电信运营商IP网络未来架构浅谈

冯小芳（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210006）



电信运营商IP网络未来架构浅谈

冯小芳
（江苏省邮电规划设计院有限责任公司，南京 210006）

摘要本文探讨了电信运营商IP网络的未来架构，明确了IP网络与IDC分布式架构之间的协同关系，重点研究了IP城域网的发展演进路径，在充分保护现有投资的基础上，增强网络的灵活配置和可编程能力，提升网络资源利用率和投资效益，对未来五年电信运营商IP网络的建设发展具有重要的参考意义。

关键词软件定义网络；网络功能虚拟化；云计算

1　概述

电信运营商IP网络已成为提供涵盖文本、语音、视频等多媒体业务的基础性融合网络，其应用领域也逐步向社会生活的各个方面渗透，深刻改变着人们的生产和生活方式。随着云计算、物联网、4K视频等新型互联网业务的蓬勃发展，IP网络越来越无法满足高效、灵活的业务承载需求，网络发展面临着诸多问题：

（1）云管协同度不足：全网IDC（互联网数据中心）内容分布无序，缺乏与CP/SP（内容/服务提供商）的协同，网络规模扩建的投资与收入增量之间的“剪刀差”日益扩大。

（2）对网络流量流向掌控力不足：路由准静态，不能根据用户或应用需求实时调整，只能提供尽力而为服务。

（3）差异化业务提供能力不足：网络缺少与上层应用有效协同的机制，无法实现与应用相配合的承载路由优化，端到端的用户体验差；业务控制层设备数量众多，不利于集约化管理和各种业务的快速部署；用户业务与物理网络紧耦合，部署业务不灵活等。

随着SDN/NFV（软件定义网络/网络功能虚拟化）等新技术的迅速发展以及其在数据中心领域的成功运用，为电信运营商IP网络破解当前困局提供了可行的技术方案，并引领和支撑着IP网络的发展演进。

本文探讨了电信运营商IP网络的未来架构，明确了IP网络与IDC分布式架构之间的协同关系，重点研究了IP城域网的发展演进路径，在充分保护现有投资的基础上，增强网络的灵活配置和可编程能力，提升网络资源利用率和投资效益，对未来五年电信运营商IP网络的建设发展具有重要的参考意义。

2　未来IP网络架构展望

2.1SDN/NFV、云计算与网络演进之间的关系

SDN技术将网络控制平面和转发平面分离，采用集中控制替代原有分布式控制，并通过开放和可编程接口实现“软件定义”。与传统的网络架构相比，采用SDN架构后，网络底层只负责数据转发，可以由廉价、通用的商用设备构成；上层负责集中的控制功能，由独立的软件系统构成，网络设备的种类与功能由上层软件决定，通过远程自动配置实现部署和运行，并提供所需的网络功能、参数以及业务。SDN重在控制网络的动态连接，实现网络连接抽象化。

NFV技术利用IT虚拟化理念，通过标准通用硬件，配合多功能软件特性，对原有网络专用设备进行解耦和和功能抽离，实现资源灵活共享、业务快速部署、自动编排、弹性扩展、故障恢复等目标。NFV重在网络功能软件化，实现灵活的部署网络功能。

SDN/NFV技术是IP网络演进的重要的两个抓手，而云计算技术的成熟是SDN/NFV规模商用的基础，以此实现网络资源弹性扩展、灵活配置、动态激发和自动管理。

2.2未来IP网络架构及典型应用

未来IP网络将由封闭、静态配置转向开放、动态的网络架构，硬件（包括网络分组转发、计算和存储资源等）将呈现出标准化和模块化趋势，而软件将成为网络的最核心部件，呈现出虚拟化和自动化趋势。未来IP网络架构逻辑视图如图1所示。

未来IP网络将具有以下特征：

（1）灵活的网络功能：运行在标准硬件基础设施之上，根据产业链发展，也可能与专用分组转发硬件并存；

（2）端到端自动化云管理：SDN端到端应用部署，数据中心和传送基础设施实现动态可编程，应用的灵活性和效率得到最大化提升；

（3）网络支撑系统转型：与SDN控制系统无缝对接，实现端到端集约化、自动化运维。

未来SDN/NFV技术将很好的解决当前电信运营商的痛点问题，在IP网中的典型应用场景主要包括：

（1）IP骨干网：网络资源可视化及流量优化调度；

（2）IP城域网：基于NFV和业务链的智能管理和配置；

（3）数据中心网络：基于SDN的大二层互连（vDC）；指定客户的业务带宽智能保障等。

3　电信运营商IP网络演进

3.1云管协同的分布式网络架构

图1　未来IP网络架构逻辑视图

现网90%以上的宽带业务流量均来自于IDC数据中心，因此“以IDC 为核心”已成为IP网络规划的核心思想，通过分析IDC业务的流量流向，合理规划IP网络架构和容量，并积极采取措施优化流量流向。同时，随着云计算、vDC等技术的发展，IDC之间的数据共享、灾备等东西向流量日益增大，为此中国电信将建设IDC互联专网（CN3），专门用于疏导IDC之间的东西向流量。

电信IP网络最终是为宽带用户和CP/SP服务的，是端到端（用户和内容）之间的传送管道，因此必须做到云管充分协同，才能最大限度的优化网络流量流向，提升网络投资效益和用户端到端的业务体验。要实现上述目标，本文认为应建立云管协同的分布式网络架构，明确各级数据中心与各级IP网络之间的定位和协同关系，同时SDN技术在端到端网络中得到充分应用，实现网络流量流向最大限度的优化。

云管协同的分布式网络架构如图2所示。

IDC数据中心采用全国、省级/区域和本地三级架构，分别定位如下。

（1）全国数据中心：接入国家级CP/SP，提供根内容及应用的存储和分发。

图2　云管协同的分布式网络架构

（2）省级/区域数据中心：接入省级/区域CP/SP，提供省级/区域内容及应用的存储和分发；接收全国数据中心分发的内容，并在未命中的情况下负责向全国数据中心回源。

（3）本地数据中心：接入本地CP/SP，提供热点内容及应用的存储和分发；接收省级/区域数据中心分发的内容，并在未命中的情况下负责向省级/区域数据中心回源；为本地用户提供公有云及私有云服务。

电信运营商与IDC相关的IP网络主要有CN3、省IDC专网、163（ChinaNet骨干网）和城域网，分别定位如下。

（1）CN3：目前覆盖内蒙古和贵州2个云基地以及IDC业务TOP 10省的共15个IDC机房，主要用于承载中国电信自营IDC/云业务的东西向流量；全国设置六大核心之一，转发未直联节点间流量。未来CN3应主要承担省际DCI（DC间互联）功能，承载全国、省级/区域数据中心之间的东西向流量，如内容分发/回源、分布式计算和异地容灾备份等；承载南北向流量，实现跨省IDC机房163出口资源共享及调度能力。

（2）省IDC专网：目前已实现省内IDC机房之间的IP互联。未来省IDC专网可作为CN3的省内延伸网络，承载省级/区域、本地数据中心之间的东西向流量，如内容分发/回源、分布式计算和异地容灾备份等；承载省内和省际南北向流量，实现省内南北向访问流量不绕转163，以及省际南北向流量跨城域网163出口资源共享及调度能力。

（3）163：主要承载省际南北向流量，未来随着分布式数据中心的建立，南北向流量将主要终结在省内或城域网内，将极大的降低对163骨干网的扩容压力。

（4）城域网：汇聚接入宽带用户，灵活的为用户提供各类定制化业务，增强自动化的集中控制功能。

当然要实现上述目标，必须实现电信集团/省/市各级分公司、前后端各部门之间的紧密协同。集团和省公司应加强大型CP/SP的集约化管控力度，面向流量流向，引导互联网内容有序分布；前端部门应通过差异化的资费、良好的用户体验等策略，引导CP/SP贴近用户建立分布式局点；对于本地IDC机房资源紧张的情况，可与客户进行协商，在端局（大量PSTN设备退网后，机房腾出较多的配套资源）部署服务节点。

3.2IP城域网演进

百兆宽带和4K视频是体现电信宽带网差异化优势的重要业务，如果得到普及，预计城域网流量将增长3 ～7倍。通过建立云管协同的分布式网络架构，本文认为未来网络的主要投资重点在IP城域网，不断提高网络承载能力和业务灵活部署能力。未来随着高速接入带宽的普及，用户对个性化业务体验的需求日益提升，IP城域网的演进势在必行。

3.2.1目标架构

未来IP城域网内将引入SDN+NFV+Service Chain（业务链）技术，通过虚拟可扩展局域网（Virtual Extensible LAN，VxLAN）技术灵活部署与用户位置无关的各类增值业务；城域网内主要有两类云：NFV云和IDC云（即本地数据中心）。

未来IP城域网目标架构如图3所示。

（1）NFV云。NFV云基于统一的标准化硬件、虚拟化平台以及SDN管理和业务编排系统，集中部署虚拟宽带远程接入服务器（vBRAS)、虚拟缓存系统（vCache）、虚拟防火墙（vFW）等业务功能。

图3　未来IP城域网目标架构

NFV云主要定位为提供策略配置复杂的增值业务，如电信aWi-Fi业务等；为签约Service Chain业务的用户提供差异化、定制化服务等功能。

为平衡网络、建设成本以及网络性能等因素，NFV云应部署在有一定扩展空间的电信核心机房，一般位于汇接局层面，互为负荷分担和灾备。未来本地IP网NFV、核心网NFV、传输网NFV等将共用NFV云的IT基础设施。

（2）IDC云。IDC云可分为电信公有云和企业私有云，主要定位于为本地政企客户提供混合云服务，以及为流量大、实时性要求高的CP/SP服务等。

在网络转发层面，城域网CR引入大容量集群设备；城域网接入汇聚层规模引入SDN交换机（兼作VxLAN交换机），双挂城域网CR和NFV云，SDN交换机可以新建，也可以通过现网DCSW（数据中心交换机）或业务控制层设备演进而来。

3.2.2过渡阶段

（1）建设小型NFV云。小型NFV云主要定位为承载总体流量较小、控制功能复杂、策略频繁修改的业务，如aWi-Fi、绿网等业务；当现网BRAS出现故障或容量不足时，作为现网物理BRAS的备份或冗余。

小型NFV云旁挂城域网CR（核心路由器），aWi-Fi、绿网等业务流量通过三层MPLS VPN（MPLS虚拟专网）或VxLAN隧道技术引导至NFV云。

由于现阶段NFV技术基本还是利用IT设备对现网专有设备的改造和替换，各厂家仍旧提供的封闭式解决方案，尚无统一的虚拟化平台、管理和业务编排系统等，因此需把握投资节奏，可组织多厂家进行试点，随着SDN/NFV技术的成熟和标准化进程，再逐步扩大NFV云规模和功能，增强自动化控制手段。

（2）城域接入汇聚层引入DCSW。虽然单用户平均接入带宽在不断攀升，但2～3年内城域接入汇聚层仍具有较好的汇聚收敛作用，特别对于采用二平面/双边缘网络架构的IP城域网来说，可极大的节省业务控制层的端口投资。同时，现网大部分业务控制层设备均为40Gbit/s及以下平台路由器，只能采用N×10Gbit/s以太网链路（从投资保护的角度考虑，建议N≤8）上行城域网CR，当业务控制层上行带宽产生瓶颈后，可通过汇聚交换机分流至不同的业务控制层设备，从而有效延长小容量BRAS的使用寿命，割接工作量也比较小。

DCSW可解决目前接入汇聚层单点故障的问题，且具有端口资源丰富、维护简单等优势，在部分省份已得到广泛推广。在有传统HJSW（汇聚交换机）新建、替换的大容量局点，可逐步引入DCSW，对传统HJSW采取1：N替换。由于DCSW可覆盖的OLT（光线路终端）数量明显增多，为减少VLAN（虚拟局域网）调整的工作量，可先将2台DCSW虚拟成1台交换机，再虚拟成N台交换机使用。

采用DCSW替换下来的HJSW可供全网调配，严格控制传统HJSW建设规模。现阶段传统汇聚交换机仍汇聚了大量以GE链路上行的OLT设备，考虑到充分利用DCSW单槽位容量，一定时期内传统HJSW可保留，下挂于DCSW；随着接入流量的增长，大量OLT设备以10 GE链路直接上联DCSW，传统HJSW自然退网。为兼顾网络演进，新建DCSW应支持VxLAN功能，并能演进支持SDN控制。

城域接入汇聚层引入DCSW的网络架构如图4所示。

图4　城域接入汇聚层引入DCSW

对于中小容量局点，现阶段仍以传统HJSW为主，当OLT单方向上行链路超过4条GE链路时，改为10GE链路直接上行业务控制层设备；后期综合考虑业务需求、城域网NFV云建设情况等因素，通过新建或现网物理BRAS设备演进等方式建设SDN交换机。

现阶段VxLAN尚无完全开放的标准，各厂家对部分字段仍有个性化定义，且各厂家DCSW及BRAS向SDN的演进路径尚未明晰，因此仍需适度控制DCSW建设规模。

4　结束语

SDN/NFV是网络架构上的一场全局性深刻变革，对网络的规划、建设、维护和运营都将产生深刻的影响，还需要流程和人才的支撑，因此在电信运营商的引入将是一个长期的过程。

目前SDN/NFV仍面临着扩展性、安全性、标准化等诸多挑战，正处于从幻灭到成熟的阶段。电信运营商应通过开展试验室测试、现场试验、企业标准化等手段，助推相关设备及软件的成熟和产业链的发展，并发展壮大IP+IT+软件的高素质人才队伍，为未来以SDN/NFV技术为核心的IP网络做好各项储备工作。

Discussion on the future structure of IP network for telecom operators

FENG Xiao-fang
(Jiangsu Posts & Telecommunications Planning and Designing Institute Co., Ltd., Nanjing 210006, China)

AbstractThis paper discusses the future architecture of Telecom IP network, clears the cooperative relationship between IP network and distributed IDC architecture, and focus on the evolution path of IP metropolitan area network at last.This study has important significance tothe construction and development of the future fi ve years of telecom operators’ IP network.KeywordsSoftware Defi ned Network (SDN); Network Function Virtualization (NFV); cloud computing

News

云聚全媒体，智汇新视听

以“云聚全媒体，智汇新视听”为主题的CCBN2016，旨在促进广电传统媒体和新媒体的深度融合，为云技术、大数据时代广播影视媒体云体系规划提供思路，将携前沿的行业发展风向、权威的高端政策解析、丰富的产品技术门类、先进的运营发展理念、多元的视听信息业态，于3月24～26日重装亮相于北京中国国际展览中心。本届展会展出面积达到60000m2，覆盖整个中国国际展览中心全馆，同时有10万余专业观众，有来自世界上30多个国家和地区的1000余家企业和机构汇集于此，将对广电领域最新的技术和事业发展最新成果进行集中展示。

今年CCBN的几大亮点,一是创新驱动，服务行业，引领产业新发展。二是内容丰富，亮点频现，综合度进一步提升。三是群英荟萃，百家争鸣，探讨行业新趋势。四是强化优势，人性服务，提升品质新内涵。五是开拓创新，走向国际，拓宽发展新空间。六是专业视角，深度宣传，打造品牌新效应。

(摘自：CCBN组委会)

收稿日期：2015-07-16

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）03-0043-06