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2015/9/18 15:58

软边缘、硬核心: 缔造2020网络

C114中国通信网  刘伯韬

背景

IP网络的初衷是简单、尽力而为,但是随着所承载的业务增多,添加的协议也愈来愈多,更槽糕的是引入了众多的业务处理设备(middle box),加上各种宽带接入技术和设备,网络的复杂性可想而知,而这些都与运营商提供的业务紧密相关。如果在网络边缘,利用软件来处理这些与业务密切相关的复杂性,一方面可以避免当业务提供有变化时经常需要更换硬设备的问题,另一方面,可以快速的提供差异化业务,在市场中始终保持竞争优势。

网络的根本就是完成连接,而完成连接需要做两件事,一是选路,二是快速通达。SDN(软件定义网络)技术使选路更加简单、网络的路由也更加动态,但SDN没有解决快速的通达,即高速的数据转发问题。因此,我们的思路,在网络边缘将业务流量尽可能的汇聚,形成大颗粒度的流经过网络核心;在网络核心利用专业化硬件进行面向连接的高速转发和传输,这样,一方面可以简化SDN控制层面的复杂性,有利于实现对网络的可编程,另一方面实现承载网络的高效运营,达到低成本网络建设的目的。

软边缘与硬核心的中心思想

我们认为未来的网络将继续采用IP/MPLS技术,网络架构最主要的变化是引入SDN和NFV(网络功能虚拟化)(图 1)。我们把该网络框架简称为“软边缘+硬核心”。在新的架构中,采用NFV技术在网络的边缘部署各种各样的网络功能,称为“软边缘”,“软边缘”将充分利用软件的灵活性和智能性,在网络的边缘解决网络的复杂性和业务的多样性问题。对于复杂的网络控制和管理,运营商将部署各种SDN控制器并配合各种网络策略,网络的转发设备主要通过高速硬件满足性能要求,称为“硬核心”,“硬核心”将充分利用硬件的高性能和SDN可编程性,在网络核心实现简单、面向连接、大颗粒度的业务流高速转发和承载,以达到高效运营。在业务提供方面,SDN和NFV都与数据中心和云计算环境相关,因此新的网络架构将引入云编排器,对各种虚拟网络功能进行编排,并实现网络业务的自动部署和管理。

图 1:软边缘与硬核心架构

“软边缘”边际云

针对“软边缘”,上海贝尔提出了边际云概念,称为VINE(Virtual Integrated Network Edge),如图 2所示。VINE的核心是在网络边缘部署分布式数据中心,网络中的除转发之外的网络功能将逐渐迁移至VINE节点,该VINE 节点是各个网络功能的实现载体,如vCPE、CDN、BNG以及应用等。VINE将网络中的各个功能节点通过统一的分布式数据中心实现,不仅能够获益于IT 技术进步所带来的成本下降、基于虚拟化云平台实现支持各个网络功能的统计复用,而且还能够实现网络弹性,解决网络的扩展性问题,做到网络即服务NaaS。

图2 “边际云”VINE架构图

基于VINE节点,运营商不仅提供VNF(虚拟化网络功能),而且可以根据网络的需求部署SDN控制器。为更好支持业务,VINE中的SDN控制器一般可以分为两类,支持分布式数据中心内部网络连接的SDN 控制器及支持广域网网络连接的的SDN控制器。在未来的网络中,数据中心的SDN控制器和广域网络的SDN控制器将无缝结合,形成端到端的网络连接控制,满足业务对分布式数据中心及对网络的动态连接需求。VINE节点中包括通用资源和专用资源。通用资源主要通过虚拟机或者虚拟容器方式提供服务,可以实现各种通用网络功能,比如vCPE,vPE,vCDN和vRAN等。运营商将采用云计算管理平台对相关计算,存储和网络资源统一调度,实现自动化管理。专用资源和具体硬件功能相关,通常难以完全实现虚拟化,比如OLT等。专用资源合设的好处是通过集中运维降低成本。此外,专用硬件集中配置也便于实现特定的网络协作功能,比如LTE CoMP(小区多点协同)。

在网络边缘部署VINE,除了达到网络功能软件化的目的,还带来了其他好处。首先,固定和移动网络的边缘处理功能可以集中部署,减少了端局的机房数量。其次,边际云将采用分布式部署方式,各种固定移动共用功能可以合二为一,从而实现了真正固定移动融合。第三,VINE节点是数据中心化的虚拟网络功能,运营商可以根据用户的需求灵活部署。如果用户有大量延迟敏感业务,或者M2M、多媒体预处理等业务,运营商可以将VINE部署在靠近用户的位置,比如汇接局。如果业务规模不大,也可以将VINE节点部署到网络PoP点。原则上,网络的各种控制功能可以部署在较高的层次,而数据平面功能则向用户侧靠近。

硬核心

在未来网络的核心,IP和光传送设备将实现融合。广域网SDN控制器(如图3)将负责IP和光网络的路由计算。通过统一的SDN控制平面,包括层次化PCE和未来通用Openflow协议集中调度光和IP资源,IP和光网络的融合也将迈入新的阶段。这种架构可以减少IP层和光层独自建网所带来的网络冗余,保障核心网络的快速转发性能和灵活的流转发机制。未来承载网络的接口速度将从100Gbps向400Gbps和1Tbps迈进,基于NPU(网络处理器)的硬件在IP路由器中将继续扮演关键角色。在IP网络的核心,当前接口速率已经从400Gbps迈向1Tbps,路由器需要处理能力更强大的网络处理器。对光传输设备而言,100Gbps接口已经实用,400Gbps接口也提上了日程,因此尽量减少光传输模块的尺寸, 在传送速率上匹配IP的速度也是当务之急。对于光核心而言,通过硬件设计和制造工艺来提升集成度带来的另一个好处是,随着单节点的容量的增加,后续的网络扩展不会因为节点数量增加带来太大的拓扑变化。另一方面,可以关注一些的新技术,比如通过高性能光器件,在光层实现波长级的灵活路由,可以有效提高光层核心的流量疏导能力。

图 3 硬核心架构

小结

“软边缘、硬核心”是贯穿我们未来网络设计的核心思想。“软边缘”是指充分利用软件的灵活性和智能性,在网络的边缘解决网络的复杂性和业务的多样性问题。“硬核心”是指充分利用硬件的高性能和网元的可编程性,在网络核心实现简单、面向连接、大颗粒度的业务流高速转发和承载,以达到高效运营、解决困扰运营商多年的量收“剪刀差”的难题。

“软边缘”的根本是NFV技术,“硬核心”则是基于SDN技术的高性能转发和传送,而两者均是以All IP为前提,云计算作为基础。因此,我们认为NFV和SDN是未来网络的关键使能技术,是运营商转型的重要抓手。

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