盟,推动召开了第一届SRv6产业论坛,凝聚产业智慧,形成高度共识,加速了SRv6商用进程。

面向未来,华为会携手全球领先运营商,通过NetCity创新机制,共同探索基于新接口、新架构、新协议、新运维的新IP网络业务场景。截至2018年年底,华为已经和全球20多家运营商开展了5G承载的联合创新,并正在助力全球10多家运营商5G和电信云承载建设。华为将携手全球运营商、产业合作伙伴共同开启新IP时代,携手构建万物互联的智能世界。

ipcode 82cn

扫描体验移动阅读