如何应对数据骨干网流量的挑战

［摘 要］ 如何面对互联网流量的迅猛发展，如何减少骨干网的扩容压力，作为网络的建设者和规划者对网络结构优化及新技术的应用是十分关注的。从另一个角度讲，网络结构的调整对运维带来的挑战也是显而易见的，如何能够做到统一网管，应对海量告警并进行精确定位也是本文重点探讨的内容。

［关键词］ 摩尔定律； 互联网； 承载网； 路由器； 流量； 运维； 40G POS技术

doi : 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2012 . 06. 033

［中图分类号］ F626.53 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1673 - 0194（2012）06- 0073- 02

中国的互联网蓬勃发展，网络流量增长迅猛，据统计平均每１８个月增长３倍，而集成电路上可容纳的晶体管数目每１８个月增加一倍，因此流量增长的速度已经远超过了受摩尔定律限制的网络数据设备的发展速度，骨干网面对流量快速增长的严重挑战。

１ 中国互联网发展现状及存在问题

１．１ 流量激增，网络承载压力大

随着互联网视频等宽带业务的普及和用户接入侧带宽的提升，电信运营商骨干网容量的承载压力日益显著。然而运营商每年扩容骨干网的投资是一笔不菲的数目。同时，每兆比特的ＡＲＰＵ值不断下降已经成为趋势，而一部分互联网的应用甚至分流了现有电信业务的利润，这让运营商有无法投资的足够理由。

1．2 故障波及范围广，影响客户忠诚度

４０Ｇ已经开始商用， ４０Ｇ链路上承载着成千上万的业务，链路故障将影响众多的业务，客户的忠诚度由此大打折扣。如何提升骨干网的可靠性，是运营商面临的又一挑战。

随着路由器故障恢复和保护技术的不断发展，理论上路由器已能实现当网络发生故障时对业务的保护。但是在实际部署时，由于传输资源受限而难以配置快速保护恢复的路径，并且在传输链路故障时，会引起路由层面的大量告警及路由振荡，对路由器冲击很大。

ＡＳＯＮ通过光层的快速重路由可以解决传送网的多点故障，但是缺少和路由器的配合，可能存在保护不成功或多重保护的情况。若通过 ＧＭＰＬＳ ＵＮＩ接口和路由器配合，可以实现多层网络的协同保护，一方面可以加快业务的保护速度，另一方面可以节省过多的保护资源。另外，在进行多层的网络规划时，通过共享风险链路组的约束，可以提高骨干网的可靠性。

1．3 运维难，海量告警故障难排除

假设一个运营商每天在波分层面的告警有 ６ 000多个，而到了路由器层面，告警将成倍递增，变成 ２万多个。如此海量的告警导致根源告警被淹没，快速及时找到告警根源将变得非常困难。这是因为一个传送层的告警通常会在 ＩＰ层产生 １０倍以上的告警，而且 ＩＰ网和传送网是由不同的部门管理维护，很难知道 ＩＰ层和传送层之间的承载关系，以及 ＩＰ层和传送层之间告警的关联关系。通过 ＩＰ和光层的协同运维，以及一个统一的数据库，可以方便地维护 ＩＰ和光层的承载关系及告警的关联关系，能够屏蔽掉大量的衍生告警，快速地找到根源告警，将故障定位时间由几个小时缩短到几分钟。

通过统一网管及 ＧＭＰＬＳ ＵＮＩ，又可以实现业务的快速部署，将业务开通的时间由数月缩短到几天，从而更快地响应客户、赢得市场。

２ 减少骨干网扩容压力的措施

为了减少骨干网的扩容压力，提升节点能力、优化网络结构、对网络进行多层协同规划，应该是可行的措施和选择。

２．１ 提升节点能力

最传统且直接的网络扩容方式，是升级端口速率、提高设备容量。目前４０Ｇ ＰＯＳ技术已经开始商用，随着业务流量的继续增长，１００Ｇ也逐渐成为业界关注的热点。端口速率的升级必然要求设备容量提升，Ｔ比特级的路由器和ＯＴＮ设备应运而生。然而，上述的扩容方式会导致核心节点容量压力大、成本高。因此，网络除了提升节点能力之外，还要从网络架构优化的角度，考虑扩大骨干网容量。

２．２ 优化网络架构

传统的层次化网络是一种比较经济的建网模式。网络流量小的时候，路由器可以通过统计复用的方式，实现流量的收敛，并解决全互联带来的扩展性问题。然而随着网络流量的增长，核心路由器面临频繁扩容的压力，从而制约网络的发展。而且在骨干网中，有５０％以上的流量是中转流量。该流量经过多次路由器转发，消耗了大量昂贵的路由器端口，层次化的建网模式将不再经济。当两个路由器之间的流量接近链路带宽时，再通过中间的路由器收敛是没有意义的，因此可以采用路由器之间直连的方式。当中间的汇聚路由器被取代后，网络的层次就减少了。当骨干网的路由器之间只有一跳的时候，网络就实现了彻底的扁平化。打个比方，在层次化网络中，业务流量在路由器上是逐跳转发的，每个报文的转发就像十字路口的车辆按照红绿灯指示调度，流量小的时候有较好的性能。而路由器之间通过光层建立的直连链路，就像是立交桥，没有红绿灯的存在，可以实现大颗粒业务的快速调度，即使流量大，也能保证较好的性能。

路由器之间直连，简化了网络架构，减少了扩容压力，节省了互联成本，增强了网络的扩展性，并减小了网络时延及抖动，提高了业务质量。

以中国电信的 ＣｈｉｎａＮｅｔ骨干网为例，将其流量大的接入节点逐步提升为类核心点的扁平化进程已经显现出明显的经济效益。 ２０１０年已完成从 ９个核心节点到 １５个节点的扩展，未来将会扩展更多的类核节点，逐渐向扁平化的骨干网演进。

２．３ 多层协同规划

流量的增长要求网络向扁平化演进，如何有步骤、高效地演进呢？

ＣｈｉｎａＮｅｔ骨干网的扁平化是基于人的观测和经验。为了提高准确性和效率，业界目前通过多层规划的方式实现网络扁平化部署。运营商在网络部署或网络优化时，根据多层规划工具的结果，在路由器之间建立直连链路。

传统的网络规划是逐层规划，路由器网络和传输网络是分别规划的。由于互通的信息有限导致全网规划的结果不是最经济的。另外，有些运营商认为，在网络中应尽量减少昂贵的路由器端口的使用。一方面，是由于路由器的成本比较高；另一方面，并不是所有的流量都需要经过核心路由器处理，通过在边缘路由器之间建立直达链路，可以减少核心路由器的端口，从而节省设备成本。

多层规划就是把路由器网络和传输网络同时进行规划，这样可以在网络中合理地配置资源，小颗粒业务通过核心路由器调度，利用统计复用提升效率，大颗粒业务在光层直接传送，从而提升整网的效率。通过多层规划工具来实现网络扁平化的部署，比基于经验的方式更准确、更高效，并支持网络的逐步演进。同时，多层规划工具能够有效地支撑整网 ＴＣＯ分析，并通过增量规划简化扩容的复杂度。

由于网络规划有一定的周期，而数据业务具有很强的突发性，因此网络存在动态规划的需求。动态规划需要增加流量检测、多层 ＰＣＥ、Ｂｙｐａｓｓ服务器等，存在大量标准化的工作，还比较遥远。而结合流量检测和网管操作的半自动网络扁平化方式，是一种比较可行的选择。

综上所述，在流量以超摩尔定律增长的情况下，不仅需要提升单节点的能力，而且还要从网络架构的角度优化网络；在扁平化架构的趋势下， ＩＰ和光多层协同规划工具可以指导扁平化网络的部署，提升网络的效率，降低网络成本；而多层协同的保护和运维则大幅提升网络的可靠性和运维的效率，降低运维成本。因此 ＩＰ和光在流量、保护、运维方面的协同，是应对后摩尔时代骨干网流量快速增长的最佳选择。