云网融合场景下的传输网络架构探讨

云网融合场景下的传输网络架构探讨

梁岩 

民航中南地区空中交通管理局

摘要：随着5G、大数据、云计算、物联网等技术的高速发展，传统网络不再局限于提供语音、视频和数据等业务，逐渐向提供云计算能力和新型网络服务转变，云与网正在从“分离”走向“融合”。其中，新型网络主要包含以下内容：基础电信运营商的 SDN/NFV/SD-WAN （软件定义网络）技术；互联网企业的F5G （5G+千兆宽带+云和云原生）技术；传统企业的云计算/大数据/物联网等技术。

关键词：云网；传输网络；架构

引言：未来的网络将不再是一张“网”，而是一个由各种不同的网络资源和业务形态构成的，能实现灵活调度和弹性部署的混合云平台。而这个平台中需要有传输网络提供基础连接服务，也需要有业务能力实现灵活的切片等需求。为了适应不同类型客户在不同场景下对网络的需求，运营商需要建设和运营网络，同时也要兼顾传统业务和新型业务。

一、本地传输网络现状

（一）业务承载现状分析

在F5G时代，以 IP技术为基础的云服务开始出现，随着云和业务的快速发展， IP网络带宽的需求越来越高，带宽正在从单纯的语音向视频、数据和语音等方向发展，并已经逐渐演变成了一种新型业务。为了满足日益增长的带宽需求，传统的城域核心传输网络开始向汇聚层和汇聚层的方向演进，汇聚了大量不同类型、不同优先级、不同用途的业务流，而汇聚层到核心层通常采用MPLS-TP （多协议标签交换）技术来实现，这些业务流通常是按照 QoS （服务质量）进行流量调度和转发。这种网络结构需要支持多种业务类型，实现对多条业务流的统一调度和转发。

（二）传输架构现状分析

传统的本地传输网络架构包括汇聚层、交换层和接入层，其中汇聚层主要解决 IP/ATM数据的汇聚问题，汇聚层主要解决 IP/ATM数据的转发问题。汇聚层是承载多个业务系统的枢纽，汇聚层是业务系统之间的连接枢纽，其主要功能包括：统一控制平面、统一网管平面。汇聚层和汇聚层组网方式主要有环形+1T环形+N个1T环路等方案，随着技术的不断成熟，3 GPP标准中规定了5种典型的组网方式：A环、D环和E环。由于在实际场景中，5种组网方式很难达到在某一固定时间内提供一定带宽需求的目的，因此通常采用4种组网方式。

二、云网融合场景下对于传输网络提出的要求

（一）云间互联

为了实现云间数据传输的高效、快速和低时延，云间互联是云网融合场景下的关键环节之一。云间互联主要包括两种方式：基于物理链路的（光纤/ATM）方式，和基于 IP网络的（基于 UDP/IP）方式。其中，光纤链路作为“主干网”， UDP/IP作为“备份主干网”，通过汇聚层将不同类型的云计算节点互联起来，实现“云间组网”。现有的光传输网络设备主要是面向视频业务传输服务（如 IPTV）进行设计和优化的，在面对云计算业务时则无法直接部署相应的光传输设备。因此，如何在现有传输网上实现云间组网，是当前亟待解决的问题。

（二）电信云

电信云（Telecommunications Cloud）是基于云平台而提供的云服务，以 IaaS、 PaaS为基础，提供与传统 IT环境类似的应用和服务，如存储、计算、网络等。电信云是在电信行业基础上搭建的云计算服务。电信云主要应用于两个场景：一是面向互联网企业，提供云化的通信服务，如F5G+云化 SDN/NFV；二是面向传统行业，提供业务上云和数字化转型服务，如5G+云和大数据等。

（三）云业务

目前，运营商的云业务主要分为两类：一类是传统互联网业务，即C端用户所能直接体验的互联网业务，如在线视频、网络游戏、社交媒体、电商、在线教育等。另一类是传统企业通过云服务的方式进行数字化转型的业务，如生产制造、智慧城市等。云业务可分为两种：一种是面向个人用户，如视频会议、远程办公；另一种是面向企业用户，如财务共享中心、 ERP系统等。两类业务在承载网层面有一些区别：网络切片可以支持低时延高带宽的云业务，但对带宽和时延的要求更高；对于视频会议而言，可以通过软件定义网络（SDN）提供切片服务，但对传输网络有较高要求。

三、云网融合场景下的传输网络架构探讨

（一）传统3层网络向叶脊网络推进

3层网络的发展历程可以概括为：从第一层路由转发到第二层的 OAM，再到第三层 OAM。由于网络本身是分层结构，因此，在进行网络升级时，如果直接将3层网络替换为 OAM，会造成成本上升、时延变长、可靠性降低等问题。为了解决上述问题，可以考虑从传统的3层网络向叶脊网络推进，即把3层网络中的 OAM平面、 IP平面和控制平面分离，实现软件定义网络。叶脊网络与3层网络相比有很大区别，主要体现在以下几个方面：（1）不需要传送网和控制网间进行路由的转发。（2）不需要对 IP协议进行修改。

（二）STN 融合承载网络架构的推进

随着5G、大数据、云计算的发展，运营商对网络的要求越来越高，同时也面临着成本、性能、时延等方面的挑战。因此，运营商需要通过 STN融合承载网络架构来实现5G、大数据、云计算业务的承载。STN融合承载网络架构在以下三个方面支持5G和大数据等新业务：（1）网络切片支持不同类型的服务，如物联网应用、视频业务等；（2）多样化的业务保障，如安全隔离、端到端保护、 QoS保障、故障快速恢复等；（3）差异化的计费支持，如基于业务量的动态调整计费等。随着云网融合场景下的网络融合进程加速， STN融合承载网络架构对上述业务提供了更为全面、细致的承载服务，将有力支撑5G等新业务发展。因此，需要加快推进 STN融合承载网络架构的建设。在建设初期，为了加快网络升级的速度和降低维护成本，可以考虑采用基于 STN架构下的 SDN技术。随着业务和功能需求不断变化和发展， SDN技术也将随之演进。

（三）云互联与DC 承载OTN网络推进

目前，中国电信、中国移动和中国联通的云数据中心已经采用了 OTN设备，为其云业务提供了稳定的网络传输支撑。从当前的发展情况看， OTN技术可以很好地满足云数据中心和企业专线等业务传输需求。但是随着业务量的不断增长，未来 OTN技术需要向“大容量、高可靠、低时延、大带宽”方向发展，同时要向“智能化、自动化、自修复”方向发展。目前 OTN设备还不具备相应的功能，无法满足云网融合业务承载需求。随着云计算等新型网络应用的不断普及， OTN设备将成为未来主流光传送网络（OTN）承载网技术。因此，需要在网络建设过程中关注 OTN设备对新型业务承载能力的需求和演进路径。针对云互联和 DC承载 OTN网络的发展， OTN设备可从以下几个方面进行演进：（1）进一步提高容量、提高带宽：随着业务带宽需求的不断增加， OTN设备可增加片内 OAM能力，使之能够处理各种新型业务，比如视频回传等。（2）进一步提高可靠性：考虑到云网融合业务对可靠性的需求， OTN设备可增加快速倒换和自动配置的功能。（3）进一步提高智能性：为了满足云间、数据中心和云客户之间的互联互通， OTN设备需要具备智能性，包括自动发现故障、自愈（自动恢复）、配置和优化等功能。（4）进一步提高自我修复能力： OTN设备可实现故障监测和检测等自修复功能。

总结：云网融合时代，传输网络不仅要提供端到端的高速低时延的连接服务，还要能充分利用已有资源，以最经济、高效、可靠的方式提供各种网络业务和资源能力。在未来云计算、大数据等业务需求下，传输网络将从当前的管道化 IP化演进为 IP管道化、 IP云化及 IP宽带化三个阶段，最终实现传统电信网络从语音传输到数据传输再到云计算提供商所需的管道连接服务。

参考文献：

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