如何應對數據骨干網流量的挑戰

張慶武

［摘要］ 如何面對互聯網流量的迅猛發展，如何減少骨干網的擴容壓力，作為網絡的建設者和規劃者對網絡結構優化及新技術的應用是十分關注的。從另一個角度講，網絡結構的調整對運維帶來的挑戰也是顯而易見的，如何能夠做到統一網管，應對海量告警并進行精確定位也是本文重點探討的內容。

［關鍵詞］ 摩爾定律； 互聯網； 承載網； 路由器； 流量； 運維； 40G POS技術

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 06. 033

［中圖分類號］F626.53［文獻標識碼］A［文章編號］1673 - 0194（2012）06- 0073- 02

中國的互聯網蓬勃發展，網絡流量增長迅猛，據統計平均每１８個月增長３倍，而集成電路上可容納的晶體管數目每１８個月增加一倍，因此流量增長的速度已經遠超過了受摩爾定律限制的網絡數據設備的發展速度，骨干網面對流量快速增長的嚴重挑戰。

１中國互聯網發展現狀及存在問題

１．１流量激增，網絡承載壓力大

隨著互聯網視頻等寬帶業務的普及和用戶接入側帶寬的提升，電信運營商骨干網容量的承載壓力日益顯著。然而運營商每年擴容骨干網的投資是一筆不菲的數目。同時，每兆比特的ＡＲＰＵ值不斷下降已經成為趨勢，而一部分互聯網的應用甚至分流了現有電信業務的利潤，這讓運營商有無法投資的足夠理由。

1．2故障波及范圍廣，影響客戶忠誠度

４０Ｇ已經開始商用， ４０Ｇ鏈路上承載著成千上萬的業務，鏈路故障將影響眾多的業務，客戶的忠誠度由此大打折扣。如何提升骨干網的可靠性，是運營商面臨的又一挑戰。

隨著路由器故障恢復和保護技術的不斷發展，理論上路由器已能實現當網絡發生故障時對業務的保護。但是在實際部署時，由于傳輸資源受限而難以配置快速保護恢復的路徑，并且在傳輸鏈路故障時，會引起路由層面的大量告警及路由振蕩，對路由器沖擊很大。

ＡＳＯＮ通過光層的快速重路由可以解決傳送網的多點故障，但是缺少和路由器的配合，可能存在保護不成功或多重保護的情況。若通過 ＧＭＰＬＳ ＵＮＩ接口和路由器配合，可以實現多層網絡的協同保護，一方面可以加快業務的保護速度，另一方面可以節省過多的保護資源。另外，在進行多層的網絡規劃時，通過共享風險鏈路組的約束，可以提高骨干網的可靠性。

1．3運維難，海量告警故障難排除

假設一個運營商每天在波分層面的告警有 ６ 000多個，而到了路由器層面，告警將成倍遞增，變成 ２萬多個。如此海量的告警導致根源告警被淹沒，快速及時找到告警根源將變得非常困難。這是因為一個傳送層的告警通常會在 ＩＰ層產生 １０倍以上的告警，而且 ＩＰ網和傳送網是由不同的部門管理維護，很難知道 ＩＰ層和傳送層之間的承載關系，以及 ＩＰ層和傳送層之間告警的關聯關系。通過 ＩＰ和光層的協同運維，以及一個統一的數據庫，可以方便地維護 ＩＰ和光層的承載關系及告警的關聯關系，能夠屏蔽掉大量的衍生告警，快速地找到根源告警，將故障定位時間由幾個小時縮短到幾分鐘。

通過統一網管及 ＧＭＰＬＳ ＵＮＩ，又可以實現業務的快速部署，將業務開通的時間由數月縮短到幾天，從而更快地響應客戶、贏得市場。

２減少骨干網擴容壓力的措施

為了減少骨干網的擴容壓力，提升節點能力、優化網絡結構、對網絡進行多層協同規劃，應該是可行的措施和選擇。

２．１提升節點能力

最傳統且直接的網絡擴容方式，是升級端口速率、提高設備容量。目前４０Ｇ ＰＯＳ技術已經開始商用，隨著業務流量的繼續增長，１００Ｇ也逐漸成為業界關注的熱點。端口速率的升級必然要求設備容量提升，Ｔ比特級的路由器和ＯＴＮ設備應運而生。然而，上述的擴容方式會導致核心節點容量壓力大、成本高。因此，網絡除了提升節點能力之外，還要從網絡架構優化的角度，考慮擴大骨干網容量。

２．２優化網絡架構

傳統的層次化網絡是一種比較經濟的建網模式。網絡流量小的時候，路由器可以通過統計復用的方式，實現流量的收斂，并解決全互聯帶來的擴展性問題。然而隨著網絡流量的增長，核心路由器面臨頻繁擴容的壓力，從而制約網絡的發展。而且在骨干網中，有５０％以上的流量是中轉流量。該流量經過多次路由器轉發，消耗了大量昂貴的路由器端口，層次化的建網模式將不再經濟。當兩個路由器之間的流量接近鏈路帶寬時，再通過中間的路由器收斂是沒有意義的，因此可以采用路由器之間直連的方式。當中間的匯聚路由器被取代后，網絡的層次就減少了。當骨干網的路由器之間只有一跳的時候，網絡就實現了徹底的扁平化。打個比方，在層次化網絡中，業務流量在路由器上是逐跳轉發的，每個報文的轉發就像十字路口的車輛按照紅綠燈指示調度，流量小的時候有較好的性能。而路由器之間通過光層建立的直連鏈路，就像是立交橋，沒有紅綠燈的存在，可以實現大顆粒業務的快速調度，即使流量大，也能保證較好的性能。

路由器之間直連，簡化了網絡架構，減少了擴容壓力，節省了互聯成本，增強了網絡的擴展性，并減小了網絡時延及抖動，提高了業務質量。

以中國電信的 ＣｈｉｎａＮｅｔ骨干網為例，將其流量大的接入節點逐步提升為類核心點的扁平化進程已經顯現出明顯的經濟效益。 ２０１０年已完成從 ９個核心節點到 １５個節點的擴展，未來將會擴展更多的類核節點，逐漸向扁平化的骨干網演進。

２．３多層協同規劃

流量的增長要求網絡向扁平化演進，如何有步驟、高效地演進呢？

ＣｈｉｎａＮｅｔ骨干網的扁平化是基于人的觀測和經驗。為了提高準確性和效率，業界目前通過多層規劃的方式實現網絡扁平化部署。運營商在網絡部署或網絡優化時，根據多層規劃工具的結果，在路由器之間建立直連鏈路。

傳統的網絡規劃是逐層規劃，路由器網絡和傳輸網絡是分別規劃的。由于互通的信息有限導致全網規劃的結果不是最經濟的。另外，有些運營商認為，在網絡中應盡量減少昂貴的路由器端口的使用。一方面，是由于路由器的成本比較高；另一方面，并不是所有的流量都需要經過核心路由器處理，通過在邊緣路由器之間建立直達鏈路，可以減少核心路由器的端口，從而節省設備成本。

多層規劃就是把路由器網絡和傳輸網絡同時進行規劃，這樣可以在網絡中合理地配置資源，小顆粒業務通過核心路由器調度，利用統計復用提升效率，大顆粒業務在光層直接傳送，從而提升整網的效率。通過多層規劃工具來實現網絡扁平化的部署，比基于經驗的方式更準確、更高效，并支持網絡的逐步演進。同時，多層規劃工具能夠有效地支撐整網 ＴＣＯ分析，并通過增量規劃簡化擴容的復雜度。

由于網絡規劃有一定的周期，而數據業務具有很強的突發性，因此網絡存在動態規劃的需求。動態規劃需要增加流量檢測、多層 ＰＣＥ、Ｂｙｐａｓｓ服務器等，存在大量標準化的工作，還比較遙遠。而結合流量檢測和網管操作的半自動網絡扁平化方式，是一種比較可行的選擇。

綜上所述，在流量以超摩爾定律增長的情況下，不僅需要提升單節點的能力，而且還要從網絡架構的角度優化網絡；在扁平化架構的趨勢下， ＩＰ和光多層協同規劃工具可以指導扁平化網絡的部署，提升網絡的效率，降低網絡成本；而多層協同的保護和運維則大幅提升網絡的可靠性和運維的效率，降低運維成本。因此 ＩＰ和光在流量、保護、運維方面的協同，是應對后摩爾時代骨干網流量快速增長的最佳選擇。