構筑面向5G和云時代的新IP網絡

面向5G和云時代，如何提升IP網絡的利用率，實現無擁塞、高可用的新IP網絡已經成為一個熱點話題。華為提出通過新架構、新接口、新協議、新運維來構建新IP網絡，以支撐5G和云專線業務的發展，支持快速的業務創新，使能運營商進入萬物互聯的智能時代。

人類歷史的進步，是隨著道路系統不斷延伸而發展的。在古羅馬帝國，道路的延伸也是文明和帝國權利的延伸，所以就有了“條條道路通羅馬”，而秦帝國也有類似的做法，在統一六國之后，首先統一的是道路的標準，實現了“書同文，車同軌”。人類文明進展到今天，交通系統有了高鐵、航運、船運等多種手段，但是公路系統由于其可達性、靈活性依然是交通網絡的基礎。而大城市的公路系統中，因為流量過高，擁堵已經成為現代城市管理者要解決的核心問題之一。

由路由器構筑的IP網絡與現代的公路網絡非常相似。基于在可達性、互通性和靈活性的優勢，IP網絡經過30多年的發展，ALL IP網絡已經成為今天ICT信息網絡的基礎，從最早小型的網絡互聯設備，已經發展成為數百T的大型集群路由系統。今天，所有互聯網的流量都是用大型分布式路由器系統連接。但是和公路網絡系統類似，面向5G和云時代，如何提升IP網絡的利用率，實現無擁塞、高可用的新IP網絡已經成為一個熱點話題。

無擁塞、高可用IP網絡是5G和云時代基礎網絡的核心訴求

路由器設計之初，是美國國防部ARPANET（阿帕網）一個科研成果，其核心是用來實現各種異構網絡的互聯，同時又能夠實現各種網絡故障下的重路由，最終設計目標是實現一個高可達的分布式互聯系統。IP網絡基于目的IP地址進行轉發，而節點和節點之間則基于標準化的IGP或BGP計算全局網絡拓撲，并根據網絡路由情況的變化刷新路由器表項。由于標準的路由協議基本采用最短路徑樹算法，在IP網絡上很容易導致IP負載的不均衡，在同一網絡中同一時刻，部分鏈路負載可能達到90%以上，部分鏈路可能只有10%。和公路網絡系統類似，這種情況容易引起部分網絡利用率過高，導致擁塞和丟包，同時另外一部分鏈路利用率又很低，導致網絡資源浪費。為了解決這個問題，Traffic Engineering（流量工程）技術應運而生，各種流量調優算法也在不斷優化，通過人工規劃網絡的配置，協助支撐路由器系統的調度和運維。5G和云時代到來后，各種業務應用對網絡提出更高需求，迫切需要重新思考路由器網絡架構設計，在傳統的分布式系統基礎上，利用人工智能（AI）的能力，進一步打造半分布式、半集中式的系統，從而更好地支撐5G和云時代的網絡對流量工程、QoS、高利用率和高自愈能力的要求。

5G和云業務對網絡的需求主要體現在以下三個方面。

第一、VR/AR、4K/8K直播需求的出現，對網絡容量提出了10倍的要求，且網絡建設成本沒有明顯變化。同時，隨著電信業務云化的加速，大量電信云部署下移，云網融合成為運營商網絡部署必須面對的問題。以極簡網絡為核心的目標網絡架構設計成為關鍵所在。在網絡容量持續提升的前提下，現有IP網絡架構需要進一步簡化，節點功能進一步融合，實現云網協同。

第二、根據華為GIV 2025預測，到2025年，全球聯接數將達到千億，同時因為大量的企業上云，不僅僅南北向流量會大量增加，東西向流量也會爆發性增長。各類交互式體驗業務、金融類專線對時延也提出更嚴格的要求。這對現有IP網絡調度能力提出極大挑戰，基于傳統的Traffic Engineering和流量調優技術，人工配置網絡，已經無法滿足高復雜流量下對網絡調優的要求，必須引入以AI為中心的全局Traffic Engineering和隊列管理，通過全網自動化來實現網絡全局業務調度。

第三、隨著5G和云業務的快速發展，帶寬的進一步增長，業務流量和時延等要求復雜度不斷增加，網絡的復雜度將進一步提升。傳統以人機接口命令行維護方式已經無法滿足未來網絡運維的要求，迫切需要引入自動化、智能化的運維系統，通過網絡Self-Healing（自修復）實現網絡的智能運維。

華為認為解決以上問題的核心在于如何構建一張面向5G和云時代的新IP網絡，具備高可用、無阻塞、自動化、智能化和Self-Healing的能力，從而有效支撐5G和云專線業務的發展，支持快速的業務創新、高效的智能運維，使能運營商進入萬物互聯的智能時代。

以“4新”重塑面向5G和云時代的新IP網絡

基于此，華為提出通過新接口、新架構、新協議、新運維來構建新IP網絡。

新接口：傳統的組網接口是GE/10GE/100GE，隨著芯片技術的不斷進步，通過光+電（PAM4）的技術結合，可以實現每比特成本降低超過30%，從而進一步降低運營商建網成本。隨著PAM4技術的成熟，50GE/200GE/400GE在IEEE被定義為下一代以太組網接口的新標準，華為全系列路由器均支持50GE/200GE/400GE系列新接口，通過了國際權威機構EANTC的測試，在數十個運營商網絡得到了廣泛的應用，幫助其大幅度降低組網成本。

新架構：隨著芯片技術進一步發展，單芯片SOC已經能夠支持1.2T容量，這為進一步簡化網層提供了可能。同時5G和電信云業務的發展，對網絡帶寬和時延提出了更高的要求，運營商普遍希望能夠簡化網層，融合節點功能，最終實現與業務無關的綜合承載能力。

在骨干網絡中，華為通過融合骨干解決方案，創造性實現P+PE合設、MDS（Multi Domain System）能力，將FBB/MBB/專線網絡通過物理設備實現了融合，且在邏輯上依然可以分區管理，大幅節約了IP骨干網建網成本。

在城域層面，華為基于Fabric架構，推出了Metro Fabric解決方案，實現了網絡承載層和業務層解耦，承載網絡可以按需擴展，提供大容量、無阻塞的綜合承載能力。

在電信云解決方案上，華為從實際需求提出了轉發面和控制面分離的云化網絡架構，完美解決了傳統架構資源利用率低、管理維護復雜、業務開通緩慢的三大挑戰。

通過CU分離架構，BRAS分離為vBRAS-CP（Control Plane）和vBRAS-UP（User Plane）二部分，vBRAS-CP以電信云的方式集中部署，充分利用云的強計算能力，vBRAS-UP采用高性能硬件，可以支持大帶寬低時延業務（如Cloud VR），單機轉發能力可以達到Tbit，同時由于電信云共享和強計算能力，該架構可以實現網絡資源的池化，提升資源利用率50%，云化CP可以承載千萬用戶，上線速率提高5～6倍，運維配置量降低90%。

基于此，通過減少網層、融合節點功能、部分功能在電信云上實現，一個面向5G和電信云時代的極簡目標網絡架構已經初步成型。

新協議：路由協議經過30多年的發展，傳統的分布式網絡協議存在數量多、配置復雜的問題，特別是在流量工程、自動化配置和網絡自愈實現上有很多機理上的困難。

由此，SR和SRv6應運而生，通過源地址路由器和路徑可編程能力，SRv6將原有10多種復雜協議進一步統一為一種轉發面，有效降低協議配置和運維的復雜度。同時通過SRv6實現應用驅動的業務路徑可編程，配合全程全網Traffic Engineering調優和AI-Based隊列管理能力，包括自動化TI-LFA、微環路避免、分布式和集中式結合的流量工程，可以從機理上改變傳統的路由器Traffic Engineering、QoS和保護方案，進而從根本上實現一個高可用、無擁塞的新IP網絡。

華為SRv6解決方案基于NP可編程架構實現，最大程度保護網絡投資，可基于現有硬件升級支持SRv6系列特性，從而實現一個SRv6 Ready網絡，助力運營商從IP/MPLS網絡向SRv6網絡平滑演進。

新運維：電信云和SRv6的出現，使得部分網絡功能可以集中在控制層面實現，通過開放可編程的集中控制面，可以實現網絡配置的自動化。同時因為大數據+AI的使用，可以持續提升網絡智能化水平。

華為創新性地提出業界首個管理、控制、分析合一的網絡云化引擎（Network Cloud Engine，NCE），基于意圖、自動化、智能和分析四大子引擎構建一個全生命周期的自動化、智能化運維系統。基于Telemetry采集并匯聚海量網絡數據，通過AI算法深度學習和分析，可以對網絡容量、負荷、故障、告警進行大數據分析，從而實現全局的流量工程和故障定位，最終實現無擁塞、無故障的Self-Healing網絡。

通過和運營商在NetCity的深度合作，華為已經在5G承載領域實現了自動加站、自動時鐘管理、告警相關性分析和群障管理等高價值的用例。

攜手產業鏈，共同探索新IP網絡

在邁向無擁塞、高可用新IP網絡過程中，華為也在攜手上下游共同推進產業的成熟，包括產業標準制定、聯合創新、商用試點等多個維度，從而全面打造面向5G和電信云時代的新IP網絡。

在IP新接口領域，IEEE已經基于PAM4技術設置了4個工作組，其中華為承擔3個標準工作組（IEEE 802.3bs、IEEE 802.3cn、IEEE 802.3ct）主席和1個標準工作組（IEEE 802.3cd）的Editor職位，和業界一起推動基于PAM4 IP新接口標準化工作。

在產業鏈構建上，華為組織了三屆50G PAM4技術和產業論壇，并發布50G PAM4技術白皮書，推動PAM4產業鏈逐步成熟，當前從芯片、模塊到測試儀表，產業鏈已經完備。在商用部署上，華為率先在2017年9月通過中國移動研究院50GE測試，截至2018年底，華為已經完成了全球10余個50GE商用部署。

在IP新協議領域，華為有超過20位頂級專家從事SRv6相關領域的研究，其中多位擔任IETF SRv6相關子領域的Chamber、Chair等關鍵崗位，并有數十篇相關的IETF標準和草案，是SRv6相關標準的業界主要貢獻者。同時，華為還推動成立了SRv6全球產業聯盟，推動召開了第一屆SRv6產業論壇，凝聚產業智慧，形成高度共識，加速了SRv6商用進程。

面向未來，華為會攜手全球領先運營商，通過NetCity創新機制，共同探索基于新接口、新架構、新協議、新運維的新IP網絡業務場景。截至2018年年底，華為已經和全球20多家運營商開展了5G承載的聯合創新，并正在助力全球10多家運營商5G和電信云承載建設。華為將攜手全球運營商、產業合作伙伴共同開啟新IP時代，攜手構建萬物互聯的智能世界。

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文/高戟，華為路由器與電信以太產品線總裁

本文來源：《華為技術》第82期

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