构筑面向5G和云时代的新IP网络

面向5G和云时代，如何提升IP网络的利用率，实现无拥塞、高可用的新IP网络已经成为一个热点话题。华为提出通过新架构、新接口、新协议、新运维来构建新IP网络，以支撑5G和云专线业务的发展，支持快速的业务创新，使能运营商进入万物互联的智能时代。

人类历史的进步，是随着道路系统不断延伸而发展的。在古罗马帝国，道路的延伸也是文明和帝国权利的延伸，所以就有了“条条道路通罗马”，而秦帝国也有类似的做法，在统一六国之后，首先统一的是道路的标准，实现了“书同文，车同轨”。人类文明进展到今天，交通系统有了高铁、航运、船运等多种手段，但是公路系统由于其可达性、灵活性依然是交通网络的基础。而大城市的公路系统中，因为流量过高，拥堵已经成为现代城市管理者要解决的核心问题之一。

由路由器构筑的IP网络与现代的公路网络非常相似。基于在可达性、互通性和灵活性的优势，IP网络经过30多年的发展，ALL IP网络已经成为今天ICT信息网络的基础，从最早小型的网络互联设备，已经发展成为数百T的大型集群路由系统。今天，所有互联网的流量都是用大型分布式路由器系统连接。但是和公路网络系统类似，面向5G和云时代，如何提升IP网络的利用率，实现无拥塞、高可用的新IP网络已经成为一个热点话题。

无拥塞、高可用IP网络是5G和云时代基础网络的核心诉求

路由器设计之初，是美国国防部ARPANET（阿帕网）一个科研成果，其核心是用来实现各种异构网络的互联，同时又能够实现各种网络故障下的重路由，最终设计目标是实现一个高可达的分布式互联系统。IP网络基于目的IP地址进行转发，而节点和节点之间则基于标准化的IGP或BGP计算全局网络拓扑，并根据网络路由情况的变化刷新路由器表项。由于标准的路由协议基本采用最短路径树算法，在IP网络上很容易导致IP负载的不均衡，在同一网络中同一时刻，部分链路负载可能达到90%以上，部分链路可能只有10%。和公路网络系统类似，这种情况容易引起部分网络利用率过高，导致拥塞和丢包，同时另外一部分链路利用率又很低，导致网络资源浪费。为了解决这个问题，Traffic Engineering（流量工程）技术应运而生，各种流量调优算法也在不断优化，通过人工规划网络的配置，协助支撑路由器系统的调度和运维。5G和云时代到来后，各种业务应用对网络提出更高需求，迫切需要重新思考路由器网络架构设计，在传统的分布式系统基础上，利用人工智能（AI）的能力，进一步打造半分布式、半集中式的系统，从而更好地支撑5G和云时代的网络对流量工程、QoS、高利用率和高自愈能力的要求。

5G和云业务对网络的需求主要体现在以下三个方面。

第一、VR/AR、4K/8K直播需求的出现，对网络容量提出了10倍的要求，且网络建设成本没有明显变化。同时，随着电信业务云化的加速，大量电信云部署下移，云网融合成为运营商网络部署必须面对的问题。以极简网络为核心的目标网络架构设计成为关键所在。在网络容量持续提升的前提下，现有IP网络架构需要进一步简化，节点功能进一步融合，实现云网协同。

第二、根据华为GIV 2025预测，到2025年，全球联接数将达到千亿，同时因为大量的企业上云，不仅仅南北向流量会大量增加，东西向流量也会爆发性增长。各类交互式体验业务、金融类专线对时延也提出更严格的要求。这对现有IP网络调度能力提出极大挑战，基于传统的Traffic Engineering和流量调优技术，人工配置网络，已经无法满足高复杂流量下对网络调优的要求，必须引入以AI为中心的全局Traffic Engineering和队列管理，通过全网自动化来实现网络全局业务调度。

第三、随着5G和云业务的快速发展，带宽的进一步增长，业务流量和时延等要求复杂度不断增加，网络的复杂度将进一步提升。传统以人机接口命令行维护方式已经无法满足未来网络运维的要求，迫切需要引入自动化、智能化的运维系统，通过网络Self-Healing（自修复）实现网络的智能运维。

华为认为解决以上问题的核心在于如何构建一张面向5G和云时代的新IP网络，具备高可用、无阻塞、自动化、智能化和Self-Healing的能力，从而有效支撑5G和云专线业务的发展，支持快速的业务创新、高效的智能运维，使能运营商进入万物互联的智能时代。

以“4新”重塑面向5G和云时代的新IP网络

基于此，华为提出通过新接口、新架构、新协议、新运维来构建新IP网络。

新接口：传统的组网接口是GE/10GE/100GE，随着芯片技术的不断进步，通过光+电（PAM4）的技术结合，可以实现每比特成本降低超过30%，从而进一步降低运营商建网成本。随着PAM4技术的成熟，50GE/200GE/400GE在IEEE被定义为下一代以太组网接口的新标准，华为全系列路由器均支持50GE/200GE/400GE系列新接口，通过了国际权威机构EANTC的测试，在数十个运营商网络得到了广泛的应用，帮助其大幅度降低组网成本。

新架构：随着芯片技术进一步发展，单芯片SOC已经能够支持1.2T容量，这为进一步简化网层提供了可能。同时5G和电信云业务的发展，对网络带宽和时延提出了更高的要求，运营商普遍希望能够简化网层，融合节点功能，最终实现与业务无关的综合承载能力。

在骨干网络中，华为通过融合骨干解决方案，创造性实现P+PE合设、MDS（Multi Domain System）能力，将FBB/MBB/专线网络通过物理设备实现了融合，且在逻辑上依然可以分区管理，大幅节约了IP骨干网建网成本。

在城域层面，华为基于Fabric架构，推出了Metro Fabric解决方案，实现了网络承载层和业务层解耦，承载网络可以按需扩展，提供大容量、无阻塞的综合承载能力。

在电信云解决方案上，华为从实际需求提出了转发面和控制面分离的云化网络架构，完美解决了传统架构资源利用率低、管理维护复杂、业务开通缓慢的三大挑战。

通过CU分离架构，BRAS分离为vBRAS-CP（Control Plane）和vBRAS-UP（User Plane）二部分，vBRAS-CP以电信云的方式集中部署，充分利用云的强计算能力，vBRAS-UP采用高性能硬件，可以支持大带宽低时延业务（如Cloud VR），单机转发能力可以达到Tbit，同时由于电信云共享和强计算能力，该架构可以实现网络资源的池化，提升资源利用率50%，云化CP可以承载千万用户，上线速率提高5～6倍，运维配置量降低90%。

基于此，通过减少网层、融合节点功能、部分功能在电信云上实现，一个面向5G和电信云时代的极简目标网络架构已经初步成型。

新协议：路由协议经过30多年的发展，传统的分布式网络协议存在数量多、配置复杂的问题，特别是在流量工程、自动化配置和网络自愈实现上有很多机理上的困难。

由此，SR和SRv6应运而生，通过源地址路由器和路径可编程能力，SRv6将原有10多种复杂协议进一步统一为一种转发面，有效降低协议配置和运维的复杂度。同时通过SRv6实现应用驱动的业务路径可编程，配合全程全网Traffic Engineering调优和AI-Based队列管理能力，包括自动化TI-LFA、微环路避免、分布式和集中式结合的流量工程，可以从机理上改变传统的路由器Traffic Engineering、QoS和保护方案，进而从根本上实现一个高可用、无拥塞的新IP网络。

华为SRv6解决方案基于NP可编程架构实现，最大程度保护网络投资，可基于现有硬件升级支持SRv6系列特性，从而实现一个SRv6 Ready网络，助力运营商从IP/MPLS网络向SRv6网络平滑演进。

新运维：电信云和SRv6的出现，使得部分网络功能可以集中在控制层面实现，通过开放可编程的集中控制面，可以实现网络配置的自动化。同时因为大数据+AI的使用，可以持续提升网络智能化水平。

华为创新性地提出业界首个管理、控制、分析合一的网络云化引擎（Network Cloud Engine，NCE），基于意图、自动化、智能和分析四大子引擎构建一个全生命周期的自动化、智能化运维系统。基于Telemetry采集并汇聚海量网络数据，通过AI算法深度学习和分析，可以对网络容量、负荷、故障、告警进行大数据分析，从而实现全局的流量工程和故障定位，最终实现无拥塞、无故障的Self-Healing网络。

通过和运营商在NetCity的深度合作，华为已经在5G承载领域实现了自动加站、自动时钟管理、告警相关性分析和群障管理等高价值的用例。

携手产业链，共同探索新IP网络

在迈向无拥塞、高可用新IP网络过程中，华为也在携手上下游共同推进产业的成熟，包括产业标准制定、联合创新、商用试点等多个维度，从而全面打造面向5G和电信云时代的新IP网络。

在IP新接口领域，IEEE已经基于PAM4技术设置了4个工作组，其中华为承担3个标准工作组（IEEE 802.3bs、IEEE 802.3cn、IEEE 802.3ct）主席和1个标准工作组（IEEE 802.3cd）的Editor职位，和业界一起推动基于PAM4 IP新接口标准化工作。

在产业链构建上，华为组织了三届50G PAM4技术和产业论坛，并发布50G PAM4技术白皮书，推动PAM4产业链逐步成熟，当前从芯片、模块到测试仪表，产业链已经完备。在商用部署上，华为率先在2017年9月通过中国移动研究院50GE测试，截至2018年底，华为已经完成了全球10余个50GE商用部署。

在IP新协议领域，华为有超过20位顶级专家从事SRv6相关领域的研究，其中多位担任IETF SRv6相关子领域的Chamber、Chair等关键岗位，并有数十篇相关的IETF标准和草案，是SRv6相关标准的业界主要贡献者。同时，华为还推动成立了SRv6全球产业联盟，推动召开了第一届SRv6产业论坛，凝聚产业智慧，形成高度共识，加速了SRv6商用进程。

面向未来，华为会携手全球领先运营商，通过NetCity创新机制，共同探索基于新接口、新架构、新协议、新运维的新IP网络业务场景。截至2018年年底，华为已经和全球20多家运营商开展了5G承载的联合创新，并正在助力全球10多家运营商5G和电信云承载建设。华为将携手全球运营商、产业合作伙伴共同开启新IP时代，携手构建万物互联的智能世界。

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文/高戟，华为路由器与电信以太产品线总裁

本文来源：《华为技术》第82期

原文链接：https://www.huawei.com/cn/about-huawei/publications/communicate/82/5g-cloud-ip