當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新中面臨的最核心問(wèn)題是網(wǎng)絡(luò)資源管理機(jī)制問(wèn)題，承載網(wǎng)絡(luò)需要通過(guò)構(gòu)建統(tǒng)一強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)資源管理層，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一架構(gòu)管理與高效靈活的按需調(diào)度，真正實(shí)現(xiàn)“網(wǎng)隨云動(dòng)”。
網(wǎng)絡(luò)資源管理是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的核心問(wèn)題
當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)資源管理機(jī)制面臨重大挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)資源管理理念和方式將迎來(lái)重大變革。
首先，粗放的網(wǎng)絡(luò)資源管理方式面臨巨大的成本壓力。自從運(yùn)營(yíng)商的主營(yíng)業(yè)務(wù)從語(yǔ)音逐步轉(zhuǎn)向以視頻為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)以來(lái)，運(yùn)營(yíng)商一直面臨網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本遠(yuǎn)高于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)收入的量收 “剪刀差”的困擾。運(yùn)營(yíng)商量收剪刀差由2012年的1.8個(gè)百分點(diǎn)持續(xù)拉大至2015年的20.9個(gè)百分點(diǎn)，通信業(yè)增量不增收的趨勢(shì)進(jìn)一步顯現(xiàn)。當(dāng)前IP網(wǎng)絡(luò)一直堅(jiān)持“弱管理”的理念，分布式路由導(dǎo)致全局網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率不足30%;“Best Effort”機(jī)制通過(guò)建立多張網(wǎng)絡(luò)并采用輕載方式用帶寬成本換取服務(wù)質(zhì)量，導(dǎo)致各網(wǎng)絡(luò)之間資源不能共享，網(wǎng)絡(luò)成本增加，網(wǎng)絡(luò)效率低下。吉爾德定律決定主干網(wǎng)帶寬大概是每8個(gè)月增長(zhǎng)一倍，這種粗放的網(wǎng)絡(luò)資源管理方式的建設(shè)和運(yùn)維成本將呈指數(shù)級(jí)增加。
其次，剛性的網(wǎng)絡(luò)資源管理方式難以支持個(gè)性化業(yè)務(wù)。云計(jì)算的發(fā)展使得網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)對(duì)象變成了虛擬機(jī)(VM)，VM的靈活部署對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配提出了彈性化的要求。但是，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)難以高效支持大規(guī)模的跨域虛擬機(jī)互聯(lián)，成為制約云計(jì)算發(fā)展的重要因素。光傳送網(wǎng)通常按照業(yè)務(wù)最大峰值配置靜態(tài)帶寬，導(dǎo)致業(yè)務(wù)費(fèi)用高昂，網(wǎng)絡(luò)資源浪費(fèi)，難以適應(yīng)云互聯(lián)的需求。IP網(wǎng)絡(luò)層面的VxLAN技術(shù)是業(yè)界普遍采用的VM互聯(lián)技術(shù)，但是VxLAN只是實(shí)現(xiàn)了虛擬專用“線”，在組大網(wǎng)時(shí)，面臨STP收斂緩慢以及組網(wǎng)的N平方問(wèn)題，很難作為大范圍使用的VM跨域組網(wǎng)技術(shù)。
另外，孤立的網(wǎng)絡(luò)資源管理方式難以滿足融合業(yè)務(wù)的需求。目前IP網(wǎng)絡(luò)與CDN網(wǎng)絡(luò)缺乏必要的協(xié)同調(diào)度機(jī)制，運(yùn)營(yíng)商的IP網(wǎng)絡(luò)和WDM網(wǎng)絡(luò)各自建設(shè)，獨(dú)立規(guī)劃、分配、管理和控制，造成網(wǎng)絡(luò)靈活性差，資源效率低。IP層把光層看成靜態(tài)硬管道，在網(wǎng)絡(luò)流量不均衡、IP網(wǎng)絡(luò)擁塞的情況下，無(wú)法利用光層資源及時(shí)進(jìn)行流量疏導(dǎo)和帶寬提升。由于IP網(wǎng)絡(luò)看不到光層網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜捅Ｗo(hù)能力，導(dǎo)致光層和IP層均配置了保護(hù)，一個(gè)業(yè)務(wù)需要4倍帶寬，網(wǎng)絡(luò)資源效率低下。
統(tǒng)一完善的網(wǎng)絡(luò)資源管理機(jī)制是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新的重要方向
統(tǒng)一完善的網(wǎng)絡(luò)資源管理機(jī)制具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。一是粗放式管理向精細(xì)化管理轉(zhuǎn)變：由基于優(yōu)先級(jí)的QoS管理深入到基于隊(duì)列的網(wǎng)絡(luò)管理。從虛擬專用“線”向虛擬專用“網(wǎng)”轉(zhuǎn)變。二是剛性方式向彈性方式轉(zhuǎn)變：高效支持大規(guī)模的跨域虛擬機(jī)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)資源的靈活部署，按需調(diào)度。三是孤立資源向融合統(tǒng)一調(diào)度轉(zhuǎn)變：對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)、光網(wǎng)絡(luò)資源，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以及計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源的“池化”和統(tǒng)一管理與調(diào)度。
要構(gòu)建跨網(wǎng)絡(luò)、跨域的、統(tǒng)一架構(gòu)的、靈活的網(wǎng)絡(luò)資源管理層，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化，需要具備以下三個(gè)方面的基本要素。
——開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型。 “開(kāi)放”是產(chǎn)業(yè)鏈成熟并良性發(fā)展的重要標(biāo)志，開(kāi)放可以激發(fā)創(chuàng)新活力，降低創(chuàng)新成本，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)鏈條。類比于傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備的開(kāi)放，正是由于零件的標(biāo)準(zhǔn)化和互換性，促進(jìn)了工業(yè)革命的深入發(fā)展，真正帶來(lái)了工業(yè)化大浪潮。然而，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大多是封閉的架構(gòu)，各廠商獨(dú)有設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，具有固化、封閉式、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)的特點(diǎn)，產(chǎn)業(yè)生態(tài)相對(duì)封閉，創(chuàng)新能力不強(qiáng)。而SDN/NFV技術(shù)的出現(xiàn)，掀起了網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的浪潮，特別是NFV技術(shù)將推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能接口的標(biāo)準(zhǔn)化和功能重組。總體而言，現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放已成為技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)。
——網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)在控制平面扮演著重要的角色，它通過(guò)南向接口實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)元資源的抽象和管理，北向接口向上層應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)編排的功能，根據(jù)不同策略來(lái)編排用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)本質(zhì)上是要為用戶選擇一條滿足用戶QoS等需求的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。因此，它需要具有拓?fù)湫畔⑹占⒙窂接?jì)算等基本功能。網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)從一出現(xiàn)就得到了ICT廠商的極大關(guān)注。在開(kāi)源社區(qū)的大力推動(dòng)下，如今網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)生態(tài)呈現(xiàn)一片欣欣向榮的發(fā)展態(tài)勢(shì)。到2015年中期，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)開(kāi)始產(chǎn)業(yè)聚焦，基本形成了由Linux基金會(huì)主持管理的Opendaylight解決方案和以O(shè)N.Lab主持管理的ONOS解決方案兩大技術(shù)方向，全球知名ICT廠商、電信運(yùn)營(yíng)商以及學(xué)術(shù)研究機(jī)構(gòu)紛紛加入其中，貢獻(xiàn)自己的力量。
——數(shù)據(jù)面新型轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。當(dāng)前，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面有兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)已成為業(yè)界關(guān)注的熱點(diǎn)。一是利用Intel DPDK開(kāi)發(fā)套件提高軟轉(zhuǎn)發(fā)的性能;二是協(xié)議無(wú)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)，這將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)可定制的基礎(chǔ)。
將軟件和硬件解耦，采用通用硬件實(shí)現(xiàn)軟轉(zhuǎn)發(fā)的模式，在性能上將存在巨大挑戰(zhàn)。當(dāng)前，Intel開(kāi)源了一套數(shù)據(jù)面開(kāi)發(fā)接口套件DPDK(Data Plane Develop Kit)，它是一套基于Intel架構(gòu)的通用處理器的數(shù)據(jù)包處理程序開(kāi)發(fā)工具和平臺(tái)，可以幫助用戶更便捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)面的創(chuàng)新，將控制面和數(shù)據(jù)面平臺(tái)進(jìn)行高效整合。采用DPDK，在性能方面，單個(gè)Intel至強(qiáng)處理器可以達(dá)到超過(guò)80Mbps的吞吐量，在多核配置中則可以更高，超過(guò)10Gbps線速。目前，基于DPDK的開(kāi)源生態(tài)正在積極構(gòu)建，包括Intel、6WIND、WindRiver、Aricent等公司都是主導(dǎo)機(jī)構(gòu)。在物理網(wǎng)卡方面，也有包括Intel、Mellanox、Broadcom、Cisco等公司也都在積極研發(fā)下一代的物理網(wǎng)卡。
協(xié)議無(wú)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)(POF，Protocol Oblivious Forwarding)是SDN數(shù)據(jù)平面靈活可編程的創(chuàng)新技術(shù)，其通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)行為進(jìn)行抽象，實(shí)現(xiàn)利用高級(jí)編程語(yǔ)言對(duì)多種轉(zhuǎn)發(fā)平臺(tái)進(jìn)行靈活的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和轉(zhuǎn)發(fā)流程定制。當(dāng)前，協(xié)議無(wú)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)已成為業(yè)界研究的熱點(diǎn)，ONF標(biāo)準(zhǔn)組正在積極定義相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，硅谷的創(chuàng)新公司和華為、中興等公司都在積極推進(jìn)POF芯片的研發(fā)，推進(jìn)產(chǎn)業(yè)生態(tài)的建設(shè)。
我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新和升級(jí)演進(jìn)的目標(biāo)與方向
當(dāng)前，我國(guó)應(yīng)該加快轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)粗放式的網(wǎng)絡(luò)資源管理理念和運(yùn)營(yíng)模式，以構(gòu)建開(kāi)放架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)資源管理平臺(tái)為核心，打造高效彈性的網(wǎng)絡(luò)資源池化管理和按需調(diào)度的能力，支持極度差異化的網(wǎng)絡(luò)定制服務(wù)。
在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新方向，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和協(xié)議無(wú)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)是技術(shù)主攻方向。重點(diǎn)聚焦以下幾個(gè)方面：
——研發(fā)網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)與平臺(tái)，突破基于可控隊(duì)列的流表隔離及虛擬技術(shù)、基于無(wú)連接方式的跨域虛擬專網(wǎng)技術(shù)。
——研發(fā)網(wǎng)絡(luò)功能定制與業(yè)務(wù)編排技術(shù)與系統(tǒng)，攻克網(wǎng)絡(luò)與IT資源的聯(lián)合編排技術(shù)、基于模型的網(wǎng)絡(luò)功能鏈定義技術(shù)。
——研發(fā)支持隊(duì)列級(jí)資源切片的NP芯片與設(shè)備。
在網(wǎng)絡(luò)升級(jí)演進(jìn)方向，實(shí)現(xiàn)從“智能管道”向“開(kāi)放融合網(wǎng)絡(luò)資源平臺(tái)”的根本轉(zhuǎn)變：
——構(gòu)建開(kāi)放架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)資源管理平臺(tái)。一是實(shí)現(xiàn)IP網(wǎng)絡(luò)資源的整合，基于集群構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)資源池——“資源云”;二是實(shí)現(xiàn)IP與光資源的統(tǒng)一架構(gòu)管理，構(gòu)建強(qiáng)健的網(wǎng)絡(luò)資源管理層。
——建設(shè)網(wǎng)絡(luò)資源的開(kāi)放與定制環(huán)境。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的有序開(kāi)放，支持網(wǎng)絡(luò)虛擬運(yùn)營(yíng)商的特定功能的彈性定制。
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