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云网络:未来网络重构和挑战

有几个问题,我们一直在思考:从哪里出发才能重新构建我们信息服务的能力?未来的网络会怎么变化?“管、端、云”能描述未来网络的架构吗?面临网络的变化我们在哪些方面要现在做准备?我们需不需要站在网络提供商的角度提出新时代的云网络理念?以下是一点总结和分享。
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  面对互联网业务的发展和各种信息业务的发展,“互联网+”是各行业内生发展的需求。作为一个网络设施提供商,此时更需首先确认我们重新出发的基石,明白我们站在一个什么样的出发点上。有几个问题,我们一直在思考:从哪里出发才能重新构建我们信息服务的能力?未来的网络会怎么变化?“管、端、云”能描述未来网络的架构吗?面临网络的变化我们在哪些方面要现在做准备?我们需不需要站在网络提供商的角度提出新时代的云网络理念?以下是一点总结和分享。

  业务和网络的问题

  目前随着互联网宽带业务的迅猛增长,国内通过IDC流量占比越来越高,目前为30%~40%,很快就要超过50%,未来可能达到80%。主要是由上网流量增加导致,尤其以视频业务为主。

  另外根据Ovum的数据,从2013年到2019年,全球电信运营商CSP的资本支出平均每年只有1%的增长,而互联网内容提供商ICP的资本支出每年的增长率约为17%,ICPs对行业的影响力也将越来越大,2015年互联网内容提供商资本开支达到670亿美元,占通信服务供应商资本开支的 20%,而2011年该比例仅为10%。这些投资的重点在于数据中心相关的产品和技术。

  市场调研机构IDC公司的数据显示,全球2015年云计算基础设施支出(服务器、存储阵列和网络交换机)将增长26.4%,达334亿美元。其中,私有云基础设施支出将增长16.8%;公有云基础设施支出将继续超过私有云,预计增长32.2%,达到217亿美元。

  这就引出两个问题,一个是数据中心如何提升业务的部署效率和资源利用率,另一个就是网络如何能迅速和弹性地适应业务的发展。目前对于前一个问题,业界讨论得比较多,也有较为成功的实例。对于第二个问题,则还处于积极的探索之中。

  目前,运营商业务系统的建设主要分为底层公共平台的软硬件集成,以及上层业务软件的逻辑实现和流程梳理。底层公共平台不仅包含主机、网络交换和存储等基础设施,还包括数据库子系统、中间件子系统、存储共享子系统等支撑平台,不同的设备、不同的平台都有不同的管理方法,同时上层应用的接口和流程更是纷繁复杂。如果依旧采用原有的独立部署系统,业务之间的互联互通与管理将相当烦琐,周期很长,无法满足日益增长的互联网和OTT业务的发展需要。

  根据中国电信韦乐平专家的分析认为,目前运营商网络存在着诸多问题,主要集中在以下几个方面。

  1.网络结构不合理:现在网络架构还主要是以支撑电话的架构在支撑数据流量,主要网络资源不在以IDC为中心的业务周围。

  2.新业务部署困难:对于底层的传输网络,一级干线和二级干线是分离的,部署一个新业务的配置,往往需要完成多次人工的配置,无法支撑互联网的发展。

  3.网络过于复杂:在网设施种类、类型、数量极其复杂庞大,这些设备都是专用化的设备,运维和管理越来越复杂。

  4.资源利用率很低: 由于业务和设备是紧密耦合的,大量的设备处于利用不足的状况,并且和供应商绑定,难以综合利用。

  所以未来的网络变革应该向着如下的一个方向进行,即:实现从“互联网应用被动适应网络”向“网络主动、快速、灵活适应互联网应用”的根本性转变。网络资源的部署打破行政管理体制和传统组网思路的制约,实现以IDC为核心的新格局。

  未来网络架构

  针对以上状况,业界对未来网络的架构开展了积极的探索。归结起来未来网络要向以下几个方面发展:减少网络层次,使底层的资源能直接面对上层的应用;减少控制面,要实现底层硬件的标准化,上层的功能尽量用软件来实现;资源统一的部署和配置,实现端到端的运营,这个集约要向全网发展;网络资源弹性可伸缩开放,能够主动适应上层应用的变化。目前,各标准组织提出了几种互有交集、互为补充的面向未来网络的架构:ONF的SDN、ETSI的NFV、MEF的 LSO。它们之间存在一定的补充和对应关系:

  SDN结合了快速、高效、基于包的本地决策机制和整体的基于流的集中控制决策机制,是比较理想的架构。重点实现了三个方面的功能:控制与转发分离,逻辑集中控制,网络资源能力开放。这样使得它具备了网络层面的意义。而NFV则通过通用化、IT化的硬件资源层,统一的、云化的虚拟资源层以及虚拟化网元功能层具备了网元层面的意义,同时引入MANO的概念使得未来网络可以和现有的OSS/BSS实现协调。而MEF组织提出的LSO是主要针对SDN和 NFV架构的缺点来设计的。LSO考虑了完成跨越混合网络基础设施的端到端的业务管理,但需要在OSS和NFV MANO之上架构的服务。

  国内外SDN/NFV的进展状态

  国外运营商状况

  国际上,包括AT&T、NTT、澳大利亚电信、西班牙电信等行业的引领者,已经在SDN/NFV部署方面取得了显著的进展。其中2013年9月,AT&T推出的Domain 2.0计划,已经成为行业发展的一个重要风向标。

  Domain 2.0旨在通过SDN/NFV技术将网络基础设施从以硬件为中心向以软件为中心转变,实现基于云架构的开放网络。在此基础上,AT&T又推出了基于Domain 2.0计划的用户定义网络云(User-Defined Network Cloud)愿景,其目标是在2020年将75%的网元纳入新的架构。

  Domain 2.0是一个包括内部和外部变革的计划,使AT&T的网络服务和基础设施,能像一个云数据中心一样被利用、配置和编排。Domain 2.0不仅仅是网络或服务架构,也是一种商业模式,它将构筑供应商和新的软件生态系统,使得网络基础设施更灵活、成本有效,同时支持传统的网络服务和和云计算环境中的租户应用。

  Domain 2.0本质上是以SDN/NFV为架构蓝本的,目前已经支持很多SDN的能力和在SDN机构框架下的独立定义的私有机制。AT&T 预测SDN有很多的应用案例,也提供了很多潜在的应用场景,大致集中在以下方面。

  为数据中心和NFV基础设施创造灵活架构:简化CPE;多业务接入网络;虚拟接入网络;用户控制的城域网络;传输控制平面;提升现有核心网的能力;多网络控制平面;简化物联网。

  国内运营商状况

  我国的运营商紧跟未来网络技术的发展,在SDN/NFV方面也作出了积极的贡献。其中三大运营商根据自身的业务特点,提出了各自的发展战略。概括起来从事了如下几个方面的工作:

  1.发起和成立Openstack组织,面向NFV的实践,推动标准化工作。

  2.对与传统网络共存性、控制器、业务链、MANO以及网络性能、可靠性、安全性等,开展试验室测试、现场试验,推动相关设备及软件的成熟和产业链的发展。

  3.开展移动核心网的测试,和现有的系统进行对接,实现端到端的业务打通。

  4.和合作伙伴一起探索SDN/NFV在IP骨干网、城域网、数据中心网络、传送网、移动核心网和IMS等场景中的应用。

  5.开展物联网的应用试点和验证。对于家庭网关和企业网关系的虚拟化,已经制订了相关的标准,开展了相关的测试。

  对于云网络

  我们要关注的问题

  要重新认识软件的架构问题

  未来网络核心是硬件的标准化和上层功能的软件化,这个标准化前期是设备级别的,后期是模块和器件级别的。对未来软件的认识,不能停留在软件为硬件服务的层面,事实上随着网络的软化和开放,软件本身应该有新的独立发展的战略。不能混淆了云环境中应用部署的灵活性和软件本身可伸缩性架构的关系。在云环境中的基础设施上部署应用,就能够隐性地获得资源扩展的灵活性,而应用程序的可伸缩性是由它的架构所决定的。仅仅将应用迁移到云服务并不总是能够确保它的可伸缩性。所以未来控制和应用软件的架构决定了未来网络的走向。

  要重新认识云和网的一体化

  未来的网络架构是一个开放的云网络架构,网络作为一个整体向外提供服务,这必然涉及计算资源和网络资源在更大范围的结合,才能真正对用户实现端到端业务的无障碍提供。这必然将传送网络的SDN和数据中心的云网络操作系统紧密联系起来。这不仅仅在数据中心结合,还需要结合从核心网络到传输、接入和终端网络,这样才能将网络作为一种开放的资源提供给用户。

  目前业界在传输网SDN上的工作集中在Openflow的光特性的扩展研究, SDN控制器是独立的,和云操作系统之间没有直接的联系。而数据中心的SDN控制,主要体现在数据中心内部虚拟交换设备的控制,以及数据中心之间的大二层网络的构建之上。事实上随着云计算业务的行业和用户范围的扩展,基于核心网络、传输网,接入和终端网络都应该通过编排系统统一在数据中的云操作系统的管理和调度之下,才能真正形成业务的端到端按需快速部署。

  要充分认识网络所需要解决的主要矛盾

  对于目前叠加在传输网络上的业务网络,需要让其具备整体网络资源的识别能力。根据Cisco的预测,未来在线视频流量会占据互联网90%的流量。而视频重复传输的问题严重,如优酷2011年播放量过亿次的电视剧有30部,视频传输是主要矛盾。我们在“提速、降费”的大的指导思想下,优化流量分配,优化内容分配系统的效果应该好于简单地大量敷设光纤。对于CDN,讨论比较多的是如何虚拟化的问题,事实上虚拟化不能从本质上解决端到端视频质量问题。这是因为目前CDN系统都是依赖基于DNS的重定向机制, CDN系统没有整体网络资源的识别能力,对持续时间长、大流量的VOD流的转移,很难采用DNS方法重定向。所以无法实现真正意义上的端到端QoS质量。在未来应该和SDN网络控制能力结合起来,CDN的策略可以通过应用接口提供给SDN控制器,利用SDN对全局网络资源的掌握和控制能力,实现网络资源的合理调用。

  大数据平台能力要成为网络能力的一部分

  大数据分析系统在网络中的应用在智能管道的讨论中曾被很鲜明地提出来,但随着SDN架构的提出,这两年有所淡化。其实,在SDN/NFV的框架中,如何收集底层网络状况,如何动态调控资源,如何通过对流量数据的分析制定网络策略,如何关联不同层面的数据形成运营策略,是未来云网络满足用户需求的基本出发点。所以我们认为未来的云网络必须有大数据平台来提供支持,要作为重要的网络能力。通过终端、网络节点、流量汇聚出口实现数据收集,通过DPI实现多维感知,通过大数据平台实现底层和表层数据的关联分析,其结果可以通过API接口提供给SDN控制器作为网络资源调配的策略依据,同时也可以通过BSS运营系统来实现运营策略。其中新增加的内容,还需扩展到虚拟设施的状态数据收集和分析。

  要重新界定网络的概念并提出新的网络框架

  “管、端、云”是一个时期内里程碑式的概念,非常精练地抽象出整个网络体系的架构,但是在网络转型的新形势下,我们认为尚不能完全描述未来网络的状况。

  总结起来,“管、端、云”的概念有几个问题是当时的历史条件下没有充分考虑到的:

  云计算资源作为网络的整体服务来考虑;网络虚拟化对未来的深刻影响;终端作为服务提供点对全网资源分配的影响; 整个IT和CT的融合的大云网络结构。

  目前正是一个网络重新架构的重要时机,我们认为基于下图中描述的“云网络”可能更符合未来网络发展的趋势。

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