如何应对后摩尔时代骨干网的挑战

中国的互联网业务蓬勃发展，网络流量增长迅猛，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，流量增长的速度超过了受摩尔定律限制的路由器的发展速度，骨干网由此进入后摩尔时代... 文/蔡涛 王凯

后摩尔时代的骨干网，面临着巨大的扩容压力，这是运营商面临的第一道坎；骨干网容量扩大后，一旦发生故障，影响会更加广泛，可靠性成为第二道坎；此外，网络不断扩容带来运维的复杂度增加。运营商应该如何迈过这三道坎？

流量激增，扩容压力大

视频等宽带业务的开展，使用户对于互联网带宽的需求持续增长，骨干网容量的压力日益显著。然而，运营商扩容骨干网的投资是一笔不菲的数目。同时，每兆比特的ARPU值不断下降已成为趋势，而一部分互联网应用甚至分流现有电信业务的利润，这让运营商无法有足够的投资动力。

如何减少骨干网的扩容压力呢？提升节点能力、优化网络架构、对网络进行多层协同规划，或许是可行的措施和选择。

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，运营商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。
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（比如湖南）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。

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，业界目前关注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。

以某运营商的骨干网为例。该骨干网由106个节点构成，其中包括20个核心节点，86个汇接节点。假设节点间的波长带宽都是10G，业务矩阵按照每年60%递增速度考虑，随着流量的增加，扁平化建网和层次化建网的成本差越来越大，到第八年时，扁平化建网的成本只有层次化建网的61.62%。通过多层规划工具，原来需要几个月才能完成的规划任务可以在几天内完成。

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。

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。

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6千多个，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。

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挑战的最佳选择。