云网业务发展推动IP网络技术向SRv6演进

作者:中国移动通信集团设计院有限公司 张林 唐利莉 张皆悦 责任编辑:朱文凤 2021.03.29 10:12 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)随着企业信息化建设的深入、移动互联网和云数据中心的发展,社会走向全面数字化和智能化,中国移动也将数据业务发展重心逐步向政企市场倾斜。政企数据专线市场竞争加剧,智能化成为用户选择专线网络的重要考虑因素。因此,未来网络应具备以下能力。

一是海量连接扩展能力。信息自动化、IoT等业务发展,要求网络的连接数量可以无限扩展。除了带宽,网络中应尽量减少其他与业务相关的限制。未来网络应当在带宽能够满足的情况下,可以任意发展业务,减少业务对网络能力的感知。

二是业务任意接入、任意连接能力。传统的电信网络严格限制了业务接入点,在全面数字化的时代,业务接入点不可控。网络需要满足业务任意点接入、跨越任意区域连接的能力。

三是差异化服务能力。传统的电信网络为用户提供了无差异的连接服务,导致对网络质量要求不高的业务获得了过高的服务,造成资源浪费,而一些有特别质量要求的业务却难以保证。未来的网络应当由业务根据需求选择网络质量,既节省资源,又保障业务。

四是端到端的可靠性需求。为了保证可靠性,网络中往往部署了快速检测和倒换技术。但这些技术在网络规模较大、节点间距离较远的情况下,不能很好地工作——比如受光纤中光信号200km/ms传输速度影响,端到端检测无法及时发现故障(比如北京到广州需要100ms以上才能发现故障),保护无法满足质量要求,局部检测配合局部保护部署方案又非常复杂。因此提供与距离无关的端到端可靠性方案也是未来网络应当具备的能力。

综上所述,随着更多的企业IT上云,以及企业客户对专线的需求升级,运营商需要更灵活、高品质、高性价比的专线产品竞争力,拥抱企业客户的数字化转型。IP网络应不断引入新技术,提升网络智能化,构建云网一体化能力,降低建设和运营成本,增强市场竞争力。传统的IP/MPLS网络很难实现智能化业务调度需求,近年出现的SR/SRv6技术很好地弥补了传统网络技术的短板,为云网业务发展带来了可靠的技术保证。

 SRv6技术原理Segment Routing(SR)是一种源路由技术。它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(Segment路径),指引报文按照Segment序列进行转发,从而实现网络的编程能力。

Segment Routing有如下4方面优点。

一是简化了控制协议。它只采用IGP,统一了控制协议,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。

二是良好的扩展性。以前实现路径编程(流量工程,TE)时一般采用RSVP-TE,网络中的每个节点都要感知到每条路径的状态,协议的消耗很大,限制了TE隧道的规格,难以部署和维护。Segment Routing路径编程则是在头节点进行,海量的路径都是依赖于有限的表示链路和节点的Segment组合,网络中间节点几乎不感知路径状态,具备很高的扩展性。

三是可编程性好。Segment Routing中的Segment非常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,可以非常灵活地建立满足不同需求的路径,释放网络的价值。

四是更可靠的保护。Segment Routing能提供100%网络覆盖的快速重路由(Fast Re-Route)保护,解决了IP网络长期面临的技术难题,能够在高可扩展性的前提下,又可以达到完全的可靠性保护。

Segment Routing转发层有两种封装格式,一种是MPLS即SR MPLS,另一种是IPv6即SRv6。SRv6不仅继承了SR的优点,还具备标签空间数量无限、全网唯一、任意点可达的优点(IPv6地址特点)。进而可以实现只要地址可达,就可以任意点接入、任意点之间互联。

综上所述,SRv6具有的独特优势,使其成为下一代IP网络的核心技术,成为业界研究的热点,可以用“UNIVERSAL”来对SRv6的特点作总结。

Unified:统一承载,全业务统一承载,Underlay和Overlay统一。

Native:IP天然可达,天然的IP数据、控制平面,回归IP本原,充分继承和发扬路由的天然可达性。

Intelligent:智能可编程,兼具全局最优和分布智能的优势,可以实现各种流量工程,根据不同业务提供按需的SLA保障。

Versatile:多功能/多用途,适用于Core、Metro、Mobile Backhaul和Data Center等网络的各个部分,可应用于5G承载、个人/企业上云、云间互联、SD-WAN、政企专线、固定宽带等各种应用。

Extensible、Evolvable:强可扩展性,演进性强,基于源路由技术,每条流的状态仅在头节点维护,中间节点不感知。

Reliable:高可靠,任意拓扑100%保护倒换全覆盖,50ms电信级保护倒换体验,保护路径最优。

Simple:简单、简化,仅基于原有IGP/BGP进行扩展实现VPN体验,不需要另外部署其它协议,而且在初期,中间节点无需使能,单纯IPv6转发即可。

App aware:感知应用,基于网络边缘节点对APP业务的感知能力,提供基于APP的差异化SLA保障能力。

Large scale:大规模组网,扩展性强,具备可聚合性以及灵活的路由策略。

企业专线场景中国移动通过广泛覆盖的PON、SPN等多种接入方式面向企业客户提供敏捷、高质量的IP专线服务。

本文主要阐述以中国移动PON+CMNET城域为接入方式,面向企业客户提供敏捷、高质量的IP专线服务的相关场景、需求和方案。IP专线典型承载场景如图1所示。

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图1 IP专线典型承载场景

为顺应to B业务发展变化及承载需求,IP专线需要支持4种主要承载场景。

(1)Site-to-Site(S2S)组网专线,用于用户站点之间灵活互联组网的专线。通过组网专线,实现企业分支或行业站点到总部,以及企业分支或行业站点间的点到点、点到多点、多点到多点灵活连接。

(2)Site-to-Cloud(S2C)上云专线,上云专线是企业应用上云带来的新专线承载场景,为企业站点或本地私有云与远端云间提供专线连接。通过上云专线,实现企业站点按需访问云应用、企业私有云向公有动态弹性扩展。

(3)Cloud-to-Cloud(C2C)云间互联,用于IDC间、公有云间、公有云与私有云间、公有云与属地云间灵活互联的专线。通过云间互联专线,为企业在不同云上灵活调度和协同应用,提供高质、安全的互联承载通道。

(4)Site-to-Internet(S2I)互联网专线,解决企业访问互联网的需求。互联网专线作为传统运营商的基础业务,为企业访问Internet提供专线连接服务。

在实际应用中,上述几种场景可以单独部署,也可以灵活叠加、融合承载,提供一线多业务随选服务能力。

 组网专线组网专线作为运营商的传统业务,需要在原有承载场景基础上进行增强,提供业务敏捷、带宽随选、业务SLA(Service Level Agreement,服务水平协议)可视可保障等能力。组网专线承载场景如图2所示。

以融合承载组网为例,图2描述了PON+CMNET城域接入方式下的VPN承载的组网专线场景。其中,采用PON接入时,企业接入设备通过PON二层接入Metro的BNG(Broadband Network Gateway,宽带网络业务网关),BNG作为PE(Provider Edge,运营商边缘)为企业CE(Customer Edge,用户边缘设备)间互联提供VPN(Virtual Private Network,虚拟专用网)连接。采用CNNET城域SR接入时,L2专线/L3专线承载PE为城域SR。

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图2 组网专线承载场景

上云专线云专线为企业站点访问VPC(Virtual Private Cloud,虚拟私有云)提供L2或L3专线连接,与云服务敏捷协同,提供差异化承载保障和业务敏捷发放能力。上云专线承载场景组网如图3所示。

上云专线承载场景组网,网络专线连接、与云解耦对接、适用范围广,可与运营商或者第三方的公有云、私有云/行业云、混合云对接,同时可为企业上云连接提供差异化网络承载保障和安全隔离能力,本文重点描述该场景下的业务承载场景、需求和方案。

上云专线承载与组网专线的差异点在于,在网络与云对接的边界部署Cloud PE,通过Cloud PE与云边缘的Cloud POP(Point of Presence,访问点)通过VLAN(Virtual Local Area Network,虚拟局域网)背靠背组网、与云端解耦对接。

以融合承载组网为例,图3描述了PON+CMNET城域接入方式下的上云专线承载场景。在PON接入方式下,企业CE通过PON二层接入Metro的BNG与Cloud PE构建L2VPN/L3VPN组网。在CMNET SR接入方式下,L2VPN/L3VPN上云专线承载PE为城域SR。

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图3 上云专线承载场景组网

云间互联为支撑企业和云服务提供商对部署在不同云上的应用进行灵活调度,运营商通过建设云骨干网络,为各企业/云服务提供商的多个云资源池提供点到点、点到多点、多点到多点的灵活互联能力,目前主要是L3互联需求;同时,通过云网协同,提供敏捷业务发放,业务SLA可视可保障能力。

根据云业务与云互联承载的协同方案不同,主要包括两大承载场景:云互联不感知租户信息,跨DC(Data Center,数据中心)业务E2E(end-to-end,端到端)Overlay部署;云互联感知租户信息,云互联与DC分段对接。

(1)云互联网络不感知租户信息,E2E Overlay

不同地域的DC间构建E2E Overlay业务,云骨干网Cloud PE不感知租户信息,基于租户业务等级提供差异化L3VPN承载管道、体验可视和运维能力。

该场景下,DCI(Data Center Interconnect,数据中心互联)骨干网缺乏租户级业务管控调度能力,业务调度粒度粗、服务质量保障能力及业务OAM(Operation Administration and Maintenance,操作维护管理)能力相对较弱,E2E Overlay扩展性受限,适用于中小规模公有云/行业云间同构互联。

(2)云互联网络感知租户信息,与DC分段对接

云互联网络和DC内网络承载方案、不同DC的网络承载方案各自独立,通过上层协同器实现网络资源协同对接。云互联感知租户MAC(Media Access Control,媒体接入控制)和IP(Internet Protocol,互联网协议)路由等信息,为跨DC互联业务提供租户级差异化承载保障。

在该场景下,云互联与DC网络分域运维管理,职责清晰,可扩展性好。同时,云互联提供租户级的精细化、差异化服务保障能力,适用于自营公有云、三方公有云、私有云、行业云间同构/异构互联组网各类场景。

互联网专线互联网专线作为运营商的传统业务,在原有承载场景基础上进行增强,提供业务敏捷、带宽随选、与组网专线和上云专线灵活叠加、多业务融合提供等能力。互联网专线承载场景如图4所示。

以融合承载组网为例,图4描述了PON+CMNET城域接入方式下的互联网专线承载场景。企业CE通过PON或光纤接入Metro的BNG/SR,BNG/SR以上通过Native IP将企业站点连接到Internet。同时,在AGG上提供带宽灵活控制,企业CE设备支持互联网专线、组网专线和上云专线的综合承载,在企业侧不改动的情况下实现对新业务的灵活叠加部署。

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图4 互联网专线承载场景

SRv6网络演进技术演进路线传统的IP/MPLS网络可以按照渐进式演进和直线式演进向SRv6目标网络演进,如图5所示。

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图5 传统的IP/MPLS网络向目标网络演进

• 渐进式演进演进路线为传统MPLS→SR-MPLS→SRv6,演进步骤如下。

第一步,从传统MPLS演进到SR-MPLS,实现控制面简化。从6种协议简化为3种,其中Transport层面从IGP/LDP/RSVP-TE/BGP(BGP Labeled Unicast Protocol,BGP标签单播协议)简化为SR扩展的IGP协议以及BGP-LU实现跨域互通;业务层面从T-LDP(Targeted Label Distribution Protocol,定向标签分发协议)、VLL(Virtual Leased Line,虚拟租用线)、VPLS(Virtual Private LAN Service,虚拟专用局域网业务)、MP-BGP演进到只保留MP-BGP作为业务协议。其中MP-BGP包括BGP IPv6/VPNv4/VPNv6/EVPN/MVPN等地址族,作为多业务统一承载协议。

但是由于MPLS转发不具备Native IP属性,且存在多MPLS域之间无法天然互通的情况,很多业务需要使用基于IP的其他协议穿越MPLS孤岛,如SD-WAN业务使用的VXLAN/GRE(Generic Routing Encapsulation,通用路由封装协议),Wholesale业务使用的L2TP等,导致依然存在很多种转发面协议。

第二步,从SR-MPLS演进到SRv6,实现数据面统一,端到端IPv6 Only转发。跨域场景也不再需要BGP-LU,只需要IPv6转发即可。网络同时获得了可编程能力以及对未来多变需求的扩展能力。

• 直线式演进演进路线为直接从传统MPLS演进到SRv6目标网络。传统MPLS和SR-MPLS普遍采用基于IPv4的控制协议,如IS-IS IPv4/OSPFv2/BGP IPv4/LDP等,SRv6则采用基于IPv6的控制协议,如IS-IS IPv6/OSPFv3/BGP IPv6等,因此无论是从SR-MPLS到SRv6,还是从传统MPLS直接到SRv6,演进思路类似:IGP IPv4演进为IGP IPv4和IPv6双栈;BGP IPv4邻居演进为BGP IPv4和IPv6邻居双栈;业务从使用MPLS隧道或SR-MPLS隧道演进为使用SRv6转发。

应综合考虑网络现状、新技术试点及项目进度等因素,选择演进路线。

网络改造策略对应网络技术,底层数据转发网络也存在两种改造策略(SRv6 Overlay、SRv6与MPLS Interworking),如图6所示。

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图6 转发网络改造策略

(1)SRv6 Overlay

SRv6 Overlay是一类方案的统称:业务首尾端点均升级支持SRv6,中间节点无需升级,即可实现E2E SRv6业务开通。之后可增量升级部分关键节点支持SRv6,实现业务流量调优诉求。

该方案适用于大多数基于现有MPLS网络的演进场景,或者新建业务端点PE场景。仅升级业务端点设备支持SRv6,即可建立端到端的SRv6 VPN业务,中间核心节点只需要提供IPv6报文的转发。在演进过程中,SRv6与MPLS双栈共存,新业务使用SRv6转发,老业务使用MPLS转发。在同一个业务中,如果业务端点数量很多,无法同时升级支持SRv6,也可以与MPLS双栈共存。

(2)SRv6与MPLS Interworking

SRv6 Overlay方案适用于两端PE均升级支持SRv6,中间网络不支持SRv6的场景。但网络中也存在新建独立SRv6区域,不希望部署MPLS协议栈的场景;或者逐区域升级SRv6,升级之后所有业务均使用SRv6承载的场景。此时业务端点一边为SRv6,一边为MPLS,需要提供SRv6与MPLS Interworking方案。

该方案适用于新建SRv6域未部署MPLS协议栈的场景;或者某MPLS区域演进到SRv6后删除MPLS协议栈的场景。此时业务端点一边为SRv6,一边为MPLS,需要交界节点提供二者之间的互通。

小结在过去的10多年里,IP技术取得了巨大成功,统一了网络承载,可以将其称之为All IP 1.0时代。这其中MPLS扮演了非常重要的角色。基于MPLS的承载技术用于IP骨干承载,再到城域承载、移动承载,替代了帧中继、ATM、TDM等多种网络技术,实现了网络承载技术的统一。

随着云计算、大数据、人工智能、物联网、5G移动互联网等新技术的快速发展和应用,社会的数字化转型也将从主要面向个人、家庭的消费数字化转型,升级到面向企业、行业的产业数字化转型。运营商也将从提供单纯的承载网连接上云服务,转向云+网的云网业务融合服务。

All IP 1.0很难构建智能云网一体化能力,而SRv6技术的出现,承担了构建智简网络的使命。


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