智能化云计算承载网特征和关键技术分析

史凡 赵慧玲

中图分类号：TN915.1文献标志码：A 文章编号：1009-6868 (2012) 04-0032-002

摘要：文章认为智能化云计算承载网应具备高速、快捷、保障、灵活等特性。为支持和实现这些特性，需引入虚拟感知、因特网数据中心(IDC)互联、IDC集群以及软件定义网络(SDN)等新型技术。基于现有的运营商网络架构，文章认为可通过在不同网络层面和网络单元中新增或升级具备相应技术能力的设备和系统，调整网络组织和部署，实现网络智能能力的有效增强，从而加速现有网络架构向下一代高智能网络架构的演进。

关键词：智能；云网络；虚拟；承载网络

Abstract: A wise-cloud carrier network should be fast, safe, and flexible. To realize these features, new technologies such as virtual awareness, Internet data center (IDC), IDC cluster, and software-defined network need to be used. In this paper, we suggest that network organization and deployment can be adjusted, and intelligence of a network can be enhanced by adding or updating equipment in different network layers and units. In this way, existing network infrastructure can quickly evolve to highly intelligent next-generation infrastructure.

Key words:wise; cloud network; virtual awareness; carrier network

以互联网为代表的现有网络架构在业务种类繁多个性需求不断出现、用户不断增多带宽日益扩张的情况下，其网络容量的扩展性和体系架构的灵活性都非常有限，已经难以满足未来业务持续高速发展的要求，也无法提供给用户以差异化的业务体验。

以智能化和云化为主要代表构建的新型下一代网络目前已经得到了业界的广泛看好。结合运营商成功运行多年的电信级网络打造智能化的云网络，是今后5～10年间网络架构发展的主要趋势。

1 智能化云计算承载网的

定义和特征

从承载网的发展态势来看，提供一个客户感知良好、运营管理方便、业务开通灵活的网络，能实现高速协同接入、资源自助指配、速率针对性保障的差异化服务，是各个运营商所追求的目标。

目前，业界一致认同未来网络将是一个高智能网络的观点，即具有“WISE”特征的新型网络。具体来说，就是具备高速广覆盖能力(Wide)、资源快速指配能力(Instant)、接入灵活协同能力(Smart)和质量按需保障能力(Ensured)的高效集约化网络[1]。

那么，以云计算为重要契合点，适应云管端一体化发展的趋势，在现有各种网络形态上演变和发展起来的，满足上述WISE特征的网络架构和网络能力，我们就可以认为其是一种智能化的云计算承载网。从狭义上看，智能化云计算承载网可以是对现有网络进行改造和升级，引入智能性，使之适应云计算各类应用和业务的承载需求的网络；从广义上看，智能化云计算承载网可以是利用云计算的概念和技术(如分布化、虚拟化)，在现网基础上形成的可持续演进具有高度智能性的网络。一种新型的智能化管道如图1所示。

对于智能化云计算承载网的WISE特性，结合云计算的相关特点，可以解释如下：

(1)高速(W)：对于终端和用户访问云计算平台提供高带宽接入(如访问因特网数据中心(IDC))和互联(如IDC互访)能力。

(2)快捷(I)：对于云计算特定资源进行快速指配(如虚拟机(VM)迁移中的网络资源分配和策略跟随)。

(3)灵活(S)：对于网络流量可以进行灵活的控制和调度(如客户可定制化的路由处理)。

(4)保障(E)：对于云计算业务/应用提供按需的质量保障(如满足大容量处理的IDC的多虚一)。

2 智能化云计算承载网

关键技术

2.1 虚拟感知技术

在智能化云计算承载网中，能够对于云计算新引入的VM进行感知，是网络必须具备的基础能力，也是相应进行资源配置和调度的前提。

目前在技术上，实现虚拟感知的技术有基于主机、网卡、网络设备(交换机)等。

(1)基于软件或网卡实现的虚拟交换机，一般只具有识别虚拟机的基本功能，或多或少需要占用主机资源，对主机的性能造成一定的影响，因此扩展性相对较差，但由于历史原因，其成熟度相对较好，成本也较低。

(2)基于网络设备实现的虚拟交换机(一般是头端交换机)，可以在识别虚拟机的基础上实现流量监管等一系列高级功能，且不占据主机资源，能达到很高的性能，扩展性较高。但相对技术还处在发展过程中，目前其主流技术标准为802.1Qbg或802.1BR(原802.1Qbg)，各有相应的支持厂商，但其成本较高。

从网络承载的角度看，基于网络设备实现的虚拟交换机，技术上功能全面、性能易扩张，且运维的界面比较清晰(主机/虚拟机的维护和网络的维护相互独立)，可以降低维护的技术难度，应该成为未来的发展方向。

2.2 二层互联技术

在智能化云计算承载网中，对虚拟机迁移所要求的大二层互联，是一个新的挑战。特别是针对现有以互联网为主体的三层网络互联情况，如何在虚拟机迁移的IDC间实现端到端大二层连接，也就是数据中心互联(DCI)[2]，将是一个新课题。

目前在技术上，实现DCI的技术有基于媒体访问控制(MAC)/二层网络和基于IP/三层网络两类。

(1)基于MAC/二层网络的DCI技术，利用以太网的VPN技术或MAC in IP技术等，实现二层的虚拟连接。目前主要代表有虚拟专用局域网业务(VPLS)/通用路由封装(GRE)承载VPLS、以太网的虚拟专用网(E-VPN)和叠加的传输虚拟化(OTV)3种。

(2)基于IP/三层网络的DCI技术，采用位置和ID分离的思想或采用边界网关协议(BGP)扩展的思想，目前主要代表有位置与标识分离协议(LISP)、虚拟子网两种，都处于IETF的草案阶段。

从网络承载的角度看，DCI是虚拟机跨地域/IDC迁移的前提，也是云计算特定应用在承载网上无缝调度的一个重要保障，将是今后一个时期内需要快速标准化的一类技术。

2.3 二层集群技术

在智能化云计算承载网中，为实现网络资源的集约化运营，提高网络使用的效率，需要将多个在地理上分散的资源平台集合为一个统一向外服务(即多虚一)，在现阶段主要是将多个IDC合成为一个使用，即软件定义网络(DCN)。

目前在技术上，实现DCN的技术有基于MAC/二层网络和基于IP/三层网络等两类。

(1)基于MAC/二层网络的DCN技术，一般在数据平面采用对以太帧的报头进行扩展或者采用MAC in MAC的方式，在控制平面借助一些二层寻址协议(如中间系统到中间系统(ISIS))来实现。目前主要代表有TRILL网络和最短路径桥接(SPB)两种，都处于IETF的草案阶段。

(2)基于IP/三层网络的DCN技术，利用三层协议来封装二层MAC，相当于在三层网络设备间构建了一个二层的隧道。

从网络承载的角度看，DCN将是智能化云计算承载网发展到中期以后，单个IDC资源难以满足应用需求的情况出现后的产物，但其在技术上目前标准化进程较慢。

2.4 路由虚拟化技术

在智能化云计算承载网中，承载网需要能够针对不同云应用/不同客户提供定制化的路由和转发。现有网络主要基于IP地址进行转发的方式，难以实现细粒度的灵活控制和调度。特别是现有的路由方式中，转发和控制高度耦合，在根本上束缚了灵活路由和调度的能力。

为此，基于转发和控制分离的思路，业界提出了SDN的思路，其代表性技术为Openflow。其根本思想是将网络控制平面从网络设备分离，控制平面提供开放接口，使得网络对于用户而言可编程可配置，体现了网络虚拟化在路由层面的高度发展。

但目前，Openflow技术还没有得到主流标准组织的接纳，在设备的商用化程度上也比较低，特别是其理念对于传统的网络设备和网络设计都有“革命性”的冲击，将会经历一个相对长期的试验和研究阶段。

3 对智能化云计算承载网

的发展思考

从上述的介绍和分析可以看出，智能化云计算承载网可以提供一个新型的高智能网络架构，在现阶段可以应对云计算引入后各种云应用对网络承载的特殊要求，在未来可以促成网络的智能化转变形成对各类新型业务和应用的智能承载。

当然从几类代表性技术标准的原理上看各有千秋，在标准化进展上多数位于发展初期，总体上还处在技术研究阶段，距离规模部署尚有一定距离。但是我们也要看到，技术的发展都需要有一定的前瞻性，如果认定了智能化云计算承载网将是未来网络的一种重要形式，就需要坚定不移地推动各项技术的成熟。

从现网引入的迫切性角度出发：先期应关注虚拟感知技术在网络设备(以交换机为代表)中的实现。可以在IDC内靠近服务器/虚拟机的头端交换机上首先引入虚拟感知能力，配合相应的管理平台或系统，实现网络策略的跟随和统一。同时，在广域网上(主要是IDC间的网络)，考虑实现DCI二层承载方案，特别是兼容现有骨干网的状况，实施端到端的大二层互联。通过两者的结合，实现在服务高速接入和资源灵活配置上的统一。中期，应推动DCN相关技术的统一和成熟。在不同IDC间构建统一的资源池，实现网络资源的集约化运营和一体化服务。后期，应关注SDN在IDC侧的实施，以IDC为试验床提供面向特定应用的路由虚拟化服务，结合骨干网和城域网设备的能力状况，逐步考虑向骨干网和城域网的引入。通过两者的发展，提升网络服务的快捷性和保障性。

4 结束语

2011年，由中国电信牵头，联合中国移动、中国联通、工业和信息化部电信研究院、中兴通讯、华为等单位共同提出的智能型网络(NICE)正式在ITU立项。NICE明确了智能型网络的定义和总体架构，通过多维感知、按需保障、灵活协同、资源优化、能力开放等五大能力集的描述，全面规范通信网络提供更加快捷、高效、安全通信服务时所需具备的承载层、承载控制层和业务控制层功能，并提供相关的应用案例。

而智能化云计算承载网将是实践NICE的一个具体体现，是网络更加智能地服务于新型应用的典范，代表了下一代网络架构发展的方面，值得大家的关注和重视。

5 参考文献

[1] 赵慧玲, 智能网络鼎力支持云海应用 [C]//2012中国通信技术年会, 2011年12月21日, 北京.

[2] 赵慧玲, 中国电信云计算的实践和云中心的研发重点 [C]//2012第四届CCS云计算高峰论坛, 2011年4月17-18日, 北京.

收稿日期：2012-05-02

作者简介

史凡，西安电子科技大学学士毕业；中国电信股份有限公司北京研究院网络技术部全业务承载网研究室主任、高级工程师，城域以太网论坛(MEF)中国工作组主席；主要研究领域为下一代互联网、云计算等；已获得省部级奖3项，申请专利4项，合著专著6本，发表论文20余篇。

赵慧玲，中国电信股份有限公司北京研究院副院长、教授级高工、博士生导师，中国电信云计算研究中心主任，MEF董事会成员，信息产业部通信科技委委员；主要研究领域为高智能网络、云计算等；已获国家科技进步二等奖2项、部级科技进步一等奖3项、二等奖8项、三等奖8项，申请专利16项，出版著作13部、译著2部，发表论文近百篇。