IP骨干網(wǎng)切片方案探究

  網(wǎng)絡(luò)切片伴隨5G而生。5G網(wǎng)絡(luò)切片是一種按需組網(wǎng)的方式，可以讓運營商在統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施上分離出多個虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)切片從無線接入網(wǎng)到承載網(wǎng)再到核心網(wǎng)進行邏輯隔離，以適配各種類型的應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)切片不僅在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)上滿足了增強移動寬帶(eMBB)、低時延高可靠(URLLC)、海量連接(mMTC)三類應(yīng)用場景差異化的服務(wù)需求，更是在業(yè)務(wù)運營、商業(yè)模式、服務(wù)領(lǐng)域等方面為運營商提供了更多創(chuàng)新和拓展的機會。

  5G網(wǎng)絡(luò)端到端切片包括接入網(wǎng)AN、承載網(wǎng)BN、核心網(wǎng)CN三個領(lǐng)域子切片，其中承載網(wǎng)雖然多為采用IP技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)，但主要承載AN和CN之間的業(yè)務(wù)。運營商IP網(wǎng)絡(luò)還包括承載互聯(lián)網(wǎng)寬帶業(yè)務(wù)、政企大客戶業(yè)務(wù)以及新型云網(wǎng)融合業(yè)務(wù)的城域、省干、骨干等各級IP網(wǎng)絡(luò)。IP網(wǎng)絡(luò)切片目前存在很多不同的技術(shù)方案，眾說紛紜，尚未形成統(tǒng)一的方案。本文將先對IP網(wǎng)絡(luò)切片方案做一個梳理，在此基礎(chǔ)上探討IP骨干網(wǎng)切片需求和實施方案。

  IP網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)方案

  IP網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)方案，主要從技術(shù)實現(xiàn)層面考慮如何將一張物理網(wǎng)絡(luò)切分為多個邏輯網(wǎng)絡(luò)，具體可以分為兩大類：拓撲切片和路徑切片(見圖1)。

圖1 IP網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)方案

  拓撲切片

  拓撲切片，是在指定節(jié)點和鏈路集合上運行控制面協(xié)議從而形成一個帶寬有保障、功能相對完整的邏輯網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)技術(shù)主要涉及以下方面：

  - 鏈路隔離：主要有物理鏈路、FlexE接口、切片子接口三種方案，各有優(yōu)缺點。物理鏈路直接利用10GE、100GE接口技術(shù)，對接口無特殊要求，但切片粒度不靈活;FlexE接口可提供5Gbps粒度的鏈路，但IP網(wǎng)絡(luò)存量接口多不具備FlexE能力;切片子接口可基于IP網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有接口提供兆級粒度的鏈路，前提是現(xiàn)有接口單板具備一定QoS隊列規(guī)模并通過軟件實現(xiàn)支持切片子接口。

  - 路由拓撲：主要有IGP多實例和Flex-Algo兩類方案。IGP多實例為每個切片啟用一個獨立的IGP實例，每個切片有獨立的IGP路由拓撲以及完整可演進的功能特性，路由器控制面負載相對較重;Flex-Algo基于基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的IGP為每個切片創(chuàng)建一個Flex-Algo，通過FAID、算法定義、EAG約束條件以及鏈路EAG屬性配置將相關(guān)節(jié)點和鏈路置于一個切片拓撲內(nèi)，所有切片都依賴于同一個IGP實例，路由器控制面負載相對較輕，但路由特性演進可能受到Flex-Aglo技術(shù)的約束。

  - 切片引流：IPv4/MPLS/SR路由環(huán)境，為每個切片的每個節(jié)點分配獨立的loopback地址并通過BGP路由策略將業(yè)務(wù)路由的BGP下一跳改為該IP地址;IPv6/SRv6路由環(huán)境，為每個切片的每個節(jié)點分配獨立的Locator并在相應(yīng)的業(yè)務(wù)實例中應(yīng)用該Locator。

  - 切片管控：由SDN控制器/編排器負責，主要提供切片相關(guān)的Flex-Algo參數(shù)配置、鏈路參數(shù)配置、IGP Flex-Algo拓撲信息采集和可視化，以及基于切片拓撲的路徑計算等功能。

  路徑切片

  路徑切片，是在一組網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點之間建立滿足特定SLA條件的隧道從而形成的邏輯網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)技術(shù)主要涉及以下方面：

  - 隧道創(chuàng)建：主要有RSVP-TE、SR-TE/SR Policy以及SRv6 Policy技術(shù)。RSVP-TE技術(shù)控制面負載重、擴展性差，基本被摒棄;SR-TE/SR Policy適用于IPv4/SR-MPLS網(wǎng)絡(luò)，SRv6 Policy適用于IPv6/SRv6網(wǎng)絡(luò)，SR-TE/SR Policy/SRv6 Policy僅在頭節(jié)點實例化，中間節(jié)點無狀態(tài)，擴展性高，易于SDN集中控制。

  - 資源預留：存在轉(zhuǎn)發(fā)面不預留帶寬資源和預留帶寬資源兩種方式，前者要求控制器監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)資源以及業(yè)務(wù)質(zhì)量，并根據(jù)情況對隧道路徑重優(yōu)化以滿足SLA要求，后者要求在隧道路徑每一跳節(jié)點的接口綁定預留帶寬資源的QoS隊列來滿足SLA要求，并在報文轉(zhuǎn)發(fā)時通過報文封裝攜帶的標簽、切片id等字段映射到相應(yīng)的切片轉(zhuǎn)發(fā)資源。

  - 隧道引流：存在隧道策略、Color引流、CBTS、DSCP引流等方式，RSVP-TE隧道和SR-TE隧道可以采用隧道策略和CBTS方式，SR Policy和SRv6 Policy主要采樣Color引流和DSCP引流方式。

  切片管控：由SDN控制器/編排器負責，主要提供切片相關(guān)的隧道配置、隧道路徑計算、邊緣節(jié)點和隧道集成可視化等功能。

  IP網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)方案

  IP網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)方案，主要從業(yè)務(wù)運營角度考慮如何向客戶提供切片服務(wù)，具體考慮業(yè)務(wù)提供模式和資源共享模式兩個方面(見圖2)。

圖2 IP網(wǎng)絡(luò)切片業(yè)務(wù)方案

  業(yè)務(wù)提供模式

  IP網(wǎng)絡(luò)切片的業(yè)務(wù)提供模式可分為以下三類：

  - 用戶業(yè)務(wù)不感知：用戶訂購網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時不知道網(wǎng)絡(luò)切片的存在。網(wǎng)絡(luò)切片完全是運營商內(nèi)部按運營對象或業(yè)務(wù)類別對IP網(wǎng)絡(luò)做的資源預分配，用戶業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)切片之間的映射關(guān)系相對固定。

  - 切片增值服務(wù)：用戶訂購現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時可選購網(wǎng)絡(luò)切片增值服務(wù)，對時延、丟包率等SLA進行保障。

  - 切片即服務(wù)：網(wǎng)絡(luò)切片作為全新的獨立業(yè)務(wù)向用戶提供，用戶可以基于自己的網(wǎng)絡(luò)切片開展業(yè)務(wù)并對網(wǎng)絡(luò)切片的資源、業(yè)務(wù)、狀態(tài)等進行管理。

  資源共享模式

  IP網(wǎng)絡(luò)切片的資源共享模式可以分為以下三類：

  - 用戶共享切片：切片增值服務(wù)分多個類別對應(yīng)不同的共享切片，訂購了同類切片增值服務(wù)的所有用戶流量在相應(yīng)的共享切片內(nèi)承載。

  - 業(yè)務(wù)共享切片：切片增值服務(wù)分多個類別，對應(yīng)不同的共享切片，用戶可針對不同業(yè)務(wù)應(yīng)用訂購不同的切片增值服務(wù);訂購了同類切片增值服務(wù)的所有用戶特定業(yè)務(wù)流量在相應(yīng)的共享切片內(nèi)承載。

  - 用戶獨享切片：用戶直接訂購了一個網(wǎng)絡(luò)切片，該網(wǎng)絡(luò)切片不承載該用戶之外的流量。

  IP骨干網(wǎng)切片方案分析

  網(wǎng)絡(luò)特征

  國內(nèi)運營商一般都構(gòu)建了定位不同的兩張IP骨干網(wǎng)，分別為公眾業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)和高價值業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)，兩者存在明顯的特征差異。

  - 承載業(yè)務(wù)：公眾業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)主要承載省際互聯(lián)網(wǎng)流量，同時實現(xiàn)省內(nèi)城域網(wǎng)、IDC之間的互聯(lián)網(wǎng)流量疏導;高價值業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)主要承載政企VPN業(yè)務(wù)、入云業(yè)務(wù)、云間互聯(lián)業(yè)務(wù)以及運營商內(nèi)部移動核心網(wǎng)、IT、網(wǎng)管等業(yè)務(wù)流量。

  - 技術(shù)方案：公眾業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)主要采用IPv4/IPv6雙棧路由實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)流量轉(zhuǎn)發(fā)，目前已有運營商部署了SRv6可按需對骨干網(wǎng)集中流量調(diào)度;高價值業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)正在由傳統(tǒng)的MPLS L3VPN向SRv6 EVPN演進。

  - 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)：公眾業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)邊緣覆蓋到省份，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量少，節(jié)點之間Mesh互聯(lián)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)超級扁平;高價值業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)邊緣覆蓋到地市，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)量多，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有明顯的P和PE層次劃分，省際P節(jié)點之間Mesh互聯(lián)，省內(nèi)PE到P的星型互聯(lián)。

  - 網(wǎng)絡(luò)容量：公眾業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)容量大，節(jié)點之間采用多條100GE鏈路并行互聯(lián)，支撐快速增長的互聯(lián)網(wǎng)流量承載，網(wǎng)絡(luò)整體負載較重，且存在局部擁塞;高價值業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)容量較小，相對輕載。

  切片需求和方案選擇

  隨著高清視頻、VR/AR應(yīng)用、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、算力網(wǎng)絡(luò)、垂直行業(yè)專網(wǎng)等新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)，IP網(wǎng)絡(luò)需要在帶寬、時延、可靠性等方面對這些業(yè)務(wù)進行差異化服務(wù)提供和保障，而網(wǎng)絡(luò)切片方案能較好地匹配這一需求。

  在公眾業(yè)務(wù)骨干網(wǎng)上，可以采用SRv6 Policy路徑切片方案預部署低時延保障切片和帶寬保障切片，用戶在需要低時延或帶寬保障時選擇相應(yīng)的切片服務(wù)，用戶接入網(wǎng)關(guān)對業(yè)務(wù)流量進行DSCP標記，流量進入骨干網(wǎng)時，采用DSCP引流的方式將業(yè)務(wù)流量映射到相應(yīng)切片實現(xiàn)低時延或帶寬保障。

  在高價值骨干網(wǎng)上，切片方案有幾種情況：一是采用控制面SRv6 Flex-Algo+轉(zhuǎn)發(fā)面切片子接口的拓撲切片方案，向垂直行業(yè)用戶提供切片專網(wǎng)業(yè)務(wù);二是采用SRv6 Policy路徑切片方案預部署低時延保障切片和帶寬保障切片，為政企/云業(yè)務(wù)提供切片增強服務(wù);三是采用帶寬預留的SRv6 Policy路徑切片為客戶提供硬管道服務(wù)。

  IP網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用日新月異，網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)也在不斷發(fā)展演進。在這樣背景下，運營商可以立足已有的成熟切片技術(shù)進行業(yè)務(wù)創(chuàng)新，一方面將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)演進的階段成果迅速轉(zhuǎn)化為商業(yè)價值，一方面通過切片業(yè)務(wù)運營，推動切片技術(shù)方案和商業(yè)模式迭代發(fā)展，實現(xiàn)技術(shù)和價值創(chuàng)新。

  作者：中興通訊 朱小龍