數據網絡重構與云化演進的探索和實踐

屠禮彪，李 彤，郭愛鵬（.中國聯通集團網絡發展部，北京0003；.中國聯通網絡技術研究院，北京00048）

1 數據網絡現狀與業務挑戰

1.1 寬帶數據網的結構

中國聯通寬帶數據網的結構從上到下可以分為169骨干網、IP城域網和寬帶接入網，它的定位是承載家庭寬帶上網、IPTV、VoIP、政企專線等業務。在每個城市有一個獨立的IP城域網，IP城域網作為寬帶接入網與核心骨干網絡之間的橋梁，它的網絡層級可分成核心、匯聚以及業務控制層。核心層一般為雙節點，可擴展單節點容量；匯聚層是應用于特大型城域網（如北京、天津等），連接核心層和業務控制層；業務控制層主要分為2類設備：BRAS和SR，BRAS設備負責個人用戶（HSI/IPTV等）接入控制，配合AAA實現認證和計費，并進行帶寬控制；SR設備負責企業用戶接入控制，也用于IPTV承載。

典型的寬帶數據網的結構架構如圖1所示。

現有的寬帶數據網中各層級大都采用了專有硬件設備和私有接口，系統封閉且運營復雜，其主要問題為：

圖1 寬帶數據網的結構

a）網絡剛性：網絡由大量單一功能的專用設備構成，網絡缺乏靈活性。

b）網元封閉：網元采用軟硬件一體化的封閉架構，功能擴展性差、價格昂貴。

c）業務煙囪：新業務、新功能的提供需要開發新設備、新協議，造成設備種類和網絡數量大且形成縱向業務煙囪，業務難以融合，新業務開發困難，難以滿足快速靈活的業務部署需要。

d）運營復雜：存在大量廠家、大量類型各異的專用設備和系統，規劃、建設和運維復雜，運營成本居高不下。

1.2 傳統數據業務面臨的挑戰

隨著“寬帶中國”戰略的推行，IPTV、4K等高帶寬應用業務的增多，加快了光纖寬帶的提升和普及延伸，家庭寬帶用戶對傳統數據業務以及網絡服務質量的要求不斷提升。

另一方面，隨著云計算、大數據以及物聯網業務的快速發展，政企用戶也提出了更高的要求，但由于目前數據網中存在剛性、網元封閉等問題，很難快速高效地適應這種變化，傳統數據業務面臨著巨大挑戰。

傳統數據業務面臨的四大挑戰。

a）開通周期長：傳統政企專線受理、調度和開通過于人工化，多業務分割且依賴半人工半客戶經理角色的工單模式，導致專線及傳輸專線業務開通周期長，部分邊遠地（市）無資源，建設周期長。從受理到開通以周為單位。

b）業務資費高：省內跨域組網和MV業務，采用傳統傳輸或承載A網，資費高，市場競爭力差。

c）定制能力差：傳統城域網專線、傳輸專線都有固定的業務模板，無法根據政企用戶的需求靈活調整。

d）云網不協同：專線和云從業務受理到開通維護都有不同的團隊和流程負責，多云部署是業界常態，千人以上大企業85%采用多云方案。

為全面應對傳統數據業務所面臨的挑戰，中國聯通近年來一直在大力探索行之有效的解決方案。隨著CORD架構的提出，以及SDN、NFV技術的逐步發展和落地，為數據網絡的變革與云化帶來了新的機遇。同時，云計算技術的大力發展，多云管理方式也越來越成熟可靠，給云網一體的快速交付落地提供了助力。

1.3 政企業務新形態，推動網絡云化轉型

中國聯通在2018年政企新產品發布會上，提出了基于“云”的多個政企產品（見表1），目的就是解決傳統業務的諸多問題，打造云網一體的全新架構。

云與網深度融合，相互協同，云在網上，網在云中。云網融合可以幫助運營商“以網促云、以云帶網”。最終實現云網一體化的綜合服務目標。

2 基于CORD的新型IP城域架構

2.1 新型IP城域架構的主要技術

CORD（Central Office Re-architected as Datacen?ter）是網絡重構的重要方向。目標主要是希望借助SDN、NFV和云計算技術，實現資源的集約化部署和全局調度，將網絡功能軟件化并實現軟件和硬件解耦，同時還要具備開放、靈活的特點。

SDN技術解決了網絡智能控制和能力開放的問題，大大提高資源利用率，實現了按需靈活調度的功能。

NFV是基于通用化的硬件和虛擬化技術，承載多種軟件功能。可以屏蔽多種專有硬件設備的專用端口，避免復雜的服務開通流程。NFV的目的是降低成本，提升運營效率，縮短建設周期。

云化是網絡重構的基礎，為網絡虛擬化和業務功能虛擬化提供云資源池基礎設施。

在CORD架構下，SDN、NFV結合云計算逐漸成熟的應用成為網絡重構的技術驅動力，使得IP城域網逐步向云化方向演進，原有多功能融合承載的網元將被一個個VNF功能模塊取代，最終在IP城域網內形成以DC為核心，云化為特征的新型城域網。

2.2 新型IP城域架構的主要特征

網絡重構就是將云網協同，整合城域DC資源，構建以邊緣DC、區域DC為中心，實現資源統一管理和業務邏輯隔離，打造云網協同的統一IP城域網絡架構。

表1 基于“云”的多個政企產品

在網元方面，實現網元的重構化、虛擬化，把傳統BNG和CPE等網元進行NFV化，移入DC，實現控制和業務資源池組化，資源彈性按需擴展，同時進行SDN化升級，逐步實現網絡服務云化部署。

在業務方面，一是將政企業務重構。首先需要實現云網一體，通過部署云網協同編排器，實現政企業務“云+網”一站式服務能力；其次是實現業務隨選，將云計算和各種專線資源結合實現業務隨選和網絡資源彈性伸縮；最后是多云管理，部署多云管理平臺，幫助政企用戶實現公有云、私有云、混合云的協同管理。

二是將家寬業務重構。引入轉控分離，一控多轉，對控制流和業務流量區別處理，降低網絡擴容成本；另一方面是將控制面集中，統一城域邊緣業務網元的控制面，實現資源統一管理和靈活調整；同時，引入城域業務編排器，實現靈活的業務編排和網絡能力開放。

3 IP城域網重構與云化演進的探索

為積極跟蹤SDN、NFV及云技術的發展，從2016年開始，中國聯通集團公司在部分IP城域網內組織進行了網絡重構和云化演進的試點。2016年，集團選取了山東、天津、江蘇3省（市）進行試點，初見成效。2017年，試點規模擴張到了8省，以DC為核心調整網絡結構，統一城域邊緣業務網元的控制面，引入NFV增強網元的靈活性，實現IP網元通用化目標。

主要在vBRAS（山東、安徽等省）、云化端局（河北雄安）、VDC（廣東）等方面進行現網技術驗證，各地試點均取得了階段性的成果。

3.1 國內最大規模的vBRAS全業務承載局點

棗莊新型城域網試點利用棗莊聯通現有IDC機房的空余機架和鏈路資源，采用廠商提供的全套NFV系統部署實施，為試點的區縣用戶提供和現有BRAS一樣的全業務能力，從而驗證新型城域網架構的業務能力和可靠性。棗莊聯通城域網DC拓撲如圖2所示。

山東棗莊vBRAS試點方案是目前國內最大規模的vBRAS全業務現網局點的成功案例。2017年11月完成割接，實現寬帶用戶3萬，IPTV業務1.5萬，專線200+條。

試點方案采用CORD理念重構城域網邊緣節點，提供基于SDN的業務能力平臺，NFV云資源池化，實現了全業務承載。創新地采用NFV+交換機兩級扁平化架構，打造彈性靈活的業務資源池。IPTV實現了轉控分離，優化了IPTV視頻流量，大幅降低流量成本，并提供基于MANO的業務編排能力，為今后新業務的引入帶來便利。

使用vBRAS作為IPTV視頻業務的控制節點，Pool-GW或城域網POP交換機做視頻業務的轉發節點，實現IPTV視頻業務的轉控分離，解決大流量視頻業務對BRAS的沖擊，大幅降低BRAS擴容的成本。

同時，在安全方面，由于vBRAS是基于NFV架構，有別于傳統BRAS，試點資源池進行了全面的漏掃和安全加固。在網管方面，棗莊試點已和IP綜合網管系統實現了vBRAS網元的對接，省網管已實現監控整個棗莊試點vBRAS資源池的運行情況。在投資方面，原有BRAS設備下電，板卡調撥利舊到其他城域網擴容，確保了前期投資不浪費。

圖2 棗莊聯通城域網DC拓撲

IP網元通用化大幅降低了CAPEX和OPEX。以山東棗莊IP城域網為例，部署傳統BRAS設備14臺，設備投資約838萬元，年電費消耗約35.74萬元。采用vBRAS組網，設備集中部署，需要服務器約15臺、交換機2臺，設備投資約250萬元，年電費消耗約13.58萬元。在同等用戶規模的情況下，vBRAS的建設成本約為傳統BRAS的30%，年運營成本約為傳統設備的35%，整體提升網絡投資性價比。

3.2 基于VxLAN的VDC網絡

廣東聯通將VxLAN引入城域網和IDC中，率先打造了中國聯通最大的一張基于VxLAN技術的VDC網絡。目前，廣東聯通VxLAN專網已初步具備“云+網”統一交付能力，具有跨省份專線入云的快速業務部署能力和跨地域容災備份能力，實現了RMS業務以及21個地（市）100多家政企用戶接入VDC并商用，為云網一體化政企產品的商用提供了可行的解決方案。廣東聯通VDC網絡方案拓撲詳見圖3。

廣東聯通的VDC網絡方案采用SDN架構，利用虛擬化資源、自動化部署廣域網VxLAN隧道、可視化管理等技術手段，加速服務交付，提升廣域網性能及可用性，簡化運維，降低總體成本。

圖3 廣東聯通VDC網絡方案拓撲

2018年通過部署自服務Portal、編排器、CMP平臺實現多云納管，完善“多云+網”的云網一體的用戶自服務交付能力，帶動專線建設與銷售。

3.3 云化端局，網絡智能

雄安新區聯通在新區對城域網實施了網絡架構重構，一期建設了3個核心數據中心，構建新型電信云、業務云綜合承載寬帶、高清視頻等多項業務，并同時通過全面虛擬化實現網絡重構，驗證基于云化端局的新型IP城域網的可用性。

在SegmentRouting等新技術下，以智能彈性網絡增進業務部署的靈活性，大幅提升了城域網的服務能力與運維水平，滿足各類信息通信業務在新區的彈性發展需求。

河北聯通雄安新區云化端局網絡架構詳見圖4。

圖4 河北聯通雄安新區云化端局網絡架構

截至目前，雄安聯通新網絡已能為新區家庭、社區與政企客戶提供包括全光高速寬帶網絡快速接入等低時延、高帶寬的網絡及云服務。達到了簡化運維、業務快速開通、網絡智能化、可視化、流量靈活調度、全業務承載的能力。

3.4 現網平滑升級到CU分離

合肥聯通的新型城域網試點采用原有設備的平滑升級，實現硬件無改變，現網設備利舊，平滑升級到CU分離方案，節省成本，保護投資。

CU分離方案是將轉發與控制模塊相互獨立，控制面部署在VM云資源池，轉發面采用現有BRAS，保障轉發能力，滿足網絡高質量要求；同時將資源池云化，整體提升資源利用率。

3.5 網絡重構和云化演進的試點帶來顯著效果

3.5.1 效果1：提升網絡競爭力

a）轉控分離：對控制流和業務流量區別處理，根據轉發設備特性承載不同業務流量，降低網絡擴容成本。

b）集中控制：統一城域邊緣業務網元的控制面，實現資源統一管理、業務端到端部署和靈活調整。

c）能力開放：引入城域業務編排器，為業務的開發提供開放的API接口。迭代性的軟件開發成為今后網絡投資的重點。

3.5.2 效果2：提高投資有效性

a）效益改善：IP網元通用化大幅降低了CAPEX和OPEX，整體提升了網絡投資性價比。

b）差異服務：基于通用服務器和交換機，更易進行數據分揀和輸出，便于大數據、AI等新業務開發。

c）簡化運維：集中運維，簡化管理，符合互聯網化新運營的實踐需要。

4 后續演進發展思路

今后，將繼續以DC為中心，完善網絡與DC布局，推進網絡扁平化及流量疏導。在IP城域網及DC出口協同控制，進行流量流向按需優化，提升網絡靈活性，降低網絡建設成本。推進轉控分離、網元虛擬化改造，以及軟硬件解耦工作，提升轉發面性能指標。并且將繼續深入探索業務靈活遷移及均衡承載能力，充分發掘設備潛力，提高網絡資源利用率。

中國聯通將繼續探索和實踐網絡重構，逐步推進IP城域網的云化演進發展，將以新技術、新網絡以及新模式打造全新的數據網絡。