总19期
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网络切片:
从尽力而为到有保证的智能化连接
文/程作品
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我们在欣赏《复联》影片时大呼过瘾,钢铁侠凭借其过人的智慧和超前的科技手段,一次次拯救同伴、家园乃至我们的地球。影片中酷炫的3D全息对话召之即来挥之即去,究其背后的“硬核”(通信手段)离不开高通量、跨时空的确定性网络的支撑。

这样的场景在未来十年将成为人们日常生活的标配:可以通过全息影像与远在国外的亲人进行等比例、360度无死角的进行沉浸式的交流;出门搭载舒适舱去你想去的地方;医生和患者相隔千里通过远程医疗进行诊断和手术等等,完全实现了全时海陆空的无缝实时通信。

这些都得益于通信技术的发展,突破时间和空间的限制,实现从现有全球互联到全球海陆空无缝实时智联的转变,也就是现有的尽力而为模式切换到网络智联的确定性的模式。据预测2030年对通信需求,其关键指标如下:

确定性超低时延(1us)

超高通量带宽(1Tbps/人)

超大规模连接(1000亿连接)

此前人与人通信对网络模型的要求基本是一致的,通信主体都是人,而万物互联后,对网络模型的要求碎片化,抄表类的连接与车联网类的连接对网络模型的要求完全不同,比如服务时间、带宽要求、时延要求、终端数量规模等等都存在差异。如果仍然都是尽力而为的服务模式显然无法满足各类客户诉求。此时,需要对业务的连接服务进行细化:从接入、承载、核心网端到端的进行控制,形成一个个面向服务的逻辑专网。以这个逻辑专网为上层业务提供专有连接,让应用从终端到接入,再到承载与核心网,享受端到端的服务质量保障,而且还可以将关键网元逻辑独立,客户独享。解决技术方案如下。

面向服务的路由

面向服务的路由(Service-Oriented Routing)旨在改变传统IP 基于拓扑的单一路由寻

址机制,直接以服务标识或类型作为寻址依据以优化服务获取时延,并可根据各种通

信实体差异化的需求,对服务标识、实体ID 等实施路由策略。以服务标识为纽带实现

上层业务与底层通信资源的关联,从而实现面向服务和内容的选路(参见图1)。

图1面向服务的路由

面向服务的路由可以解决现有基于IP寻址的移动性差、难聚合和不友好等问题,但网络体系需要做出适当的调整,网络设备间进行路由通告,并使用标准化的协议为多样化的标识提供路由转发能力支撑。基于首包服务寻址和用户体验寻址网络可以感知服务标识和类型,并按服务标识和类型进行聚类,有效地解决了在超高通量和超大规模场景中的数据聚合;同时面向服务的寻址对移动状态下的选路也进行了优化,这种泛在移动优化对确定性超低时延起到重要保障作用,如无人驾驶的场景。

网络切片

网络切片(Network Slicing),它的思路类似VPN、差异化调度,针对不同SLA业务采用隔离、分层、映射等技术来提供差异化服务。

网络切片是将基础物理网络划分为多个虚拟网络,每一个虚拟网络根据不同的服务需求,比如时延、带宽、安全性和可靠性等来划分,以灵活应对不同的网络应用场景。

1.标识

图2 网络分片标识

S-NSSAI(单一网络切片选择辅助信息):标识一个网络切片。S-NSSAI的结构如上图所示,由两部分组成:SST(Slice/Service type,切片/服务类型)和SD(Slice Differentiator,切片差分器)。SST指的是在功能和服务方面的预期网络切片行为;SD是可选信息,补充切片/服务类型,以区分相同切片/服务类型的多个网络切片。

2.转发面

转发层面可以采用专网专线或VPN,也可以采用Flex-E硬切片、结合SR+QoS的MPLS L2/L3软切片等技术。

Flex-E相当于标准以太网 + 时隙调度SHIM通过捆绑、子速率和通道化等技术手段提供一组组硬通道,实现不同粒度的任意组合,相比DWDM等传输技术的鲁棒性和带宽利用率有显著提升,同时还保障端对端的高可靠性和确定性。Flex-E可以满足大客户专线、实现IP+Optical灵活组网以及实现5G网络分片等多种应用场景。

SR(Segment Routing分段路由)引入了SID它可以标识为目的地、命令行、参数,也可以嵌套上层业务信息,做差异化的承载和服务。SR+QoS(SR Policy)可以根据预先的策略实现网络规划、流量调优和可视运维等,方便实现可编程、转控分离和虚拟出多张逻辑网络,在TE(流量工程)、多云和物联网中得到广泛的应用。

一个物理网络经过硬切片和软切片等手段后逻辑划分为一个个相互独立的逻辑网络,还可以借助流量工程来适配“超低时延”、“超高通量”和“超大规模”等场景。比如:硬切片所划分的逻辑网络(硬通道)分配给优先级最高的超低时延的场景,软切片部分留给超高通量的场景,剩余部分留给超大规模场景(优先级相对较低、传输的数据量不大,但终端数量巨大)。

3.控制面

转控分离后,控制面由Controller负责,统一实现全网的部署、选路和调度等;结合流量采集、分析和决策,同时借助AI等手段达到意图驱动的目标:

根据承载网络基础设施能力的不同可以选择不同的技术实现逻辑专网的部署,以提供给不同的业务应用,并保证端到端业务的隔离性。根据不同业务应用的SLA(服务等级协议)为逻辑专网分配不同的虚拟或物理资源,具体的SLA 包括用户数、QoS、带宽等参数,不同的SLA定义了不同的通信服务类型。

图3 网络切片示意图

4.商业价值

基础网络运营商当前存在增量少收的局面:一方面需要带宽越来越大,另一方面带来的收益越来越少。基础网络运营商急需扭转这种被动的局面,希望细分市场:标准资源变成“差异化资源”,开创“新价值”,提供差异化服务来增加效益。

1)构建虚拟运营:少建网 做服务

凭“虚拟运营”的模式优势,在基础物理网络基础上仅用较低的投入构建“虚拟网”,把更多的精力专注于服务本身,通过灵活的资源配置与保障来实现符合通信运营标准的产品及服务。

2)挖掘细分市场:“标准资源”变成“差异化资源”

基础网络运营商往往把自己定位为“管道”的提供者,本能地为客户提供无差异的服务,从而市场上个性化、差异化的通信需求普遍得不到满足。通过少建网做服务的“虚拟运营”模式,在通信运营服务过程中其核心就是对资源进行深加工。将租借通信网和开放互联网的标准化“裸”资源,通过资源深加工,形成可以满足不同细分市场的定制化资源。

3)满足深度需求:满足细分市场“差异化需求”

唯有深刻理解、挖掘客户需求,从功能差异进入时效、安全、地域等体验差异。对细分市场需求做“深加工”,解决客户痛点,才是新通信运营服务商的精准定位和发展方向。最终用户才愿意为“深加工”的产品和服务付费。

5.增值业务提供商

传统互联网应用服务产业链由设备供应商、基础网络运营商、网络业务提供商(ISP)、用户等组成。

1)增值业务提供商:提供高价值的服务

增值业务提供商处于“基础网络运营商”“网络业务提供商”之间。凭借公用网络的资源和其他通信设备而开发的附加通信业务,实现原有网路的经济效益或功能价值增高,提供更好更周到更多样的服务,以服务于不同消费群的个性化要求。可是基础网络运营商的根本职责是提供普惠的价值,就像自来水公司,若需要更优质的产品和服务可由农夫山泉此类满足新价值的厂商来提供。

2)市场空间巨大:将形成综合能力强、体量巨大的航空母舰

提供差异化的服务,刚开始可能会在运营商上出现,但最终绝不会与运营商长存:万物互联时代,终端形态的个性化、碎片化以及上层业务的差异化,裂变为终端硬件、终端自身处理、终端近端处理、终端远端处理等各类形态,如此众多的硬件形态和业务形态需要差异化服务来适配和承载;可见差异化服务的市场空间非常大,足以出现万亿级产业链。

差异化服务会与上层业务强相关,或通过解耦方式的弱相关,总之逃脱不了上层业务的影子。从分层解耦的角度也需要在基础设施层面分开;服务运营商对上层提供差异化、确定性的服务,对下层资源的整合、规划、调优和提升利用率等方面将发挥重大作用。在网络切片方面实现端对端差异化和确定性服务,横跨接入网、承载网与核心网等等,助力催生出高品质、低成本的寡头,最终孕育出运营服务级的航空母舰。

新华三的布局

新华三耕耘ICT领域多年,其产品和解决方案广泛应用于百行百业及各大运营商中,基于SDN/NFV、Flex-E、SR等新技术,方便构建一张可灵活定义、安全可靠的柔性网络,提供多维可视、安全可靠、及智能运维的弹性和差异化的网络服务。

1.基于SDN的网络切片

网络切片是通过对网络的拓扑资源(如链路、节点、端口等)进行虚拟化,按需组织形成多个虚拟网络vNet(即切片网络)。从整体架构上分为业务层、切片网络层、物理网络层(参见图4)。

图4 基于SDN的网络切片架构

SDN实现了控制面和转发面的解耦,使得物理网络具有了开放、可编程特征,支持未来网络体系结构和业务的创新。借助SDN,控制面可将物理转发资源抽象成虚拟的设备节点、逻辑连接,并根据策略将这些虚拟资源进行分组管理,形成独立的逻辑切片vNet。

2.设备转发面切片技术

转发面可根据业务需求确定切片方式,或者采用软切片方案,如基于MPLS、SR、VxLAN的隧道技术,基于VPN、VLAN等的虚拟化技术;或者采用硬切片方案,如FlexE、OTN、WDM技术等;或者混合采用硬切片、软切片的方案,硬切片方式保证业务的隔离安全、低时延等需求,软切片方式支持业务的带宽复用。

除了转发面,同时对网元内部的计算、存储等资源进行切片,就形成了虚拟网元,称之为设备切片。虚拟网元具有类似物理网元的特征,包括独立的转发面、控制面、管理面。虚拟网元间支持独立的拓朴连接,支持CPU和内存资源的隔离、控制和配置通道的隔离,支持切片的独立部署和升级(参见图5和表1)。

图5 H3C网络切片设备

表1 设备转发面切片规格描述

3.接入、承载和核心网间网络切片的协同

图6接入、承载和核心网间网络切片的协同

只有端对端的网络分片才有意义,才能保证满足确定性的Qos。以5G举例:业务需要无线网络、核心网和承载网共同配合完成。可根据无线业务的隔离、时延等属性对承载网的切片进行定义;并根据实际情况,灵活选择业务端口、VLAN、IP的DSCP等进行RAN的业务和承载网的切片之间的映射。RAN、核心网、承载网三者之间的协同通过基于SDN/NFV架构的切片编排器完成,实现5G业务的端到端切片,并通过各切片的不同功能属性满足5G业务的差异化需求。

结束语

我们可以看到,未来的确定性和不确定性同时存在。确定性在于,整网切片协同必然是万物互联网络构建的核心技术方案;而不确定在于,整网切片如何协同经营,协同机制如何优选?是一个值得深入研究的问题。但不管如何,整网切片有助于构筑确定性边界,赋能万物互联。

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