基于 SRv6的算力網絡技術體系研究

張帥 曹暢 唐雄燕

摘要：計算形態的云-邊-端泛在化分布的演變，以及進入網絡內部的計算，都推動承載網絡從 “云網融合”向 “算網一體”演進。面向算力網絡時代，提出基于互聯網協議第6 版段路由（SRv6）的算力網絡技術體系，并詳細介紹其內涵—— “1+N+X”，即1 個算網能力底座， N種算力網絡能力， X種商業場景。通過對此技術體系的研究，構建新一代數字技術設施，增強 “聯接+計算+智能”的網絡內生能力。

關鍵詞：云網融合;算力網絡;技術體系; SRv6

Abstract： The evolution of the cloud-edge-end ubiquitous distribution of computing forms and computing power embedded in the network promotes the evolution of carrier networks from "cloud and network convergence" to "computing power and network integration". Facing the computing power network era， computing power network technology architecture based on segment routing IPv6（SRv6） is put forward， and its contents——“1+N+X ”are introduced in detail.“1+N+X ”means 1 computing power network capacity base， N kinds of computing power network capacity， and X kinds of business scenarios. Through the research of the technology architecture， the new generation of digital technology facilities is established， enhancing the network endogenous capacity of“Connectivity + Computing + Intelligence”.

Keywords： cloud network convergence; computing power network; technology architecture; SRv6

1數字經濟時代，“聯接+計算+智能”成為數字新業態的基石

在“十四五”時期，互聯網、大數據、人工智能（AI）同各行各業深度融合，產業數字化迅速發展，這對經濟社會發展起到重要的戰略作用。在移動互聯網、大數據、超級計算、傳感網、腦科學等新理論新技術的驅動下， AI 加速發展，成為新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力。加快傳統產業數字化改造，就要推進“上云、用數、賦智”。這既是提高國家競爭優勢的戰略選擇，也是構建新發展格局的現實需要，更是實施創新驅動發展戰略的主要抓手。

2021年 3月，中國聯通正式發布 CUBE-Net 3.0網絡轉型計劃[1]，旨在攜手合作伙伴共同構建面向數字經濟新需求，增強網絡內生能力，實現“聯接+計算+智能”融合服務的新一代數字基礎設施，積極推動網絡從“云網融合”邁向“算網一體”。

在新架構中，通過支持“聯接+計算+智能”的融合服務，結合互聯網協議第6 版升級（IPv6+）創新技術，網絡具備了感知、智能、體驗保障等新能力，這些能力組合后形成智能聯接。網絡不僅可以提供透明的數據交換，還可以為行業客戶提供邊緣計算服務，為家庭提供智能業務體驗保障，為個人提供高精度定位等融合感知服務。

面向算力網絡時代，中國聯通提出了基于 IPv6段路由（SRv6）的算力網絡技術體系，提供算網一體服務，即“1+? N+X”：1個算網能力底座， N種算力網絡能力， X種商業場景，構建新一代數字技術設施，增強“聯接+計算+智能”的網絡內生能力[2]。

21 個算網能力底座，實現“一網聯多云，一鍵網調云”

基于“1+N+X”的技術體系，網絡是以用戶為中心的。從用戶的視角看，一網多云需要網絡支持低時延、安全可信的通信，以及高確定性的服務質量，因此網絡成為價值中心。算網能力底座的構建，需要結合源路由 IPv6網絡可編程能力，通過將 Service ID 和 SRv6段識別信息（SID）關聯，進行聯合注冊和統一編排。

SRv6是一項新興的互聯網協議（IP）。 SRv6通過靈活的Segment 組合、? Segment 字段，以及類型長度值（TLV）組合實現3 層編程空間，更好地滿足新網絡的業務需求，而其兼容 IPv6的特性也使得網絡業務的部署更為簡便。

在算力網絡中， SRv6技術可以簡化網絡結構，實現網絡之間的無縫銜接。同時，路由能力不再割裂，并可以結合網絡軟件定義網絡（SDN）將能力開放出來，實現資源互調。這樣可以大幅降低業務連接和業務部署的復雜度，使得網絡服務化具備必要條件，即將網絡的能力和數據進行開放，支撐業務實現實時、按需、動態部署。網絡服務化能力的提供，首先需要對網絡能力進行抽象，以服務的形式對外提供，這可以包括網絡資源連接服務、切片服務、服務級別協議（SLA）可視等多種服務類型;其次，網絡服務化需要能夠靈活定義、敏捷編程，并能根據業務場景對網絡的各項原子能力進行組裝，對運維活動進行靈活編排，實現流程自動化;最后，網絡服務化能力需要自閉環，實現服務狀態實時感知。

算網能力底座具體如圖1 所示，該底座對外統一客戶入

口，提供服務目錄;對內實現算網的智能化，包括資源管理、服務管理等，以支持算網服務一體化自動開通、全流程可視，并可利用算網的敏捷性、靈活性和快速響應能力不斷提升和優化客戶體驗。

隨著網絡、云、終端技術和能力的各自持續演進，云、網、邊、端、業的協同需要進一步加強和延伸，并需要根據業務特點、網絡特征、設備能力及運行環境等，智能選擇原來由終端執行的非實時復雜計算和存儲任務，并將其轉移至云端或邊緣計算節點處理，再將運算結果返回終端執行。云與網的深度融合、相互協同，可以提供云網一體化的綜合服務。這就需要云和網的資源能夠無縫對接，網絡設備與云網元統一納管，以形成統一的資源視圖，從而使得網絡的拓撲、帶寬、流量和云的計算、存儲能力等實時呈現[3]。多云協同支撐業務融合創新，有效地控制了負載和成本，并整合多云資源，從而提升數據的可移植性和互操作性，實現精細化管理，助力企業業務創新，提升云服務的協同能力，豐富云服務生態。充分利用不同云服務提供商的能力，可以為企業提供一致的管理、運營和安全體驗。

3 N種算力網絡能力，使能新業態算網一體

在“1+N+X”技術體系中， IPv6+技術（具體包含網絡切片、確定性傳輸、新型多播和應用感知等協議創新[4]）使網絡具備業務快速發放、靈活路徑控制、業務體驗保障等能力，以實現服務應用感知、資源及時調用與網絡能力開放之間的協調機制。

當前，算力網絡已具備 SRv6策略路由和網絡切片等能力，可以將時延、帶寬等網因子，和成本、算力等云因子納入路由算法，計算出滿足 SLA 要求且云資源利用率最優的業務路徑。同時，通過切片實現多種業務的差異化承載，保障了算力傳輸的確定性[5]。面向未來，算力網絡將引入應用感知技術與算力感知技術，使網絡及時感知應用類型及需求，并將服務所需的異構算力資源信息結合路由機制在網絡發布，以作為業務路徑選擇的關鍵依據[6]。

·智能選路：業務運行時，不同類型的業務對計算能力、存儲能力、網絡服務的需求是不同的。從現有業務上看，超算類應用、大型渲染類業務對算力的需求是最高的，可達到 P 級。其次是 AI 類的訓練類應用，根據算法的不同以及訓練數據的類型和大小的不同，這類應用所需的算力從 T 級到 P 級不等。? AI 推理類業務則大多部署在終端邊緣，對算力的需求稍微減弱，在幾百 G 到 T 級別不等。同時，數據處理過程中的存儲起到至關重要的作用，內存與顯存的數量可以作為關鍵指標來衡量計算存儲的能力。所以，我們需要將這些因素綜合起來，量化成度量值，并嵌入路由算法中。同時，基于服務類型及應用場景，對指標因素及權重進行調整，生成新的度量值，可以指導業務轉發。

·網絡切片：對5G 承載網進行精細化的切片處理，可實現多種業務的差異化承載，從而保障算力傳輸確定性體驗，并最大化網絡價值。在 SRv6網絡中，網絡切片將物理網絡分成多個網絡切片平面，各網絡切片由不同的路由分段（SR） Locator 以及對應的 SID 集合組成。各網絡切片通過對 SID 進行編程及組合，約束業務在特定的切片拓撲內使用為切片預留的資源進行轉發。在承載網絡中，根據業務需求使用靈活以太網（FlexE）技術在承載網設備物理接口上劃分出不同的邏輯接口，為切片分配獨立的網絡資源，以實現不同切片之間的資源隔離。

·應用感知：將應用信息帶入網絡中，使網絡及時感知應用類型及需求，以提供智能化和定制化的服務。結合應用感知技術，可利用 IPv6擴展頭將應用信息及其需求傳遞給網絡，有效銜接網絡與應用以適應服務的需求。通過業務的部署和資源調整來保證應用的 SLA 要求，可以將流量引向滿足其要求的網絡路徑，從而充分發揮網絡節點尤其是邊緣節點的優勢。

·算力感知：通過整合計算資源，以服務的形式為用戶提供算力。在電信網絡中，承載計算資源信息的通信協議可以位于網絡層之上（包括網絡層）的任意層，并以網絡層協議為基礎，將服務所需的異構算力資源信息和路由機制結合并在網絡發布，從而作為服務尋址的關鍵依據[7]。目前計算優先網絡協議（CFN）主要通過在路由協議的邊界網關協議（BGP）報文頭中以擴展字節信息的方式攜帶算力信息，將網絡中計算節點的負載情況實時向全網擴散。? CFN 協議與基于鏈路度量值進行路徑計算的網絡路由協議類似，都是基于算力度量值來完成路徑的計算。而算力度量值來源于全網計算資源信息及網絡鏈路的帶寬、時延、抖動等指標。

4 X種商業場景探索實踐，構建“網絡路徑編程即服務（SaaS）”生態運營體系

4.1云網專線升級，賦能千行百業

面向專線應用，結合不同地區、不同行業的實際情況，因地制宜地制定符合客戶需求的最佳方案，可以實現敏捷轉發、分鐘級開通，解決客戶靈活組網需求。

在廣東省開展的圍繞智能城域網和省內云骨干網的云網架構創新活動中，通過 SRv6，基于 IP 可達（即業務可達），可實現新業務的快速開通。? IPv6可延展到網絡的各個層級，從傳統的城域網、骨干網，到接入園區、數據中心，并且通過 SRv6可以拉通端、網、云，可提供智能時代多點之間的任意連接。同時，管控體系實現云網自動化對接、業務快速開通，達到了電商化體驗效果。

電商化是提升客戶體驗的一個重要手段，解決了運營商連接客戶“最后一米”問題。電商化在實踐中又可分為售前、售中和售后3 個環節：售前能力主要提供客戶直觀銷售，如客戶無須到營業廳，在線即可選擇套餐，并可以基于自身需求，快速獲取理想的資源，隨時隨地完成下單操作;售中能力主要提供交付流程可視化，包括實時資源可視可查，時長可預估、可承諾，網絡能力開放，新型、疊加型業務的快速研發等，滿足了客戶定制化的需求;售后能力主要提供在線網絡質量可視可查、路徑調優等，包括專線質量實時可視、可看可追溯，降低客戶誤報率，使得網絡隱患提前發現，防患于未然。

4.2算力網絡業務鏈，打造云網安一體服務

傳統企業核心業務部署在企業數據中心（DC）。分支企業則通過組網專線訪問總部核心業務，并通過企業總部統一的互聯網出口訪問互聯網，所有的安全防護均部署在總部。隨著核心系統上云，分支企業經過總部訪問的模式不再具有經濟效益，分支企業存在直接訪問云側服務的需求。因此，安全策略也需要分布式部署，且策略更加復雜化，要求企業分支和總部一起聯動防護，并保持安全策略的一致性。

面向安全服務，我們在大灣區進行了一系列的嘗試，在多個資源池分別部署網站應用級入侵防御系統（WAF）、防火墻（FW）等安全服務。根據業務的訴求，客戶可以選購不同的安全服務。通過基于 SRv6的業務功能鏈（SFC）技術，網絡將按需靈活地串接安全服務，使企業分支通過安全服務后訪問云業務，以提供個性化安全保障。業務鏈是一種業務功能的有序集，可以使指定的業務流按照指定的順序依次經過指定的增值業務設備，以使業務流量獲取一種或多種增值服務。這種增值業務設備，可以是物理設備上的一個模塊或者虛擬化的實例。依據客戶的意圖，結合 SRv6 SID 即服務，通過業務鏈將算力服務連接，可以將服務提供給客戶。如圖2 所示，基于服務鏈的服務靈活調度場景具有兩大算網能力：算網技術能力和算網生態服務能力。算網技術能力包括網調應用能力和網隨算動能力。網調應用實現了極致靈活網絡，使算力云池內的應用按需調度;網隨算動使得網絡具備基于時延、帶寬、丟包、指定路徑等選路能力，能夠滿足算力的不同訴求。針對算網生態服務能力，中國聯通作為服務平臺將支持集成第三方服務，并按需調度網絡側差異化承載服務能力，與應用合作伙伴共同構筑產業生態。

4.3算力網絡新型組播，打造大流量高品質服務

面向視頻類業務高清視覺、全新交互需求，CloudX業務正逐漸成為5G 市場主流。除了交互式網絡電視（IPTV）直播，大部分業務都采用單播技術。隨著用戶數量急劇增長，網絡將面臨著極大的帶寬壓力和挑戰，因此推廣新型組播技術已是大勢所趨。我們提出基于 IPv6位索引顯式復制（BIER6）視頻分發解決方案，以解決傳統組播網絡面臨的資源消耗大、運維復雜度高和網絡演進受限等問題。我們在北京進行了 BIER6組播場景和酒店行業的場景落地，實現專線和 IPTV 混合場景下的簡化組網、業務解耦和業務質量提升。基于 BIER6組播的 IPTV 場景示意如圖3 所示。

在 BIER6組播技術中，上層組播應用和底層路由環境沒有耦合關系，因此能夠靈活適配各種路由環境，以及各種上層組播應用。現有網絡只須在路由層控制面協議增加 BIER6能力擴展，在組播疊加層控制面協議增加 BIER6隧道能力擴展，在數據面增加 BIER6封裝/解封和 BIER6轉發能力，就可以向 BIER6平滑演進。在實踐過程中，通過端到端 IPTV 視頻業務的驗證，我們實現了單自治系統（AS）域及跨 AS 域間的移動虛擬專用網業務（MVPN）的業務承載及多業務隔離、 MVPN 可靠性保護（含接入側保護、中間節點保護和根節點保護），以及 BIER6的操作、管理與維護（OAM）和虛擬專用網（VPN）內單播組播共存能力。對承載網而言，點到多點轉發能有效減少網絡冗余流量，降低網絡負載;對應用平臺而言，點到多點的應用能減輕服務器和中央處理器（CPU）負荷，降低用戶數增長對組播源的影響，為云間多點互聯業務帶來更大的發展空間。

5結束語

基于 SRv6的算力網絡技術體系，運營商將5G 的通信技術（CT）優勢與云計算、大數據、? AI 等信息技術（IT）能力相結合，打造算網一體、智能安全的新一代數字基礎設施，持續賦能千行百業數字化轉型，驅動治理方式、生產方式和生活方式變革。

算力網絡是中國信息通信業倡導的新興技術概念，反映了通信與計算服務融合的現實需求和演進趨勢，其技術標準和內涵外延還需要通過實踐不斷豐富和發展。從網絡角度看，算力網絡是面向計算和智能服務的新型網絡體系， IPv6+是其技術基石，增強網絡內生算力是其演進的重要方向;從算力角度看，算力網絡是網絡化的算力基礎設施，是依托網絡構建的多樣化算力資源調度和服務體系;從服務角度看，算力網絡的目標是提供算網一體服務，是云網融合服務的新階段，是數字基礎設施服務的新形態[8]。

運營商的算網一體服務演進，須順應千行百業數字化轉型要求，將 CT、IT 和數據技術（DT）的能力打包提供。“算力即服務”的目標涉及 IT 產業、CT 產業、DT 產業的超級融合，每個產業的能力均需做強，并使其產生化學效應，實現“1+1+1>3”的效果[9]。立足5G、放眼6G，我們需要站在建設網絡強國、數字中國和智慧社會的高度開啟新一輪網絡轉型。同時，堅持技術和商業雙輪驅動，打造泛在、柔性、協同、智能、安全和可定制的新一代數字基礎設施，以數據要素支持數字化改造，加快數據要素在東部與中西部各大區域之間流通，實現東部互聯網、大數據、? AI 等先進產業鏈延伸。

參考文獻

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[3] TANG? X? Y，? CAO? C，? WANG? Y，? et? al. Computing? power? network ： the architecture? of? convergence? of? computing? and? networking? towards 6G requirement [J]. China communications， 2021， 18（2）：175-185

[4]田輝 ，魏征.“IPv6+”互聯網創新體系[J].電信科學 ， 2020， 36（8）：3-10. DOI：10.11959/j.issn.1000-0801.2020256

[5]曹暢， 唐雄燕. 算力網絡關鍵技術及發展挑戰分析[J].信息通信技術與政策， 2021， 47（3）：6-11. DOI：10.11959/j.issn.1000-0801.2020256

[6]曹暢 ， 張帥 ， 劉瑩 ，等. 云網向算網演進中的若干關鍵技術問題[J].電信科學 ，2021， 37（10）：93-101

[7]中國聯通. 算力網絡架構與技術體系白皮書[R]. 北京：中國聯通研究院， 2020? [8]中國聯通. 云網融合向算網一體技術演進白皮書[R].北京： 中國聯通研究院 ，2021

[9]唐雄燕， 張帥， 曹暢. 夯實云網融合， 邁向算網一體[J].中興通訊技術， 2021， 27（3）：42-46. DOI：10.12142/ZTETJ.202103009

作者簡介

張帥，中國聯通研究院未來網絡研究部工程師、中國通信標準化協會 “網絡5.0技術標準推進委員會”需求組副組長;主要研究方向為 IP 網絡寬帶通信、 SDN/NFV 、新一代網絡編排技術等。

曹暢，中國聯通研究院未來網絡研究部高級專家、智能云網技術研究室主任、“算力網絡架構與關鍵技術”院級重點項目攻關經理、第七屆中國通信學會信息通信網絡技術委員會委員、中國通信標準化協會 “網絡5.0技術標準推進委員會”架構組副組長、邊緣計算網絡基礎設施聯合工作組（ECNI）技術規范組組長;主要研究方向為 IP 網絡寬帶通信、? SDN/NFV 、新一代網絡編排技術等;獲中國聯通科技進步獎2 項;已發表論文30余篇，獲授權專利10余項。

唐雄燕，中國聯通研究院副院長、首席科學家，“新世紀百千萬人才工程”國家級人選，北京郵電大學兼職教授、博士生導師，工業和信息化部通信科技委委員兼傳送與接入專家咨詢組副組長，中國通信學會理事兼信息通信網絡技術委員會副主任，中國光學工程學會常務理事兼光通信與信息網絡專家委員會主任，開放網絡基金會（ONF）董事;長期從事通信新技術的研發和管理，主要專業領域為寬帶通信、光纖傳輸、互聯網/物聯網、新一代網絡等。