史凡 趙慧玲

中圖分類號：TN915.1文獻標志碼：A 文章編號：1009-6868 (2012) 04-0032-002

摘要：文章認為智能化云計算承載網(wǎng)應具備高速、快捷、保障、靈活等特性。為支持和實現(xiàn)這些特性，需引入虛擬感知、因特網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC)互聯(lián)、IDC集群以及軟件定義網(wǎng)絡(SDN)等新型技術?；诂F(xiàn)有的運營商網(wǎng)絡架構(gòu)，文章認為可通過在不同網(wǎng)絡層面和網(wǎng)絡單元中新增或升級具備相應技術能力的設備和系統(tǒng)，調(diào)整網(wǎng)絡組織和部署，實現(xiàn)網(wǎng)絡智能能力的有效增強，從而加速現(xiàn)有網(wǎng)絡架構(gòu)向下一代高智能網(wǎng)絡架構(gòu)的演進。

關鍵詞：智能；云網(wǎng)絡；虛擬；承載網(wǎng)絡

Abstract: A wise-cloud carrier network should be fast, safe, and flexible. To realize these features, new technologies such as virtual awareness, Internet data center (IDC), IDC cluster, and software-defined network need to be used. In this paper, we suggest that network organization and deployment can be adjusted, and intelligence of a network can be enhanced by adding or updating equipment in different network layers and units. In this way, existing network infrastructure can quickly evolve to highly intelligent next-generation infrastructure.

Key words:wise; cloud network; virtual awareness; carrier network

以互聯(lián)網(wǎng)為代表的現(xiàn)有網(wǎng)絡架構(gòu)在業(yè)務種類繁多個性需求不斷出現(xiàn)、用戶不斷增多帶寬日益擴張的情況下，其網(wǎng)絡容量的擴展性和體系架構(gòu)的靈活性都非常有限，已經(jīng)難以滿足未來業(yè)務持續(xù)高速發(fā)展的要求，也無法提供給用戶以差異化的業(yè)務體驗。

以智能化和云化為主要代表構(gòu)建的新型下一代網(wǎng)絡目前已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛看好。結(jié)合運營商成功運行多年的電信級網(wǎng)絡打造智能化的云網(wǎng)絡，是今后5～10年間網(wǎng)絡架構(gòu)發(fā)展的主要趨勢。

1 智能化云計算承載網(wǎng)的

定義和特征

從承載網(wǎng)的發(fā)展態(tài)勢來看，提供一個客戶感知良好、運營管理方便、業(yè)務開通靈活的網(wǎng)絡，能實現(xiàn)高速協(xié)同接入、資源自助指配、速率針對性保障的差異化服務，是各個運營商所追求的目標。

目前，業(yè)界一致認同未來網(wǎng)絡將是一個高智能網(wǎng)絡的觀點，即具有“WISE”特征的新型網(wǎng)絡。具體來說，就是具備高速廣覆蓋能力(Wide)、資源快速指配能力(Instant)、接入靈活協(xié)同能力(Smart)和質(zhì)量按需保障能力(Ensured)的高效集約化網(wǎng)絡[1]。

那么，以云計算為重要契合點，適應云管端一體化發(fā)展的趨勢，在現(xiàn)有各種網(wǎng)絡形態(tài)上演變和發(fā)展起來的，滿足上述WISE特征的網(wǎng)絡架構(gòu)和網(wǎng)絡能力，我們就可以認為其是一種智能化的云計算承載網(wǎng)。從狹義上看，智能化云計算承載網(wǎng)可以是對現(xiàn)有網(wǎng)絡進行改造和升級，引入智能性，使之適應云計算各類應用和業(yè)務的承載需求的網(wǎng)絡；從廣義上看，智能化云計算承載網(wǎng)可以是利用云計算的概念和技術(如分布化、虛擬化)，在現(xiàn)網(wǎng)基礎上形成的可持續(xù)演進具有高度智能性的網(wǎng)絡。一種新型的智能化管道如圖1所示。

對于智能化云計算承載網(wǎng)的WISE特性，結(jié)合云計算的相關特點，可以解釋如下：

(1)高速(W)：對于終端和用戶訪問云計算平臺提供高帶寬接入(如訪問因特網(wǎng)數(shù)據(jù)中心(IDC))和互聯(lián)(如IDC互訪)能力。

(2)快捷(I)：對于云計算特定資源進行快速指配(如虛擬機(VM)遷移中的網(wǎng)絡資源分配和策略跟隨)。

(3)靈活(S)：對于網(wǎng)絡流量可以進行靈活的控制和調(diào)度(如客戶可定制化的路由處理)。

(4)保障(E)：對于云計算業(yè)務/應用提供按需的質(zhì)量保障(如滿足大容量處理的IDC的多虛一)。

2 智能化云計算承載網(wǎng)

關鍵技術

2.1 虛擬感知技術

在智能化云計算承載網(wǎng)中，能夠?qū)τ谠朴嬎阈乱氲腣M進行感知，是網(wǎng)絡必須具備的基礎能力，也是相應進行資源配置和調(diào)度的前提。

目前在技術上，實現(xiàn)虛擬感知的技術有基于主機、網(wǎng)卡、網(wǎng)絡設備(交換機)等。

(1)基于軟件或網(wǎng)卡實現(xiàn)的虛擬交換機，一般只具有識別虛擬機的基本功能，或多或少需要占用主機資源，對主機的性能造成一定的影響，因此擴展性相對較差，但由于歷史原因，其成熟度相對較好，成本也較低。

(2)基于網(wǎng)絡設備實現(xiàn)的虛擬交換機(一般是頭端交換機)，可以在識別虛擬機的基礎上實現(xiàn)流量監(jiān)管等一系列高級功能，且不占據(jù)主機資源，能達到很高的性能，擴展性較高。但相對技術還處在發(fā)展過程中，目前其主流技術標準為802.1Qbg或802.1BR(原802.1Qbg)，各有相應的支持廠商，但其成本較高。

從網(wǎng)絡承載的角度看，基于網(wǎng)絡設備實現(xiàn)的虛擬交換機，技術上功能全面、性能易擴張，且運維的界面比較清晰(主機/虛擬機的維護和網(wǎng)絡的維護相互獨立)，可以降低維護的技術難度，應該成為未來的發(fā)展方向。

2.2 二層互聯(lián)技術

在智能化云計算承載網(wǎng)中，對虛擬機遷移所要求的大二層互聯(lián)，是一個新的挑戰(zhàn)。特別是針對現(xiàn)有以互聯(lián)網(wǎng)為主體的三層網(wǎng)絡互聯(lián)情況，如何在虛擬機遷移的IDC間實現(xiàn)端到端大二層連接，也就是數(shù)據(jù)中心互聯(lián)(DCI)[2]，將是一個新課題。

目前在技術上，實現(xiàn)DCI的技術有基于媒體訪問控制(MAC)/二層網(wǎng)絡和基于IP/三層網(wǎng)絡兩類。

(1)基于MAC/二層網(wǎng)絡的DCI技術，利用以太網(wǎng)的VPN技術或MAC in IP技術等，實現(xiàn)二層的虛擬連接。目前主要代表有虛擬專用局域網(wǎng)業(yè)務(VPLS)/通用路由封裝(GRE)承載VPLS、以太網(wǎng)的虛擬專用網(wǎng)(E-VPN)和疊加的傳輸虛擬化(OTV)3種。

(2)基于IP/三層網(wǎng)絡的DCI技術，采用位置和ID分離的思想或采用邊界網(wǎng)關協(xié)議(BGP)擴展的思想，目前主要代表有位置與標識分離協(xié)議(LISP)、虛擬子網(wǎng)兩種，都處于IETF的草案階段。

從網(wǎng)絡承載的角度看，DCI是虛擬機跨地域/IDC遷移的前提，也是云計算特定應用在承載網(wǎng)上無縫調(diào)度的一個重要保障，將是今后一個時期內(nèi)需要快速標準化的一類技術。

2.3 二層集群技術

在智能化云計算承載網(wǎng)中，為實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的集約化運營，提高網(wǎng)絡使用的效率，需要將多個在地理上分散的資源平臺集合為一個統(tǒng)一向外服務(即多虛一)，在現(xiàn)階段主要是將多個IDC合成為一個使用，即軟件定義網(wǎng)絡(DCN)。

目前在技術上，實現(xiàn)DCN的技術有基于MAC/二層網(wǎng)絡和基于IP/三層網(wǎng)絡等兩類。

(1)基于MAC/二層網(wǎng)絡的DCN技術，一般在數(shù)據(jù)平面采用對以太幀的報頭進行擴展或者采用MAC in MAC的方式，在控制平面借助一些二層尋址協(xié)議(如中間系統(tǒng)到中間系統(tǒng)(ISIS))來實現(xiàn)。目前主要代表有TRILL網(wǎng)絡和最短路徑橋接(SPB)兩種，都處于IETF的草案階段。

(2)基于IP/三層網(wǎng)絡的DCN技術，利用三層協(xié)議來封裝二層MAC，相當于在三層網(wǎng)絡設備間構(gòu)建了一個二層的隧道。

從網(wǎng)絡承載的角度看，DCN將是智能化云計算承載網(wǎng)發(fā)展到中期以后，單個IDC資源難以滿足應用需求的情況出現(xiàn)后的產(chǎn)物，但其在技術上目前標準化進程較慢。

2.4 路由虛擬化技術

在智能化云計算承載網(wǎng)中，承載網(wǎng)需要能夠針對不同云應用/不同客戶提供定制化的路由和轉(zhuǎn)發(fā)。現(xiàn)有網(wǎng)絡主要基于IP地址進行轉(zhuǎn)發(fā)的方式，難以實現(xiàn)細粒度的靈活控制和調(diào)度。特別是現(xiàn)有的路由方式中，轉(zhuǎn)發(fā)和控制高度耦合，在根本上束縛了靈活路由和調(diào)度的能力。

為此，基于轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離的思路，業(yè)界提出了SDN的思路，其代表性技術為Openflow。其根本思想是將網(wǎng)絡控制平面從網(wǎng)絡設備分離，控制平面提供開放接口，使得網(wǎng)絡對于用戶而言可編程可配置，體現(xiàn)了網(wǎng)絡虛擬化在路由層面的高度發(fā)展。

但目前，Openflow技術還沒有得到主流標準組織的接納，在設備的商用化程度上也比較低，特別是其理念對于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備和網(wǎng)絡設計都有“革命性”的沖擊，將會經(jīng)歷一個相對長期的試驗和研究階段。

3 對智能化云計算承載網(wǎng)

的發(fā)展思考

從上述的介紹和分析可以看出，智能化云計算承載網(wǎng)可以提供一個新型的高智能網(wǎng)絡架構(gòu)，在現(xiàn)階段可以應對云計算引入后各種云應用對網(wǎng)絡承載的特殊要求，在未來可以促成網(wǎng)絡的智能化轉(zhuǎn)變形成對各類新型業(yè)務和應用的智能承載。

當然從幾類代表性技術標準的原理上看各有千秋，在標準化進展上多數(shù)位于發(fā)展初期，總體上還處在技術研究階段，距離規(guī)模部署尚有一定距離。但是我們也要看到，技術的發(fā)展都需要有一定的前瞻性，如果認定了智能化云計算承載網(wǎng)將是未來網(wǎng)絡的一種重要形式，就需要堅定不移地推動各項技術的成熟。

從現(xiàn)網(wǎng)引入的迫切性角度出發(fā)：先期應關注虛擬感知技術在網(wǎng)絡設備(以交換機為代表)中的實現(xiàn)?？梢栽贗DC內(nèi)靠近服務器/虛擬機的頭端交換機上首先引入虛擬感知能力，配合相應的管理平臺或系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡策略的跟隨和統(tǒng)一。同時，在廣域網(wǎng)上(主要是IDC間的網(wǎng)絡)，考慮實現(xiàn)DCI二層承載方案，特別是兼容現(xiàn)有骨干網(wǎng)的狀況，實施端到端的大二層互聯(lián)。通過兩者的結(jié)合，實現(xiàn)在服務高速接入和資源靈活配置上的統(tǒng)一。中期，應推動DCN相關技術的統(tǒng)一和成熟。在不同IDC間構(gòu)建統(tǒng)一的資源池，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的集約化運營和一體化服務。后期，應關注SDN在IDC側(cè)的實施，以IDC為試驗床提供面向特定應用的路由虛擬化服務，結(jié)合骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)設備的能力狀況，逐步考慮向骨干網(wǎng)和城域網(wǎng)的引入。通過兩者的發(fā)展，提升網(wǎng)絡服務的快捷性和保障性。

4 結(jié)束語

2011年，由中國電信牽頭，聯(lián)合中國移動、中國聯(lián)通、工業(yè)和信息化部電信研究院、中興通訊、華為等單位共同提出的智能型網(wǎng)絡(NICE)正式在ITU立項。NICE明確了智能型網(wǎng)絡的定義和總體架構(gòu)，通過多維感知、按需保障、靈活協(xié)同、資源優(yōu)化、能力開放等五大能力集的描述，全面規(guī)范通信網(wǎng)絡提供更加快捷、高效、安全通信服務時所需具備的承載層、承載控制層和業(yè)務控制層功能，并提供相關的應用案例。

而智能化云計算承載網(wǎng)將是實踐NICE的一個具體體現(xiàn)，是網(wǎng)絡更加智能地服務于新型應用的典范，代表了下一代網(wǎng)絡架構(gòu)發(fā)展的方面，值得大家的關注和重視。

5 參考文獻

[1] 趙慧玲, 智能網(wǎng)絡鼎力支持云海應用 [C]//2012中國通信技術年會, 2011年12月21日, 北京.

[2] 趙慧玲, 中國電信云計算的實踐和云中心的研發(fā)重點 [C]//2012第四屆CCS云計算高峰論壇, 2011年4月17-18日, 北京.

收稿日期：2012-05-02

作者簡介

史凡，西安電子科技大學學士畢業(yè)；中國電信股份有限公司北京研究院網(wǎng)絡技術部全業(yè)務承載網(wǎng)研究室主任、高級工程師，城域以太網(wǎng)論壇(MEF)中國工作組主席；主要研究領域為下一代互聯(lián)網(wǎng)、云計算等；已獲得省部級獎3項，申請專利4項，合著專著6本，發(fā)表論文20余篇。

趙慧玲，中國電信股份有限公司北京研究院副院長、教授級高工、博士生導師，中國電信云計算研究中心主任，MEF董事會成員，信息產(chǎn)業(yè)部通信科技委委員；主要研究領域為高智能網(wǎng)絡、云計算等；已獲國家科技進步二等獎2項、部級科技進步一等獎3項、二等獎8項、三等獎8項，申請專利16項，出版著作13部、譯著2部，發(fā)表論文近百篇。