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IPv6+,下一代互联网核心技术

中国信息通信研究院 田辉/文

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20世纪后半叶,随着集成电路、计算机、光通信、网络为代表的信息通信技术不断取得突破,基于 TCP/IP 的互联网技术迅猛发展。互联网已经渗透到全社会的方方面面,深刻的影响到人类的生产和生活组织方式。同时伴随数字化的蓬勃发展,各行各业都在加速数字化探索和转型,广域网络作为企业数字化转型的底座,所有支持企业数字化转型的技术和应用如车联网、工业互联网、全息通信、物联网 (IoT) 以及互联网金融等都对行业广域网络提出了新的需求。

网络技术的演进趋势

• 云网加速融合的需求

随着云计算技术和产业的发展,企业越来越多的业务和数据被迁移到云端,网络上已经存在着大量可以提供计算功能、存储能力的 IT 基础设施资源。目前,云计算基础设施的云内网络、云间网络和用户上云网络尚不能构成一个有机整体,无法实现对资源的端到端管控。碎片化的云不能作为一个整体的 IT 资源池为用户提供服务,便很难成为 ICT 基础设施的组成部分。

云要发挥作用,最关键的是企业可以使用“云”,云到企业之间网络的条件和能力是关键。当前“不可知、不可管、不可控、不能保证安全、提供尽力而为信息传输能力”的网络,尚不能按照用户要求提供灵活 IT 能力。因此,云与网络加速融合,实现按需的 IT 资源分配能力,保障 IT 资源得到充分灵活应用,才能支撑企业快速释放“数据”潜能,从而创造更高的商业价值。

• 5G 的业务承载的需求

5G 是人类将数字化从个人娱乐为主,推向全联接社会的起点,5G 应用将带来更加丰富的沟通方式和更加真实的体验。与以往移动通信系统相比,5G 多样化的应用场景需要满足更加极致的性能挑战,对传输网络提出了全新的低时延、移动性和海量连接等要求。同时 5G RAN 自身架构的改变(比如 AAU、CU、DU 分离部署)也对传输网络提出了低时延的需求

• 企业业务体验保障的需求

随着 ICT 逐渐成为企业的核心系统,所有的业务都逐渐开始基于“数据”的驱动,来实现更好的组织效率提升和更优质客户的服务,从而实现商业成功;广域网络作为“数据血液“的关键载体,是保障业务质量的生命线,虽说公共业务如邮件、即时通信办公业务等对网络的带宽、时延不敏感,但如何保障生产业务的质量至关重要;以电力行业为例,继电保护、SCADA 监控等业务需要稳定的带宽,否则可能会带来电力保护失效等故障,引起严重后果。以金融行业为例,联机交易、线上收付款等业务要求稳定的时延,否则可能造成交易延迟甚至失败。在进行带宽、时延保障时,由于企业应用种类繁多,不同应用对带宽和时延要求各不相同,因此广域网络必须具备应用级智能选路和关键业务质量保障的能力。

• 对广域网络的特征要求

行业广域网络不仅仅要求云网加速融合、多种类业务的体验保障,也还需要更高效的网络运营能力等,从技术的角度看,需要满足以下特征:

• 网络可规划能力。网络层功能需针对特定场景采用相应的带宽保证策略。在制定带宽保证策略时,以端到端时延作为触发机制。采用更多、更准的网络底层参数作为传输层策略的判断依据。传输层设计需要针对普适场景的可靠 / 不可靠传输需求,支持上层应用的各种特征,确保传输层带宽预留保障策略更好地匹配业务需求。

• 网络和应用状态感知能力。网络状态感知是实现网络资源管控的基础。网络状态需要首先被实时、精确、完整地监测与感知,包括网络的可用性、利用率、吞吐量、链路或网元的拥塞状态、流的真实传输路径等。基于感知到的实时、准确、完整的网络状态数据,资源管控系统需要做出全面、精准的管理与控制决策,包括合理调度分配计算、存储及网络资源,制定安全控制策略,提高网络整体利用率,提升用户体体验。

• 端到端业务自动化能力。云内网络、云间网络和云接入网络分别面临不同的挑战,采用了不同的技术(云内采用 VXLAN、云间采用 MPLS、云接入采用 MPLS、IPSec)。业务部署时需要逐段对接,分布在不同数据中心的 IT 资源无法统一调配,难以实现业务自动化。引入一种能够兼容、统一现网技术,屏蔽不同网络之间差异的技术体系,从而实现资源统一管理,业务统一发放是云时代的必然需求。

IPv6+,下一代 IP 网络核心技术

恰当的时间出现恰当的技术。以 Segment Routing over IPv6(SRv6)为基础的IPv6+技术恰好满足了5G和云时代的需求。

数据通信网络在经历了实现网络可达的 Native IP 时代、多业务综合承载的 MPLS 时代后,将迎来了自动化、智能化、云网协同的 IPv6+ 时代。

•Segment Routing over IPv6

Segment Routing over IPv6(SRv6)是基于IPv6 的分段路由(Segment Routing,SR)技术。分段路由技术为每个节点或链路分配 Segment,头节点把这些 Segment 组合起来形成 Segment 序列,指引报文按照 Segment 序列进行转发,从而实现网络的编程能力。SRv6 是采用 IPv6 地址作为 Segment 标记。因此 SRv6 可以与 IPv6 网络无缝集成,只需在关键节点使能SRv6,就可以具备网络可编程、跨域部署、流量工程、快速倒换等能力。这样 SRv6 可以兼容 overlay 网络(VXLAN 技术)、underlay 网络(MPLS 技术)以及其他以 IP 为基础的网络(IPSec、GRE 等)。

SRv6 具有如下优势:

• 简化的协议。SRv6 几乎只采用内部网关协议(Interior Gateway Protocol,IGP),不再像 MPLS 那样在 IGP 的基础上还要 LDP、RSVP-TE 等协议,降低了运维的复杂度。

• 良好扩展性。现有网络实现流量工程(Traffic Engineer,TE)时一般采用 RSVP-TE。这是一种软状态协议,网络中的每个节点都要感知到每条路径的状态,协议开销大限制了 TE 隧道数量,难以部署维护。SRv6 路径编程则是在头结点进行,海量的路径都是依赖于有限链路和节点的 Segment 组合,网络中间节点几乎不感知路径状态,理论上可以支持无限连接,具备很高的扩展性。

• 优秀的可编程性。SRv6 的 Segment 类似于计算机的指令,通过对 Segment 的编排可以实现类似于计算机指令的功能。具备非常好的灵活性,可以灵活建立满足不同需求的路径,保障业务时延、优化转发路径保障业务 SLA,甚至可以对增值业务进行编程,释放网络的价值。

• 更可靠的保护能力。SRv6 能够提供全网覆盖的快速重路由(Fast Re-Route,FRR)保护,解决了 IP 网络长期面临的技术难题,能够在满足网络扩展性的前提下,达到完全的 FRR 可靠性保护。/p>

• 良好的兼容性,实现端到端自动化。SRv6 采用了以IPv6 地址为基础的编址方式,只要 IPv6 可达的网络都可以部署SRv6,可以在不损失网络能力的基础上完美兼容当前的所有 IPv6网络。业务发放由原来的逐段发放变为只在两端业务节点部署,实现业务自动化。

• IPv6+,下一代互联网核心技术

为了满足广域网络的灵活组网、按需服务、差异化保障、网络可视化等需求,出现了以 SRv6(网络基础隧道)、VPN+/Slicing(网络分片)、Detnet(确定性网络技术)、iFIT(随路流检测技术)、BIER6、APN6(应用感知网络)等协议为代表的IPv6+ 技术体系。这个技术体系实现网络统一部署、灵活编程、任意扩展,并支持网络可视、应用感知、弹性分片等能力,将成为下一代互联网部署的核心技术。

总结展望

IPv6 不是下一代互联网的全部,而是下一代互联网创新的起点和平台。随着 IPv6 的规模部署,以 SRv6 为代表的 IPv6+ 技术将在网络中广泛应用,形成像 MPLS 一样的一个时代,构建出自动化、可承诺的下一代网络,推动云业务的迅速发展的同时,助力企业数字化转型加速。

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