全球智能加速網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)策略研究

晁軍顯

（中移（杭州）信息技術(shù)有限公司，浙江 杭州 310023）

1 多網(wǎng)融合

傳統(tǒng)廣域網(wǎng)建設(shè)已比較完善，家庭寬帶網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)專線網(wǎng)絡(luò)以及各類專網(wǎng)等支撐了全球互聯(lián)互通。網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展背負(fù)了沉重的歷史包袱，推倒重來進(jìn)行革命性變革，幾不可能，全鏈條網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更新?lián)Q代，同時(shí)要實(shí)現(xiàn)多廠商協(xié)議兼容互通。單是IPv6，推出了這么些年尚未全面普及，通信界的 “超級網(wǎng)紅”SRv6被賦予未來網(wǎng)絡(luò)的靈魂，但未來卻難以預(yù)料，更不用提所謂的NewIP。我們圍繞全球龐大互聯(lián)網(wǎng)，屏蔽多廣域網(wǎng)差異，探索融合多接入，構(gòu)建深度融合網(wǎng)絡(luò)，為用戶提供廣覆蓋、一致性、連續(xù)性體驗(yàn)。

固網(wǎng)寬帶網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，完全隔離，對用戶來講，體驗(yàn)割裂。通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，更兼提速降費(fèi)背景之下，兩者用戶體驗(yàn)趨同，資費(fèi)趨同。

試想如下架構(gòu)，在用戶側(cè)部署融合HCPE（Hybrid CPE）設(shè)備，運(yùn)營商側(cè)部署融合接入網(wǎng)關(guān)HAG（Hybrid Access Gateway），無需大幅改造即可實(shí)現(xiàn)融合。

融合CPE 邏輯上對用戶暴露一個(gè)IP，設(shè)備內(nèi)部兩個(gè)子IP 通過L3 OverLay 隧道方式分別穿越寬帶網(wǎng)絡(luò)及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，邏輯上直通融合接入網(wǎng)關(guān)。

圖1 HCPE發(fā)起L3隧道方式實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合

如果將L3隧道繼續(xù)向上收縮，融合CPE 基于L3網(wǎng)絡(luò)，不感知隧道存在，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起隧道建立，亦可采用如下方式實(shí)現(xiàn)融合。

圖2 網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起L3隧道方式實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合

或許隧道方式過于粗暴，基于特定應(yīng)用的多網(wǎng)融合，可基于L4 MPTCP（MultiPath TCP）實(shí)現(xiàn)融合。近些年，QUIC 以其更短的鏈接耗時(shí)、更出色的擁塞控制，逐步得到應(yīng)用。盡管QUIC 基于UDP，由于其天然的多路復(fù)用機(jī)制，只需根據(jù)QUIC 鏈接會(huì)話標(biāo)識即可實(shí)現(xiàn)類似MPTCP 的多網(wǎng)融合，這里不再贅述。

以上粗淺介紹了多網(wǎng)融合方案。具體操作層面會(huì)涉及多網(wǎng)智能調(diào)度選擇、隧道技術(shù)選型、負(fù)載分擔(dān)、快速重路由等眾多技術(shù)細(xì)節(jié)。

推而廣之，當(dāng)有多張WAN 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，多網(wǎng)融合可抽象為如下架構(gòu)，一言以蔽之，三個(gè)要素：流量分發(fā)、匯聚及策略控制。當(dāng)策略控制施加更彈性、更智能的管理方式時(shí)，多網(wǎng)融合將發(fā)揮無窮威力。

圖3 基于L4的多路TCP（MPTCP）融合架構(gòu)

圖4 多WAN融合抽象架構(gòu)

或許上面描述的正是當(dāng)下行業(yè)最熱的SD-WAN。伴隨著網(wǎng)絡(luò)虛擬化和公有云云計(jì)算的加速發(fā)展以及4G/5G的蓬勃發(fā)展，大量的廠商涌入SD-WAN 領(lǐng)域，傳統(tǒng)的路由器廠商把MPLS 擴(kuò)展加上TE 流量工程叫SD-WAN，流控和應(yīng)用交付廠商把流控設(shè)備和廣域網(wǎng)加速產(chǎn)品加VPN 加集中控制器成為SD-WAN，安全廠商把防火墻加VPN 加集中網(wǎng)管稱為SD-WAN，互聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算廠商隨便找代工廠生產(chǎn)OpenWRT 盒子能夠連接入云也叫SDWAN。但能將SD-WAN 玩的出神入化，獨(dú)樹一幟的，數(shù)來數(shù)去也就那幾家。

2 確定性轉(zhuǎn)發(fā)

剛剛過去的一年里，華為提出了NewIP 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)創(chuàng)新，發(fā)布了論文《NewIP：開拓未來數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的新連接和新能力》。將確定性IP 技術(shù)列為重中之重。確定性網(wǎng)絡(luò)（DetNet）是一項(xiàng)幫助實(shí)現(xiàn)IP 網(wǎng)絡(luò)從“盡力而為（best-effort）”到“說到做到”，控制并降低端到端時(shí)延的技術(shù)；其網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的確定性除了有快速精確的時(shí)延還有高可靠性（不丟包、低抖動(dòng)）。

NewIP 通過引入周期調(diào)度機(jī)制，要求全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備嚴(yán)格時(shí)鐘頻率同步，來嚴(yán)格避免微突發(fā)的存在，從而保證了確定性時(shí)延和無擁塞分組丟失。數(shù)據(jù)報(bào)文只需攜帶周期信息，通過查表轉(zhuǎn)發(fā)即可實(shí)現(xiàn)確定性轉(zhuǎn)發(fā)。感興趣的小伙伴可研讀相關(guān)論文。

當(dāng)老司機(jī)開車去某地時(shí)，習(xí)慣性打開導(dǎo)航，哪里擁堵就繞開，一目了然輕松選擇哪條路線既定時(shí)間內(nèi)到達(dá)目的地。如此的自然，平平無奇的背后，卻賦予了確定性內(nèi)涵。

細(xì)品地圖導(dǎo)航，老司機(jī)并不需要全部記住或清楚每個(gè)路口狀況，只需關(guān)注擁堵的幾個(gè)路段，避開即可。可憐的是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備卻難以做到，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只能承諾自己將報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)出去了，至于是否到達(dá)，何時(shí)到達(dá)，怎么到達(dá)卻一概不知。

當(dāng)我們構(gòu)建了一張IP 網(wǎng)絡(luò)，上海節(jié)點(diǎn)至莫斯科節(jié)點(diǎn)擁堵，上海節(jié)點(diǎn)至香港節(jié)點(diǎn)暢通，香港節(jié)點(diǎn)至莫斯科節(jié)點(diǎn)暢通，要確定性實(shí)現(xiàn)上海流量到達(dá)莫斯科的目的，很自然可選擇轉(zhuǎn)發(fā)路徑：上海—香港—莫斯科。

當(dāng)全球擁有數(shù)十上百節(jié)點(diǎn)，搭建成網(wǎng)時(shí)，到達(dá)某一目的的流量，通過繞行或避開中間節(jié)點(diǎn)，類似地圖導(dǎo)航，將存在確定性的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，形成確定性網(wǎng)絡(luò)。那么問題來了，整個(gè)Internet IP 都是基于目的地址的路由，如何做選擇？

航班機(jī)票可以聯(lián)程，聰明的人類知道對聯(lián)程航班的行李如何貼標(biāo)簽，這個(gè)靈感順利的用到了網(wǎng)絡(luò)上，那就是Segment Routing。例如我們給上海發(fā)往莫斯科的行李打上 HK（香港）-＞MOC（莫斯科）的標(biāo)簽，行李自然就隨著這個(gè)標(biāo)簽經(jīng)香港轉(zhuǎn)運(yùn)回來了。Segment Routing 是近年基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域重要?jiǎng)?chuàng)新之一，其意義不亞于，甚至超過20 年前MPLS 的出現(xiàn)。Segment Routing 本身設(shè)計(jì)極其優(yōu)雅，數(shù)據(jù)面基于久經(jīng)考驗(yàn)的MPLS 或IPv6，控制面通過擴(kuò)展IGP，去掉LDP、RSVP 等令人頭疼的協(xié)議，簡化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過前綴段、鄰接段的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)路徑的可定義。

3 節(jié)點(diǎn)合理布局

構(gòu)建面向未來的網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)，應(yīng)具備動(dòng)態(tài)接入、智能調(diào)度、動(dòng)態(tài)出口三位一體功能屬性，為用戶提供超低延時(shí)、零丟包、超高穩(wěn)定性等用戶體驗(yàn)。加速節(jié)點(diǎn)布局應(yīng)根據(jù)業(yè)務(wù)需要，采用重點(diǎn)區(qū)域開局、兼顧節(jié)點(diǎn)復(fù)用中轉(zhuǎn)、逐步鋪開，由線成網(wǎng)的方式進(jìn)行，同時(shí)要考慮轉(zhuǎn)發(fā)路徑的主備容災(zāi)及負(fù)載均衡。

Google B4仍是目前最成功的SDN 廣域網(wǎng)，它橫跨整個(gè)地球連接Google 全球各地?cái)?shù)據(jù)中心，網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率提高了3倍以上，接近100%，極具借鑒意義。

4 結(jié)束語

本文探討了面向未來構(gòu)建全球智能加速網(wǎng)絡(luò)的幾個(gè)策略：多網(wǎng)融合、確定性轉(zhuǎn)發(fā)、節(jié)點(diǎn)合理布局。完整的網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)依托于網(wǎng)絡(luò)資源，結(jié)合完善的多層加速技術(shù)，依賴深厚的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)積累，內(nèi)外兼修，方能發(fā)揮真正威力。這將是一個(gè)長期演進(jìn)過程，逐步調(diào)優(yōu)，逐步支撐全場景業(yè)務(wù)最優(yōu)體驗(yàn)。