IP骨干网切片方案探究

  网络切片伴随5G而生。5G网络切片是一种按需组网的方式，可以让运营商在统一的基础设施上分离出多个虚拟的端到端网络，每个网络切片从无线接入网到承载网再到核心网进行逻辑隔离，以适配各种类型的应用。5G网络切片不仅在网络架构和技术上满足了增强移动宽带(eMBB)、低时延高可靠(URLLC)、海量连接(mMTC)三类应用场景差异化的服务需求，更是在业务运营、商业模式、服务领域等方面为运营商提供了更多创新和拓展的机会。

  5G网络端到端切片包括接入网AN、承载网BN、核心网CN三个领域子切片，其中承载网虽然多为采用IP技术的网络，但主要承载AN和CN之间的业务。运营商IP网络还包括承载互联网宽带业务、政企大客户业务以及新型云网融合业务的城域、省干、骨干等各级IP网络。IP网络切片目前存在很多不同的技术方案，众说纷纭，尚未形成统一的方案。本文将先对IP网络切片方案做一个梳理，在此基础上探讨IP骨干网切片需求和实施方案。

  IP网络切片技术方案

  IP网络切片技术方案，主要从技术实现层面考虑如何将一张物理网络切分为多个逻辑网络，具体可以分为两大类：拓扑切片和路径切片(见图1)。

图1 IP网络切片技术方案

  拓扑切片

  拓扑切片，是在指定节点和链路集合上运行控制面协议从而形成一个带宽有保障、功能相对完整的逻辑网络，实现技术主要涉及以下方面：

  - 链路隔离：主要有物理链路、FlexE接口、切片子接口三种方案，各有优缺点。物理链路直接利用10GE、100GE接口技术，对接口无特殊要求，但切片粒度不灵活;FlexE接口可提供5Gbps粒度的链路，但IP网络存量接口多不具备FlexE能力;切片子接口可基于IP网络现有接口提供兆级粒度的链路，前提是现有接口单板具备一定QoS队列规模并通过软件实现支持切片子接口。

  - 路由拓扑：主要有IGP多实例和Flex-Algo两类方案。IGP多实例为每个切片启用一个独立的IGP实例，每个切片有独立的IGP路由拓扑以及完整可演进的功能特性，路由器控制面负载相对较重;Flex-Algo基于基础网络的IGP为每个切片创建一个Flex-Algo，通过FAID、算法定义、EAG约束条件以及链路EAG属性配置将相关节点和链路置于一个切片拓扑内，所有切片都依赖于同一个IGP实例，路由器控制面负载相对较轻，但路由特性演进可能受到Flex-Aglo技术的约束。

  - 切片引流：IPv4/MPLS/SR路由环境，为每个切片的每个节点分配独立的loopback地址并通过BGP路由策略将业务路由的BGP下一跳改为该IP地址;IPv6/SRv6路由环境，为每个切片的每个节点分配独立的Locator并在相应的业务实例中应用该Locator。

  - 切片管控：由SDN控制器/编排器负责，主要提供切片相关的Flex-Algo参数配置、链路参数配置、IGP Flex-Algo拓扑信息采集和可视化，以及基于切片拓扑的路径计算等功能。

  路径切片

  路径切片，是在一组网络边缘节点之间建立满足特定SLA条件的隧道从而形成的逻辑网络，实现技术主要涉及以下方面：

  - 隧道创建：主要有RSVP-TE、SR-TE/SR Policy以及SRv6 Policy技术。RSVP-TE技术控制面负载重、扩展性差，基本被摒弃;SR-TE/SR Policy适用于IPv4/SR-MPLS网络，SRv6 Policy适用于IPv6/SRv6网络，SR-TE/SR Policy/SRv6 Policy仅在头节点实例化，中间节点无状态，扩展性高，易于SDN集中控制。

  - 资源预留：存在转发面不预留带宽资源和预留带宽资源两种方式，前者要求控制器监测网络资源以及业务质量，并根据情况对隧道路径重优化以满足SLA要求，后者要求在隧道路径每一跳节点的接口绑定预留带宽资源的QoS队列来满足SLA要求，并在报文转发时通过报文封装携带的标签、切片id等字段映射到相应的切片转发资源。

  - 隧道引流：存在隧道策略、Color引流、CBTS、DSCP引流等方式，RSVP-TE隧道和SR-TE隧道可以采用隧道策略和CBTS方式，SR Policy和SRv6 Policy主要采样Color引流和DSCP引流方式。

  切片管控：由SDN控制器/编排器负责，主要提供切片相关的隧道配置、隧道路径计算、边缘节点和隧道集成可视化等功能。

  IP网络切片业务方案

  IP网络切片业务方案，主要从业务运营角度考虑如何向客户提供切片服务，具体考虑业务提供模式和资源共享模式两个方面(见图2)。

图2 IP网络切片业务方案

  业务提供模式

  IP网络切片的业务提供模式可分为以下三类：

  - 用户业务不感知：用户订购网络服务时不知道网络切片的存在。网络切片完全是运营商内部按运营对象或业务类别对IP网络做的资源预分配，用户业务与网络切片之间的映射关系相对固定。

  - 切片增值服务：用户订购现有网络服务时可选购网络切片增值服务，对时延、丢包率等SLA进行保障。

  - 切片即服务：网络切片作为全新的独立业务向用户提供，用户可以基于自己的网络切片开展业务并对网络切片的资源、业务、状态等进行管理。

  资源共享模式

  IP网络切片的资源共享模式可以分为以下三类：

  - 用户共享切片：切片增值服务分多个类别对应不同的共享切片，订购了同类切片增值服务的所有用户流量在相应的共享切片内承载。

  - 业务共享切片：切片增值服务分多个类别，对应不同的共享切片，用户可针对不同业务应用订购不同的切片增值服务;订购了同类切片增值服务的所有用户特定业务流量在相应的共享切片内承载。

  - 用户独享切片：用户直接订购了一个网络切片，该网络切片不承载该用户之外的流量。

  IP骨干网切片方案分析

  网络特征

  国内运营商一般都构建了定位不同的两张IP骨干网，分别为公众业务骨干网和高价值业务骨干网，两者存在明显的特征差异。

  - 承载业务：公众业务骨干网主要承载省际互联网流量，同时实现省内城域网、IDC之间的互联网流量疏导;高价值业务骨干网主要承载政企VPN业务、入云业务、云间互联业务以及运营商内部移动核心网、IT、网管等业务流量。

  - 技术方案：公众业务骨干网主要采用IPv4/IPv6双栈路由实现互联网流量转发，目前已有运营商部署了SRv6可按需对骨干网集中流量调度;高价值业务骨干网正在由传统的MPLS L3VPN向SRv6 EVPN演进。

  - 网络结构：公众业务骨干网边缘覆盖到省份，网络节点数量少，节点之间Mesh互联，网络结构超级扁平;高价值业务骨干网边缘覆盖到地市，网络节点数量多，网络结构有明显的P和PE层次划分，省际P节点之间Mesh互联，省内PE到P的星型互联。

  - 网络容量：公众业务骨干网容量大，节点之间采用多条100GE链路并行互联，支撑快速增长的互联网流量承载，网络整体负载较重，且存在局部拥塞;高价值业务骨干网容量较小，相对轻载。

  切片需求和方案选择

  随着高清视频、VR/AR应用、工业互联网、算力网络、垂直行业专网等新业务的出现，IP网络需要在带宽、时延、可靠性等方面对这些业务进行差异化服务提供和保障，而网络切片方案能较好地匹配这一需求。

  在公众业务骨干网上，可以采用SRv6 Policy路径切片方案预部署低时延保障切片和带宽保障切片，用户在需要低时延或带宽保障时选择相应的切片服务，用户接入网关对业务流量进行DSCP标记，流量进入骨干网时，采用DSCP引流的方式将业务流量映射到相应切片实现低时延或带宽保障。

  在高价值骨干网上，切片方案有几种情况：一是采用控制面SRv6 Flex-Algo+转发面切片子接口的拓扑切片方案，向垂直行业用户提供切片专网业务;二是采用SRv6 Policy路径切片方案预部署低时延保障切片和带宽保障切片，为政企/云业务提供切片增强服务;三是采用带宽预留的SRv6 Policy路径切片为客户提供硬管道服务。

  IP网络业务应用日新月异，网络切片技术也在不断发展演进。在这样背景下，运营商可以立足已有的成熟切片技术进行业务创新，一方面将网络架构和技术演进的阶段成果迅速转化为商业价值，一方面通过切片业务运营，推动切片技术方案和商业模式迭代发展，实现技术和价值创新。

  作者：中兴通讯 朱小龙