云網絡：云網融合的新型網絡發(fā)展趨勢

摘要：云網融合已經成為信息基礎設施的核心特征，其關鍵是打破云和網的邊界，實現多個層面的一體化。在信息世界以云為核心的背景下，改變傳統的網絡組織模式，構建云網絡的形態(tài)，將是必然選擇。重點闡述了對云網絡的需求、云網絡的架構組成及關鍵技術，并分析了云網絡的表現形式和未來發(fā)展前景。

關鍵詞：云網絡;云網融合;軟件定義廣域網

Abstract： As cloud network convergence is the core feature of the information infrastructure， the key challenge is to break the border of cloud and network and bring them together on several levels . It is time for us to change the traditional networking mode， and build up the cloud network， as the core of the information world is cloud . The requirement， the architecture， and the key technologies of the cloud net? work are highlighted， as well as its existed service type and promising future .

Keywords： cloud network; cloud network convergence; software-defined wide area network

2021年10月18日，習近平總書記在主持中共中央政治局第三十四次集體學習時指出，要加快新型基礎設施建設，加強戰(zhàn)略布局，加快建設高速泛在、天地一體、云網融合、智能敏捷、綠色低碳、安全可控的智能化綜合性數字信息基礎設施。這標志著云網融合正式成為數字信息基礎設施建設的重要內容。

云網融合的核心特征在于“融”，即打破現有云和網相對獨立和隔離的局面，在基礎架構、底層設施和資源調度等方面趨于一體化。該特征在反映到現實世界中時，將演變?yōu)椤霸凭W絡”這一新型網絡形態(tài)。這種網絡形態(tài)將使得云和網的傳統邊界變得模糊，使云和網在連接層面率先實現融合。

1云網絡的產生背景

過去的網絡組織形式，本質上是一種以基礎網絡和物理連接為核心的模式，即“先修路”。這種模式根據行政地域層級和人口分布，構建多層級、中心化的網絡，然后再將對應的業(yè)務和應用資源掛接到網絡上。在過去信息通信的源頭和形態(tài)相對單一、通信流量和數據總量較少的情況下，這種組網形式是便于管理、行之有效的。但是隨著互聯網的興起和發(fā)展，信息服務的內容逐漸變得豐富多樣，網絡流量和應用數據呈現爆發(fā)式增長。近年來，以云計算技術和云服務載體為代表的新型業(yè)務占據主導。業(yè)務和應用所需的資源逐步集中到平臺化的云上。原先的模式難以滿足新形勢的需求。以電信運營商為代表的基礎網絡服務商，雖然逐年提升網絡帶寬，但仍然難以滿足業(yè)務流量動態(tài)變化（特別是云）的要求。這是因為，一方面現有網絡的擁堵點難以消除，另一方面網絡也無法結合應用的需求來提供相應合理的服務質量（QoS） /服務等級協議（SLA）。以互聯網云商為代表的 OTT （指互聯網公司越過運營商開展業(yè)務）企業(yè)，雖然努力構建以 Overlay 網絡為主的網絡體系，但是由于其 Underlay 網絡較為封閉，無法和 Overlay 網絡形成高效的協同，因此無法提供與云資源動態(tài)彈性、按需服務、按量計費等相匹配的網絡能力。

在未來相當長的一段時間內，業(yè)務和應用所需的資源主要以云的形態(tài)存在，并且該形態(tài)是分布式的（在某些情況下甚至是去中心化的）、高頻度動態(tài)變化的。傳統的“先修路再部倉庫”的組網模式必須適應新的變化。因此，網絡的組織和構成模式需要調整為“隨云而動、應云而生”，即需要構建一個云網絡。這種云網絡的本質特征主要有以下4 個：

（1）網絡組織以云為核心。網絡的布局和架構充分匹配云計算和云業(yè)務所需的靈活性，具有高度的彈性，能夠提供不同等級應用的 QoS。

（2）網絡資源云化部署。網絡的節(jié)點、帶寬、流量等打破了與地理位置和物理形態(tài)綁定的局面。以網元為主要載體可實現虛擬化、云化部署，能夠實現按需提供和調整。

（3）網絡邊界深入云內。網絡連接的端點需要與云業(yè)務相關聯，以實現信息傳送的深度直達，即讓信息的“包裹”能夠送到用戶手中。

（4）網絡服務與云融合。從最終用戶的角度看，今后大量的應用直接調用的是數據和算力。承載這些數據和算力的載體是云計算和云資源。而網絡是作為更加底層的連接支撐存在的。從感知的角度看，理想的網絡模式應該是“見云不見網”。網絡自動化可提供服務，但它“隱藏”在云的后面。

2云網絡的構成和關鍵技術

新型云網絡的架構包括3 個層面。

（1）基礎網絡層。這一層的作用是構筑一個泛在的高速連接基礎。它類似于我們日常生活中的高速公路，但需要具備一定的彈性能力和快速調整能力，能提供一定的差異化 QoS 和網絡開放能力。基礎網絡層的布局要實現去行政區(qū)域化，并根據云資源的布局來設計?；A網絡層主要解決網絡組織以云為核心、網絡資源云化部署的問題，需要從網絡拓撲、路由組織、協議選擇等維度更新傳統網絡的設計理念。從傳統運營商的視角看，基礎網絡層又是 Underlay 網絡層。

（2）業(yè)務網絡層。在基礎網絡層上有一個業(yè)務網絡層。業(yè)務網絡層的作用是根據云計算的需要，實時建立或拆除網絡連接，按需提供網絡帶寬和質量保障。同時這種連接是深入到應用和最終用戶的，是真正端到端的連接。相對于基礎網絡層提供的連接能力，業(yè)務網絡層實現的網絡連接更加細粒度、精準化，并與日常生活中的物流快遞類似，一般具有高并發(fā)、高時效性。業(yè)務網絡層主要解決的是網絡資源云化部署、網絡邊界深入云內的問題。簡化網絡的層級和拓撲、路由組織和接續(xù)，并且讓網關等節(jié)點實現虛擬化甚至云化[1]，有助于實現按需擴（縮）容和隨云部署。從傳統運營商的視角看，業(yè)務網絡層也被稱為 Overlay 網絡層。

（3）網絡導航層。除了上述兩個網絡層外，系統還需要一個集中控制的網絡導航層。這一層的作用在于讓云網連接的準確性和可靠性得到提升，使信息物流的效率達到最大。網絡導航層主要解決的是網絡服務與云融合的問題，可形成多維全域資源視圖，為不同的應用和業(yè)務設計相應的網絡策略，并結合實際資源效能形成最優(yōu)的調度和配置。該層是新型網絡的核心智能所在，具有統一調度和管理的職責。從傳統運營商的視角看，網絡導航層也可以被稱為控制編排層。

上述不同的層面需要引入不同的技術來發(fā)揮各自的作用，以實現各層的功能定位。

具體來說，基礎網絡層要實現比傳統的 Underlay 網絡更好的靈活性和差異化性能，就需要在協議層進一步簡化，方便基礎網絡實現端到端的可管可控，改變過去“鐵路警察各管一段”的協議跨域拼接狀況。目前，最有代表性的是基于 IPv6的段路由（SRv6）協議[2]和以太網虛擬專用網（EVPN）技術。SRv6可以讓廣域網過去的多個協議簡化為一個協議，有助于實現“高速路的一站直達”; EVPN 技術可以讓適合不同客戶的 L2虛擬專用網（VPN）和 L3 VPN 實現統一發(fā)放，大大簡化網絡的開通配置。同時，在該層面上還存在著光傳輸和互聯網協議（IP）兩個承載層。在現實網絡中，出于不同質量、經濟性、安全性的考慮，光傳輸和 IP 網絡各有優(yōu)勢，兩者將長期并存。但是目前最缺乏的是兩者之間的高效協同，特別是在連接組織方面。人為的設定超出了光網絡和 IP 網絡的界限。從云網絡承載的角度看，只有讓 IP+光傳輸成為一個整體網絡，才能發(fā)揮網絡最大價值。因此，業(yè)界爭論多年的“彩光”技術將為 IP 和光網絡的融合帶來新的機遇。由于云資源的一大功能是實現對算力的承載，特別是考慮到未來大量應用需要同時使用存儲和計算兩種能力，因此基礎網絡層尤其需要匹配這一能力需求，需要能夠形成“服務器（計算和存儲） +傳輸+路由”的統一調度能力。

業(yè)務網絡層擁有一端入云、另一端連接最終用戶的海量信息分發(fā)能力。這是傳統 Underlay 網絡所不擅長的。此外，該層還需要具有面向應用的高度定制化能力和快速連接處理能力。為此， SRv6和快速用戶數據報協議（UDP）網絡連接（QUIC）協議[4]可用來滿足相關要求。其中， SRv6提供的是 Overlay 層面的精細化連接能力。與 Underlay 網絡采用的 SRv6協議不同，該層面可以根據網絡端點的能力，采用進一步簡化的 SRv6協議棧，并通過開源方式來部署。如果諸如 Sonic、FRRouting這樣的開源項目能夠滿足需求的話，系統還需要專用的網絡設備。這將大大降低 SRv6部署到云內端點的要求。而隨著基礎網絡質量的不斷提升，傳統的傳輸控制協議（TCP） 3次握手過程的必要性已經很小，大量基于 UDP 的應用將應運而生。為此， QUIC 協議的高效性愈發(fā)明顯，將有助于入云數據“包裹”的及時送達。當然，需要指出的是，目前 QUIC 協議主要應用在 Client-Server 模式中，其對傳統網絡的潛在影響也是巨大的。由于不同網元還處在逐步云化的過程中，各個網絡節(jié)點的傳輸層協議完全可以基于 QUIC 協議來簡化和優(yōu)化。比如，當基礎網絡層采用移動網絡承載并遇到頻繁跨區(qū)切換時，采用 QUIC 來構建業(yè)務網絡層就能夠規(guī)避 TCP 慢啟動對業(yè)務和應用產生的問題。

網絡導航層需要借助軟件定義網絡（SDN）、 Telemetry等技術來實現對各種網絡資源信息的實時采集，并結合人工智能（AI）和大數據技術，利用機器學習等手段實現智能化的信息處理和閉環(huán)控制，讓云網絡真正具有大腦功能。需要指出的是，網絡自動駕駛技術并非這一層面的最大挑戰(zhàn)。在云計算領域中，相關的自治技術已經非常成熟，完全可以借鑒到網絡中來。網絡導航層的技術難點是如何引入語義化的信息交互和數據處理，以便讓云網絡更加開放，讓使用者方便調用。對此，目前業(yè)界還沒有現成的技術可用。

需要特別指出的是，這3 個層面是邏輯功能的不同分工，在物理實現上，不是絕對隔離的，而是彼此嵌入的。以入云專線為例，在城域網范圍內，基礎網絡層可以是無源光網絡（PON）、光傳輸網（OTN），也可以是5G 網絡。為便于調度，可以在此層疊加一個軟件定義廣域網（SD-WAN）作為業(yè)務網絡層，以方便客戶側與云資源池按需連接的建立和拆除。在骨干網范圍內，可構建一個需要跨越不同網絡域的數據中心互聯（DCI）。從互聯網數據中心（IDC）互聯的角度看，該 DCI 屬于一個基礎網絡;但是從云資源池互聯和互通的角度看，該 DCI 又可以起到業(yè)務網絡層的作用。與此同時，位于網絡導航層的平臺系統，比如編排和控制系統，可能需要連接上述不同網絡域內的多個控制器、云管平臺等，以實現端到端的協同和能力開放。

3云網絡的現狀和發(fā)展前景

其實，從業(yè)界的應用部署來看， SD-WAN[5]就是一種云網絡形態(tài)。SD-WAN 具備上述特征并包含上述3 個層面。

從網絡節(jié)點的形態(tài)來看， SD-WAN 在局端和用戶側都可以采用云化部署的方式，不局限于傳統的專用物理設備，它采用的組網拓撲和局端部署都呈現出典型的去中心化特征。同時，與云的結合是 SD-WAN 高速發(fā)展的一大驅動力，也是企業(yè)實現上云、云互聯的重要手段。如果將云比作電商的平臺，那么 SD-WAN 就像物流服務一樣。? SD-WAN 與云的深度融合沒有明確業(yè)務邊界。近來，隨著安全訪問服務邊緣（SASE）、軟件定義分支（SD-Branch）的加持，? SD- WAN 被進一步應用在信息通信技術（ICT）服務中。換句話說， SD-WAN 已經從單一的組網連接演變?yōu)榫C合性信息服務。因此，我們也可以認為它是新型云服務的一種。

SD-WAN 在實際部署中，并不是一種新型的物理網絡形態(tài)，而是基于各種現有的接入手段和城域網、骨干網衍生而來的。? SD-WAN 的 Underlay 部分可以是目前的互聯網專線、互聯網寬帶，也可以是傳輸專線，甚至是5G 無線接入。所以我們不能認為 SD-WAN 的網絡帶寬等同于互聯網帶寬。在 SD-WAN 的 Overlay 部分，通過在客戶側網關和服務側的網關建立安全封裝后的隧道，可實現點到點、點到多點的靈活組網。結合 SDN 控制器和編排器， SD-WAN 能夠實時感知底層資源的變化，根據業(yè)務的 QoS 要求來智能選擇最佳路徑并實施差異化保障手段，使得業(yè)務的開通與變更以及服務保障更加靈活、更有性價比。相對于傳統的專線， SD-WAN 如果選擇各種專線類技術，例如將 OTN、多協議標簽交換（MPLS） VPN 作為其 Underlay 部分（也就是基礎網絡層），就可以實現很高的網絡帶寬和 QoS 保障。出于性價比和可靠性的綜合考慮，在黨政軍和大企業(yè)應用中， SD-WAN 的基礎網絡層經常出現專線+互聯網互為備份的情況。

當然，除了 SD-WAN 以外，云網絡還有不同的表現形式。比如，多家運營商推出的多云互聯服務，多家 OTT 提供的多網接入服務。這些不同的表現形式在實現云網絡的能力上存在一定的差異。

4結束語

在云網融合的大勢趨下，傳統網絡需要升級為云網絡。這種云網絡不僅是一種新型的網絡形態(tài)或者云網載體，還是一種云網能力服務化的創(chuàng)新模式。在技術上，云網絡本質上既打破了傳統網絡和業(yè)務的界限，又打破了傳統通信技術（CT）和信息技術（IT）的界限，是云網融合能力和服務的供給側結構性改革體現。當然，云網絡的實現方案和可選技術是多樣化的，相關的具體應用還處于比較初期的階段。目前業(yè)界還沒有找到絕對理想的標準方案和部署模式。正因為如此，業(yè)界同人需要共同關注，一起攜手，才能解決相關問題，讓云網絡真正成為助推云網融合的新動能。

參考文獻

[1]周家榮. 基于云網PoP的彈性邊緣網絡設計思路探討[J].電信工程技術與標準化， 2021， 34（9）：31-38， 68. DOI：10.13992/j.cnki.tetas.2021.09.006

[2]王巍， 王鵬， 趙曉宇， 等. 基于 SRv6的云網融合承載方案[J].電信科學， 2021， 37（8）：111-121. DOI：10.11959/j.issn.1000-0801.2021205

[3]黃光平， 史偉強， 譚斌. 基于 SRv6的算力網絡資源和服務編排調度[J].中興通訊技術， 2021， 27（3）：23-28. DOI：10.12142/ZTETJ.202103006

[4]李學兵， 陳陽， 周孟瑩， 等. 互聯網數據傳輸協議 QUIC 研究綜述[J].計算機研究與發(fā)展? ，?? 2020，?? 57（9）：?? 1864-1876.?? DOI：?? 10.7544/issn 1000-1239.2020.20190693

[5]史凡. SD-WAN 服務持續(xù)升級帶來云網絡新業(yè)態(tài)[J].通信世界 ， 2021（14）：36-38. DOI：10.13571/j.cnki.cww.2021.14.013

作者簡介

史凡，中國電信集團有限公司科技創(chuàng)新部技術戰(zhàn)略處處長，高級工程師，城域以太網論壇（MEF）中國工作組主席，中國通信學會首屆青年科技獎獲得者;從事電信網絡技術科研工作20余年;發(fā)布全球標準20余項，擁有專利30余項，出版專著4 部。