網隨云動：網絡技術創(chuàng)新的重要方向
當前網絡技術創(chuàng)新中面臨的最核心問題是網絡資源管理機制問題，承載網絡需要通過構建統(tǒng)一強大的網絡資源管理層，實現(xiàn)對網絡資源的統(tǒng)一架構管理與高效靈活的按需調度，真正實現(xiàn)“網隨云動”。
網絡資源管理是網絡技術發(fā)展的核心問題
當前網絡資源管理機制面臨重大挑戰(zhàn)，網絡資源管理理念和方式將迎來重大變革。
首先，粗放的網絡資源管理方式面臨巨大的成本壓力。自從運營商的主營業(yè)務從語音逐步轉向以視頻為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務以來，運營商一直面臨網絡建設成本遠高于網絡運營收入的量收 “剪刀差”的困擾。運營商量收剪刀差由2012年的1.8個百分點持續(xù)拉大至2015年的20.9個百分點，通信業(yè)增量不增收的趨勢進一步顯現(xiàn)。當前IP網絡一直堅持“弱管理”的理念，分布式路由導致全局網絡帶寬利用率不足30%;“Best Effort”機制通過建立多張網絡并采用輕載方式用帶寬成本換取服務質量，導致各網絡之間資源不能共享，網絡成本增加，網絡效率低下。吉爾德定律決定主干網帶寬大概是每8個月增長一倍，這種粗放的網絡資源管理方式的建設和運維成本將呈指數(shù)級增加。
其次，剛性的網絡資源管理方式難以支持個性化業(yè)務。云計算的發(fā)展使得網絡互聯(lián)對象變成了虛擬機(VM)，VM的靈活部署對網絡資源調配提出了彈性化的要求。但是，現(xiàn)有網絡技術難以高效支持大規(guī)模的跨域虛擬機互聯(lián)，成為制約云計算發(fā)展的重要因素。光傳送網通常按照業(yè)務***峰值配置靜態(tài)帶寬，導致業(yè)務費用高昂，網絡資源浪費，難以適應云互聯(lián)的需求。IP網絡層面的VxLAN技術是業(yè)界普遍采用的VM互聯(lián)技術，但是VxLAN只是實現(xiàn)了虛擬專用“線”，在組大網時，面臨STP收斂緩慢以及組網的N平方問題，很難作為大范圍使用的VM跨域組網技術。
另外，孤立的網絡資源管理方式難以滿足融合業(yè)務的需求。目前IP網絡與CDN網絡缺乏必要的協(xié)同調度機制，運營商的IP網絡和WDM網絡各自建設，獨立規(guī)劃、分配、管理和控制，造成網絡靈活性差，資源效率低。IP層把光層看成靜態(tài)硬管道，在網絡流量不均衡、IP網絡擁塞的情況下，無法利用光層資源及時進行流量疏導和帶寬提升。由于IP網絡看不到光層網絡拓撲和保護能力，導致光層和IP層均配置了保護，一個業(yè)務需要4倍帶寬，網絡資源效率低下。
統(tǒng)一完善的網絡資源管理機制是網絡技術創(chuàng)新的重要方向
統(tǒng)一完善的網絡資源管理機制具體體現(xiàn)在以下幾個方面。一是粗放式管理向精細化管理轉變：由基于優(yōu)先級的QoS管理深入到基于隊列的網絡管理。從虛擬專用“線”向虛擬專用“網”轉變。二是剛性方式向彈性方式轉變：高效支持大規(guī)模的跨域虛擬機互聯(lián)，實現(xiàn)每個虛擬網絡中的網絡資源的靈活部署，按需調度。三是孤立資源向融合統(tǒng)一調度轉變：對IP網絡、光網絡資源，異構網絡設備，以及計算、存儲、網絡資源的“池化”和統(tǒng)一管理與調度。
要構建跨網絡、跨域的、統(tǒng)一架構的、靈活的網絡資源管理層，實現(xiàn)網絡虛擬化，需要具備以下三個方面的基本要素。
——開放網絡架構模型。 “開放”是產業(yè)鏈成熟并良性發(fā)展的重要標志，開放可以激發(fā)創(chuàng)新活力，降低創(chuàng)新成本，優(yōu)化產業(yè)鏈條。類比于傳統(tǒng)機械設備的開放，正是由于零件的標準化和互換性，促進了工業(yè)革命的深入發(fā)展，真正帶來了工業(yè)化大浪潮。然而，傳統(tǒng)的網絡設備大多是封閉的架構，各廠商獨有設計開發(fā)，具有固化、封閉式、開發(fā)周期長的特點，產業(yè)生態(tài)相對封閉，創(chuàng)新能力不強。而SDN/NFV技術的出現(xiàn)，掀起了網絡開放的浪潮，特別是NFV技術將推動網絡功能接口的標準化和功能重組。總體而言，現(xiàn)階段網絡開放已成為技術和產業(yè)發(fā)展的必然趨勢。
——網絡操作系統(tǒng)。在軟件定義網絡的體系架構中，網絡操作系統(tǒng)在控制平面扮演著重要的角色，它通過南向接口實現(xiàn)對網元資源的抽象和管理，北向接口向上層應用提供網絡服務，同時實現(xiàn)業(yè)務編排的功能，根據(jù)不同策略來編排用戶數(shù)據(jù)的轉發(fā)路徑。網絡操作系統(tǒng)本質上是要為用戶選擇一條滿足用戶QoS等需求的轉發(fā)路徑。因此，它需要具有拓撲信息收集、路徑計算等基本功能。網絡操作系統(tǒng)從一出現(xiàn)就得到了ICT廠商的極大關注。在開源社區(qū)的大力推動下，如今網絡操作系統(tǒng)的產業(yè)生態(tài)呈現(xiàn)一片欣欣向榮的發(fā)展態(tài)勢。到2015年中期，網絡操作系統(tǒng)開始產業(yè)聚焦，基本形成了由Linux基金會主持管理的Opendaylight解決方案和以ON.Lab主持管理的ONOS解決方案兩大技術方向，全球知名ICT廠商、電信運營商以及學術研究機構紛紛加入其中，貢獻自己的力量。
——數(shù)據(jù)面新型轉發(fā)技術。當前，在數(shù)據(jù)轉發(fā)平面有兩個關鍵技術已成為業(yè)界關注的熱點。一是利用Intel DPDK開發(fā)套件提高軟轉發(fā)的性能;二是協(xié)議無關的轉發(fā)，這將成為未來網絡虛擬化和網絡可定制的基礎。
將軟件和硬件解耦，采用通用硬件實現(xiàn)軟轉發(fā)的模式，在性能上將存在巨大挑戰(zhàn)。當前，Intel開源了一套數(shù)據(jù)面開發(fā)接口套件DPDK(Data Plane Develop Kit)，它是一套基于Intel架構的通用處理器的數(shù)據(jù)包處理程序開發(fā)工具和平臺，可以幫助用戶更便捷地進行數(shù)據(jù)面的創(chuàng)新，將控制面和數(shù)據(jù)面平臺進行高效整合。采用DPDK，在性能方面，單個Intel至強處理器可以達到超過80Mbps的吞吐量，在多核配置中則可以更高，超過10Gbps線速。目前，基于DPDK的開源生態(tài)正在積極構建，包括Intel、6WIND、WindRiver、Aricent等公司都是主導機構。在物理網卡方面，也有包括Intel、Mellanox、Broadcom、Cisco等公司也都在積極研發(fā)下一代的物理網卡。
協(xié)議無關轉發(fā)(POF，Protocol Oblivious Forwarding)是SDN數(shù)據(jù)平面靈活可編程的創(chuàng)新技術，其通過對網絡的轉發(fā)行為進行抽象，實現(xiàn)利用高級編程語言對多種轉發(fā)平臺進行靈活的轉發(fā)協(xié)議和轉發(fā)流程定制。當前，協(xié)議無關的轉發(fā)已成為業(yè)界研究的熱點，ONF標準組正在積極定義相關標準，硅谷的創(chuàng)新公司和華為、中興等公司都在積極推進POF芯片的研發(fā)，推進產業(yè)生態(tài)的建設。
我國網絡技術創(chuàng)新和升級演進的目標與方向
當前，我國應該加快轉變傳統(tǒng)粗放式的網絡資源管理理念和運營模式，以構建開放架構的網絡資源管理平臺為核心，打造高效彈性的網絡資源池化管理和按需調度的能力，支持極度差異化的網絡定制服務。
在網絡技術創(chuàng)新方向，網絡操作系統(tǒng)和協(xié)議無關轉發(fā)是技術主攻方向。重點聚焦以下幾個方面：
——研發(fā)網絡虛擬化技術與平臺，突破基于可控隊列的流表隔離及虛擬技術、基于無連接方式的跨域虛擬專網技術。
——研發(fā)網絡功能定制與業(yè)務編排技術與系統(tǒng)，攻克網絡與IT資源的聯(lián)合編排技術、基于模型的網絡功能鏈定義技術。
——研發(fā)支持隊列級資源切片的NP芯片與設備。
在網絡升級演進方向，實現(xiàn)從“智能管道”向“開放融合網絡資源平臺”的根本轉變：
——構建開放架構的網絡資源管理平臺。一是實現(xiàn)IP網絡資源的整合，基于集群構建網絡資源池——“資源云”;二是實現(xiàn)IP與光資源的統(tǒng)一架構管理，構建強健的網絡資源管理層。
——建設網絡資源的開放與定制環(huán)境。實現(xiàn)網絡資源的有序開放，支持網絡虛擬運營商的特定功能的彈性定制。
