董峰
(威睿信息技術(shù)(中國(guó))有限公司,北京 100027)
隨著社會(huì)邁向信息化、數(shù)字化,網(wǎng)絡(luò)成了維持社會(huì)生活、生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)設(shè)施,通過各國(guó)數(shù)十年的建設(shè),目前已經(jīng)形成連通全球、性能穩(wěn)定的為網(wǎng)絡(luò),能快速完成網(wǎng)絡(luò)信息的傳遞,滿足人們工作、娛樂等需求。廣域網(wǎng)在這種環(huán)境下得到了迅速發(fā)展,尤其在光傳輸?shù)玫饺媸褂煤?,光傳送網(wǎng)絡(luò)的單波速率已經(jīng)超過400Gb/s,交換容量甚至達(dá)到Tb/s級(jí)別。在傳輸技術(shù)、路由交換技術(shù)、接口技術(shù)快速發(fā)展,以及相關(guān)協(xié)議的完善,各種多樣化的服務(wù)增加,刺激公眾對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的全新需求,推動(dòng)了廣域網(wǎng)新技術(shù)的發(fā)展,也讓廣域網(wǎng)的發(fā)展面臨著全新挑戰(zhàn)。
在一個(gè)區(qū)域范圍內(nèi)的集線器超出連接距離,就需要使用路由器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)之間的連接,這種類型的網(wǎng)絡(luò)就成為廣域網(wǎng)。廣域網(wǎng)的英文縮寫為WAN,也被稱為公網(wǎng)和外網(wǎng),是連接不同地區(qū)局域網(wǎng)、城域網(wǎng)計(jì)算機(jī)通信的遠(yuǎn)程通信網(wǎng)絡(luò),具有極大的物理跨度,能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)十公里甚至數(shù)千公里的網(wǎng)絡(luò)覆蓋,實(shí)現(xiàn)城市之間的連接,聯(lián)系不同國(guó)家的信息溝通,滿足大洲之間的遠(yuǎn)程通信[1]。廣域網(wǎng)主要面向通信服務(wù),并且支持用戶使用計(jì)算機(jī)等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離信息交換和傳輸。由于廣域網(wǎng)的覆蓋范圍很廣,通信距離遠(yuǎn),因此在技術(shù)應(yīng)用過程中需要考慮大量因素,比如需要設(shè)置線路冗余、差錯(cuò)處理、媒體帶寬等等,因此廣域網(wǎng)一般由電信部門、公司負(fù)責(zé)組建、維護(hù)和管理,而且會(huì)面向全社會(huì)提供有償信息服務(wù),通過流量統(tǒng)計(jì)等方式進(jìn)行收費(fèi)。廣域網(wǎng)包括公共傳輸網(wǎng)絡(luò)、專用傳輸網(wǎng)絡(luò)、無線傳輸網(wǎng)絡(luò)三類,公共傳輸網(wǎng)絡(luò)由政府建立、管理和控制,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的傳輸線路、交換機(jī)可以對(duì)外租用;專用網(wǎng)絡(luò)是某些組織、團(tuán)體、自行建立、使用和維護(hù)的私有通信網(wǎng)絡(luò),專用網(wǎng)絡(luò)也會(huì)和其他公共網(wǎng)絡(luò)相連;無線通信網(wǎng)絡(luò)就是常見的無線網(wǎng)絡(luò)。
隨著通信技術(shù)、云技術(shù)的快速發(fā)展,很多工作都開始使用云技術(shù),信息系統(tǒng)也朝著全面云化、數(shù)據(jù)中心化發(fā)展,各類公有云、私有云都快速發(fā)展,軟件定義網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等技術(shù)的快速發(fā)展,讓云技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的聯(lián)系變得更加緊密,云網(wǎng)融合、云網(wǎng)協(xié)同也成了云業(yè)務(wù)的重要應(yīng)用方向。目前,網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為云業(yè)務(wù)發(fā)展、使用的基礎(chǔ),同時(shí)云業(yè)務(wù)的快速發(fā)展也開始帶動(dòng)網(wǎng)絡(luò)朝著云化發(fā)展,推動(dòng)了廣域網(wǎng)架構(gòu)和技術(shù)的不斷重構(gòu)和優(yōu)化,對(duì)各類新型技術(shù)發(fā)展發(fā)揮了重要作用[2]。
廣域網(wǎng)的基礎(chǔ)來自于各種運(yùn)營(yíng)商所建立的傳統(tǒng)傳輸系統(tǒng)、交換機(jī)設(shè)備,可以滿足網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定很互聯(lián)互通,但是網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維工作相對(duì)更加復(fù)雜。隨著社會(huì)朝著全面數(shù)字化發(fā)展,信息開始朝著爆發(fā)式增長(zhǎng),網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)種類、應(yīng)用場(chǎng)景也開始增加,廣域網(wǎng)絡(luò)需要進(jìn)一步升級(jí),才能適應(yīng)日益復(fù)雜的信息傳輸需求,以及各類全新業(yè)務(wù)的挑戰(zhàn)[3]。目前的廣域網(wǎng)絡(luò)在動(dòng)態(tài)性、廣域網(wǎng)絡(luò)自適應(yīng)性、運(yùn)維簡(jiǎn)便化都有了全新的要求,根據(jù)需要,網(wǎng)絡(luò)具備了更強(qiáng)的可編排性,大量自動(dòng)化技術(shù)的引入能實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分布式數(shù)據(jù)中心靈活重組。根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模需要,網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模、設(shè)備數(shù)量、設(shè)備性能也能進(jìn)行調(diào)節(jié)。
目前廣域網(wǎng)絡(luò)服務(wù)方向涉及面很廣,從過去單純包括滿足辦公需求、生活需要、消費(fèi)朝著更為專業(yè)化的生產(chǎn)型網(wǎng)絡(luò)發(fā)展,比如廣域網(wǎng)絡(luò)下支持的自動(dòng)駕駛、無人系統(tǒng)、智能協(xié)同技術(shù)、現(xiàn)實(shí)增強(qiáng)、場(chǎng)景增強(qiáng)技術(shù)等等[4]。在大量技術(shù)的支持下,廣域網(wǎng)絡(luò)的傳輸延時(shí)更低,能滿足更大的帶寬需求,而且隨著業(yè)務(wù)綜合化和多樣化,需要更多全新的專業(yè)性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)給服務(wù)帶來保障。
網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展不僅提升了網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度、功能性,也讓網(wǎng)絡(luò)變得更加開放,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)比過去面臨更加嚴(yán)峻的安全威脅。傳統(tǒng)的廣域網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)方式主要通過接入驗(yàn)證、邊界安全控制機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)傳輸加密等方式,隨著目前廣域網(wǎng)服務(wù)業(yè)務(wù)更加廣泛,建設(shè)了高速信道傳輸、超大容量路由,以滿足確定的傳輸性能需求,傳統(tǒng)的防護(hù)機(jī)制已經(jīng)很難滿足網(wǎng)絡(luò)的防護(hù)需要。所以在面臨更大壓力的安全防護(hù)問題,防護(hù)機(jī)制和防護(hù)技術(shù)也要同步更新和發(fā)展,開發(fā)全新的防護(hù)功能。
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展,網(wǎng)絡(luò)不僅承載人和人之間的交流,也負(fù)責(zé)物與物之間的信息傳遞,除了4G、5G這類長(zhǎng)距離通信技術(shù),傳統(tǒng)的短距離通信技術(shù)也在物聯(lián)網(wǎng)中發(fā)揮了巨大作用,在智能家居、醫(yī)療監(jiān)控、工業(yè)數(shù)據(jù)采集中發(fā)揮了關(guān)鍵作用[5]。但是在各類信息化設(shè)備不斷增加的背景下,網(wǎng)絡(luò)所導(dǎo)致的能耗問題也逐漸體現(xiàn)出來,尤其物流追蹤、天然氣管道監(jiān)控、水質(zhì)監(jiān)控等工作對(duì)帶寬的需求很低,應(yīng)針對(duì)性開發(fā)功耗更低的網(wǎng)絡(luò)滿足應(yīng)用需求,提升網(wǎng)絡(luò)的綜合效益。
目前的智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)操作系統(tǒng)正朝著將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)域底層資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用分離,類似于手機(jī)、計(jì)算機(jī)的軟件應(yīng)用、硬件設(shè)備、供應(yīng)商硬件之間解耦,建立集中式的網(wǎng)絡(luò)抽象服務(wù)平臺(tái),使網(wǎng)絡(luò)更加靈活,更充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)勢(shì)。通過建立高度抽象化的智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)和操作系統(tǒng)結(jié)構(gòu),能夠?qū)崿F(xiàn)不同網(wǎng)絡(luò)域在管理平臺(tái)和控制平面的統(tǒng)一,加快不同技術(shù)的快速配置,獲得端到端的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)信息[6]。通過上述架構(gòu)設(shè)計(jì),可以形成簡(jiǎn)單的、可拓展的網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制,也能給底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供物理層功能,滿足新業(yè)務(wù)、新功能的拓展需求,對(duì)于廣域網(wǎng)、城域網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等不同網(wǎng)絡(luò)域,都能實(shí)現(xiàn)技術(shù)的有效應(yīng)用和統(tǒng)一操作。
可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是智能網(wǎng)絡(luò)在服務(wù)操作系統(tǒng)的控制下,可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求自動(dòng)化適應(yīng)各類服務(wù),以及根據(jù)服務(wù)內(nèi)容、特點(diǎn)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各種資源進(jìn)行調(diào)整和動(dòng)態(tài)重構(gòu)[7]。可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)能減少網(wǎng)絡(luò)資源的占用,根據(jù)實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)調(diào)整,滿足各類應(yīng)用需求。可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的研究和智能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)是結(jié)合進(jìn)行的,通過兩種技術(shù)的結(jié)合,能滿足四上而下可編程網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需求。
廣域網(wǎng)的重構(gòu)中,最熱門的思想和技術(shù)是軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN),該技術(shù)目前已經(jīng)在很多數(shù)據(jù)中心、產(chǎn)業(yè)園區(qū)網(wǎng)絡(luò)中得到了廣泛應(yīng)用和部署,該網(wǎng)絡(luò)具有較為靈活的編程能力、動(dòng)態(tài)感知能力、自動(dòng)編排能力,能夠不斷適應(yīng)快速變化的應(yīng)用需求。SDN引入廣域網(wǎng)主要為SD-WAN,該技術(shù)具備SDN的所有優(yōu)勢(shì),能夠通過虛擬化資源、自動(dòng)部署、可視化管理,以及采用智能系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)度等方式,提升網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整速度,并且簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維方式,可以降低運(yùn)維工作的總體成本。
使用SD-WAN技術(shù),可以進(jìn)行用戶定義的需求策略解析,根據(jù)解析結(jié)果自動(dòng)指定合適的網(wǎng)絡(luò)模型,并開展網(wǎng)絡(luò)資源分配,將所有的分配信息編譯成指令可以下發(fā)給設(shè)備,實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)的自動(dòng)化部署,從而縮短業(yè)務(wù)的自動(dòng)部署周期,促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)向服務(wù)型網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型[8]。利用集中型控制平臺(tái),能夠?qū)W(wǎng)絡(luò)設(shè)備和鏈路進(jìn)行抽象化和虛擬化控制,以及在統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)資源池的基礎(chǔ)上,制定面向全局的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)策略,實(shí)現(xiàn)流量的優(yōu)化分布,滿足業(yè)務(wù)質(zhì)量要求,提升網(wǎng)絡(luò)利用效率。在對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能控制的過程中,建立了以用戶為中心的控制策略,可以根據(jù)當(dāng)前的廣域網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況,綜合寬帶和質(zhì)量需求,尋找網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的最佳路徑,實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)中流量變化的動(dòng)態(tài)調(diào)整,而且可以提供持續(xù)性的服務(wù)。
為了提升信息的傳輸、獲取效率,以及增加信息內(nèi)容,發(fā)展出了以內(nèi)容為中心的網(wǎng)絡(luò)和以信息為中心的網(wǎng)絡(luò)等技術(shù),實(shí)現(xiàn)對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)的路由的轉(zhuǎn)發(fā),這類網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)理念在于利用基于內(nèi)容名稱的新型CCN/ICN層代替過去的IP層路由轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制。這類網(wǎng)絡(luò)投入使用需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的各類路由交換設(shè)備進(jìn)行改造,所以難度比較大,應(yīng)用相對(duì)較少。為了滿足未來廣域網(wǎng)全新的業(yè)務(wù)需求,可以融合CCN/ICN思維,設(shè)計(jì)全新的內(nèi)容路由,將廣域網(wǎng)的IP數(shù)據(jù)平面、邊緣SDN控制和云技術(shù)等技術(shù)相融合,將用戶感興趣的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為服務(wù)內(nèi)容,確定服務(wù)地址,實(shí)現(xiàn)基于內(nèi)容的路由和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)。
4.1 網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)。為了滿足特定的應(yīng)用場(chǎng)景、特殊商業(yè)模式的通信服務(wù),廣域網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該提供不同特征和運(yùn)行邏輯的網(wǎng)絡(luò)和提供相關(guān)功能,對(duì)此,目前發(fā)展出的切片技術(shù)能夠物理設(shè)施基礎(chǔ)上對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切片,建立擁有多個(gè)獨(dú)立業(yè)務(wù)的操作虛擬網(wǎng)絡(luò)。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邏輯切片都擁有獨(dú)立的功能,能實(shí)現(xiàn)端到端的信息傳輸,并且系統(tǒng)可以根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行資源配置,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化[9]。例如根據(jù)延時(shí)、帶寬、安全性、可靠性等要求進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)劃分,滿足不同類型的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用需求,實(shí)現(xiàn)端到端的高性能服務(wù)。在網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的支持下,未來在應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、智能協(xié)同制造、自動(dòng)駕駛等技術(shù)時(shí)也能快速實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的配置,滿足特殊的應(yīng)用需求。
4.2 分段路由技術(shù)。傳統(tǒng)的廣域網(wǎng)絡(luò)中大量使用多協(xié)議標(biāo)簽交換技術(shù),包括使用標(biāo)簽分發(fā)協(xié)議、資源預(yù)留協(xié)議等等,滿足虛擬專網(wǎng)服務(wù)需求。但是這種控制方式會(huì)導(dǎo)致資源配置難度增加,還會(huì)影響擴(kuò)展性,在對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制中交互性也比較差,很難發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)效果。分段路由是一種重要的源路由技術(shù),該技術(shù)通過在數(shù)據(jù)包報(bào)頭中插入分段列表,并在每個(gè)列表中提供帶有服務(wù)保障信息質(zhì)量,確保數(shù)據(jù)包進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)后節(jié)點(diǎn)可以通過報(bào)頭確定數(shù)據(jù)包的處理方式,從而保障網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)水平。由于源頭節(jié)點(diǎn)能夠維護(hù)每個(gè)流的業(yè)務(wù)狀態(tài),滿足維護(hù)需求,通過在數(shù)據(jù)包報(bào)頭加入適當(dāng)?shù)姆侄瘟斜?,就可以不進(jìn)行狀態(tài)信息的維護(hù),轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)只需要根據(jù)分段列表進(jìn)行處理。該方法下的網(wǎng)絡(luò)傳輸更加簡(jiǎn)潔,不需要進(jìn)行復(fù)雜協(xié)議處理,能保障服務(wù)的靈活性,并且已經(jīng)得到了一定規(guī)模的使用。
4.3 時(shí)敏和確定性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。時(shí)敏網(wǎng)絡(luò)是一種全新的以太網(wǎng)技術(shù),在傳統(tǒng)以太網(wǎng)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步發(fā)展,能夠提供極低的延時(shí),而且信息傳輸擁有極高的可靠性。時(shí)敏網(wǎng)絡(luò)滿足標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)架構(gòu)的要求,擁有非常強(qiáng)的流量調(diào)度能力,能滿足各種不同類型業(yè)務(wù)流量的高質(zhì)量傳輸,同時(shí)也能控制傳輸成本,所以具有非常廣闊的應(yīng)用前景。在自動(dòng)駕駛、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等對(duì)時(shí)敏要求較高的一個(gè)用場(chǎng)景中,目前時(shí)敏網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)揮了十分重要的作用。目前時(shí)敏網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一般應(yīng)用在自動(dòng)駕駛、工業(yè)控制等專業(yè)領(lǐng)域,并且主要在局域網(wǎng)中使用,但由于其具有較高的確定性、穩(wěn)定性、可以測(cè)性、傳輸效率極高,在未來的廣域網(wǎng)中也有一定的應(yīng)用前景,尤其在公眾對(duì)網(wǎng)絡(luò)速度、穩(wěn)定性需求日益提升,時(shí)敏網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到廣域網(wǎng)中具非常高的價(jià)值,能滿足未來對(duì)網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求。
4.4 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)生安全技術(shù)。未來的廣域網(wǎng)絡(luò)需要在滿足多樣化服務(wù)、開放性網(wǎng)絡(luò)的同時(shí),確保網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定、高效,滿足用戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗(yàn)的需求,同時(shí)也不能由于網(wǎng)絡(luò)安全管理方式的增加,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降影響服務(wù)水平。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)防護(hù)都采用疊加安全防護(hù)數(shù)量的思路,必然增加網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力、增加網(wǎng)絡(luò)延遲、導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)性能下降,限制各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)展。所以,未來在開發(fā)廣域網(wǎng)絡(luò)技術(shù)時(shí),應(yīng)該加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和安全防護(hù)技術(shù)的融合使用,滿足性能和安全防護(hù)的綜合需求。通過完善網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)數(shù)協(xié)議,強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的可信互聯(lián),加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可信運(yùn)行等內(nèi)生安全方式解決網(wǎng)絡(luò)安全隱患,數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)處理流程中,應(yīng)該加入安全處理環(huán)節(jié),在提升安全管理水平的同時(shí),也能減少安全控制對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸速率、延時(shí)等因素的影響,避免限制網(wǎng)絡(luò)性能,滿足網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施安全、高效、穩(wěn)定運(yùn)行的要求。
在不同地區(qū)交流更加頻繁,各類網(wǎng)絡(luò)服務(wù)面向全球,生產(chǎn)需要遠(yuǎn)程控制的背景下,廣域網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力正經(jīng)受著更嚴(yán)峻的考驗(yàn)。為此,應(yīng)該針對(duì)不同服務(wù)、應(yīng)用需求發(fā)展相應(yīng)的服務(wù)能力,滿足網(wǎng)絡(luò)可定制、可重構(gòu)的要求,提升網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)適應(yīng)性和彈性。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研發(fā)中,不僅要考慮當(dāng)下對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需要,也要結(jié)合各類業(yè)務(wù)的發(fā)展情況,分析社會(huì)對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)的需求,加強(qiáng)先進(jìn)技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用,并加快各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)定制、完善體系架構(gòu)設(shè)計(jì)等,推動(dòng)廣域網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)革新,滿足社會(huì)公眾對(duì)廣域網(wǎng)絡(luò)性能的需求。