隨著計算能力以指數(shù)級增長，2011年我們已經(jīng)進入"澤字節(jié)"時代（1ZB=一萬億GB）。高清視頻、云計算、社交網(wǎng)絡、物聯(lián)網(wǎng)、電子商務在改變著我們的生活，不斷的帶來驚喜。持續(xù)的市場發(fā)展為眾多電信運營商帶來了機遇，同時也帶來了前所未有的壓力。許多運營商預計網(wǎng)絡業(yè)務流量年平均增長率將達到50%以上，"數(shù)據(jù)洪水"在摧毀、破壞原有的東西，推動更快的技術變革。

運營商精心打造的"網(wǎng)絡堤壩"--IP骨干網(wǎng)已經(jīng)成為最脆弱的層面：骨干網(wǎng)居高不下的單位比特成本、缺失的安全管控能力、復雜的運維模式成為發(fā)展新業(yè)務、新應用不可逾越的最大障礙。為了改變這種狀態(tài)，避免"被管道化"，運營商也嘗試開始變革。中國電信"骨干雙網(wǎng)差異化運行＋城域雙平面運行"的模式，希望能通過差異化的服務擺脫困境，實現(xiàn)從純管道業(yè)務向高價值互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的轉型。中國移動構建的移動互聯(lián)網(wǎng)"智能管道"希望增加管道業(yè)務能力，做到精細化運營。在幾種不同的承載網(wǎng)絡技術變革探索途徑中，我們可以發(fā)現(xiàn)新型IP骨干網(wǎng)的共通之處，包括：降低比特成本，提高業(yè)務承載能力，構建可管可控可信的網(wǎng)絡(如圖1所示)。

圖1：新型IP 骨干網(wǎng)的關鍵能力

一、超高速以太骨干網(wǎng)

為了滿足網(wǎng)絡流量迅速增長的需求，運營商一直在尋找既可以有效保證業(yè)務提供又能減少單位比特成本的方案。高速以太網(wǎng)就是一種方案。10GE鏈路已經(jīng)在運營商骨干網(wǎng)廣泛部署，在不斷提升高密萬兆端口的同時，如何用更高速的鏈路減少鏈路數(shù)量，克服多鏈路捆綁的局限性，同時簡化路由處理和簡化MPLS部署已經(jīng)成為一種迫切的需求。最直接的網(wǎng)絡擴容方式，是升級端口速率、提高設備容量。

骨干級別路由器一直以來均以不斷提升的整體容量作為立命之本。從每槽位10GE線速到每槽位100GE線速的發(fā)展，遠非表面看到的端口能力提升這么簡單，其中蘊藏著整個路由器硬件架構的變革（如圖2所示）。

圖2 骨干路由器單機性能發(fā)展

CrossBar矩陣架構以集中交換、集中仲裁、靜態(tài)選路為特點，無論芯片技術如何提升，也無法沖破整個架構對其整機性能提升的桎梏,骨干級別路由器則多采用CLOS架構.CLOS交換架構由貝爾實驗室Charles Clos博士在1953年的《無阻塞交換網(wǎng)絡研究》論文中首次提出，后被廣泛應用于TDM網(wǎng)絡。近二十年來包交換網(wǎng)絡的高速發(fā)展，迫切需要超大容量和具備優(yōu)異可擴展性的交換架構，CLOS這個古老而新穎的技術再一次煥發(fā)出旺盛的生命力。CLOS交換架構可以做到嚴格的無阻塞（Non-blocking）、可重構（Re-arrangeable）、可擴展（Scalable），相比傳統(tǒng)的CrossBar架構在突發(fā)流量處理、擁塞避免、遞歸擴展上均有巨大的提升（如圖3所示）。

圖3 CLOS多級交換網(wǎng)架構

針對高速的包交換系統(tǒng)，出現(xiàn)了為CLOS架構而設計的信元動態(tài)路由選路方式。動態(tài)路由關鍵點在于能負荷分擔地均衡利用所有可達路徑，結合信元拆分和重組技術，實現(xiàn)嚴格的無阻塞交換。動態(tài)路由方式另一個突出優(yōu)點，即平滑支持更高速率的網(wǎng)絡端口，比如40GE/100GE。這是因為它可以充分利用所有可用路徑形成一個大的數(shù)據(jù)流通道，比如24條3.125Gbps通道可以支持100GE數(shù)據(jù)流。相反，靜態(tài)路由方式則受限于單條路徑的帶寬，比如基于XAUI接口的Crossbar交換，網(wǎng)絡端口速率最高只能達到10Gbps，無法支持40GE和100GE。通過對整體背板總線和交換網(wǎng)板能力的提升，新一代骨干級別路由器在CLOS架構下更是大放異彩，實現(xiàn)了對100GE接口線速能力的支持。

目前40G POS已經(jīng)開始商用，100G逐漸成為業(yè)界關注的熱點。盡管100GE遲遲沒有完成業(yè)內(nèi)芯片之間的標準統(tǒng)一，國內(nèi)運營商網(wǎng)絡的100G傳輸也還在單廠商試點過程中，但是作為高端骨干級別路由器已經(jīng)發(fā)展到了具備100GE接口線速提供能力的階段。同時，大量使用的萬兆以太接口密度也在新一代骨干路由器上得以規(guī)模提升。在目前運營商網(wǎng)絡上部署的骨干路由器，大多只能提供單槽位4個萬兆的線速能力，為了擴展端口，只能采用昂貴的集群方式實現(xiàn)端口擴展。新一代的骨干路由器單槽位能夠提供的萬兆線速能力已經(jīng)達到了8、16甚至24，更有甚者已經(jīng)提前發(fā)布了48端口萬兆線速的遠期路標。這樣的單機容量已經(jīng)是現(xiàn)網(wǎng)部署的骨干路由器單機容量的2倍、4倍甚至10倍以上。無論從整體性能，還是占機架空間，或者部署復雜度等方面比較，新一代骨干路由器均以明顯優(yōu)勢將現(xiàn)網(wǎng)骨干路由器及其集群遠遠拋在身后。

二、云業(yè)務承載

雖然在骨干網(wǎng)上部署100GE是必由之路，但是這對于運營商構建新型IP骨干網(wǎng)還遠遠不夠，畢竟業(yè)務才是是驅(qū)動帶寬迅速增長的根本原因。業(yè)務數(shù)據(jù)越來越集中，運營商的骨干網(wǎng)流量模型也呈現(xiàn)出"數(shù)據(jù)中心化"的趨勢。

數(shù)據(jù)中心的流量模型與傳統(tǒng)網(wǎng)絡有非常大的區(qū)別，在新型的數(shù)據(jù)中心中，由于資源的虛擬化，以及各類設備之間實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互，大多數(shù)流量停留在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，根據(jù)統(tǒng)計2010年數(shù)據(jù)中心內(nèi)部設備之間的橫向數(shù)據(jù)流量占到總流量70%以上。同樣，城域IP骨干網(wǎng)的流量模型也正在從傳統(tǒng)的"縱向穿透型"向"內(nèi)容分發(fā)型"演變，越來越多的流量會停留在城域網(wǎng)內(nèi)部。IP骨干網(wǎng)將負責資源節(jié)點間全網(wǎng)狀資源分發(fā)的承載，如廣電網(wǎng)絡的視頻分發(fā)網(wǎng)、電信的IPTV CDN分發(fā)網(wǎng)、運營商大容量NAT資源池、AC資源池等（如圖4所示）。

圖4 新型IP骨干網(wǎng)流量模型

城域骨干網(wǎng)"數(shù)據(jù)中心化"不僅帶來流量模型的變化，對業(yè)務模型也提出了新的挑戰(zhàn)。分布式集群、虛擬機跨數(shù)據(jù)中心遷移、應用級容災等業(yè)務需求都要求IP骨干網(wǎng)能夠支持更大范圍的二層網(wǎng)絡互聯(lián)。隨著二層網(wǎng)絡域的擴大，MAC地址泛濫、二層環(huán)路、多路徑選擇等成為必須解決的問題。數(shù)據(jù)中心內(nèi)部的二層域擴展目前通過Trill/SPB/Fabric Path/IRF/VSS等技術解決，而跨城域/跨廣域的二層網(wǎng)絡擴展面臨更加嚴峻的考驗。因為現(xiàn)網(wǎng)部署的路由器大都是通過CPU來實現(xiàn)MAC地址學習、控制平面與轉發(fā)平面的緊耦合關系導致虛擬機遷移時路由頻繁的更新和撤銷，增加了控制平面的負擔和潛在隱患。

跨站點二層網(wǎng)絡互聯(lián)主要有三種方式：裸光纖、MPLS網(wǎng)絡、IP網(wǎng)絡。從資源復用性，調(diào)度能力等因素考慮，目前以MPLS網(wǎng)絡為核心成為業(yè)界主流研究的方向。IETF的MPLS和L2VPN工作組的聯(lián)合主席Loa Andersson談到未來MPLS相關領域的技術方向也表示：L2VPN將主要聚焦在數(shù)據(jù)中心領域的應用。

H3C提出PE路由器MACinMAC+VPLS+IRF2融合方案，解決IP骨干網(wǎng)二層網(wǎng)絡互聯(lián)面臨的種種問題。通過將用戶MAC封裝進入PBB頭內(nèi)部， N-PE不需要學習用戶MAC地址， 只學習U-PE MAC地址，表項可以大規(guī)模減小。采用PBB+VPLS嵌套組網(wǎng)，不同VPN用戶在核心層可以共享PW資源，從而減少網(wǎng)絡的PW連接數(shù)目（如圖5所示）。

圖5 MACinMAC+VPLS融合技術

在骨干級別路由器引入IRF虛擬化技術是H3C的創(chuàng)新之舉，尤其在城域網(wǎng)數(shù)據(jù)中心化的云網(wǎng)絡趨勢面前，虛擬化技術應用在城域范圍，使得無論是城域范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)中心/內(nèi)容中心前端網(wǎng)絡的互聯(lián)，還是提供云服務的服務器之間跨數(shù)據(jù)中心互聯(lián)都開啟了新的一頁。虛擬化技術的使用，使得多臺骨干級別路由器成為一臺邏輯路由器，使得網(wǎng)元大幅度減少，從而使得網(wǎng)絡規(guī)劃復雜度大大降低。尤其在服務器之間跨數(shù)據(jù)中心互聯(lián)應用下，虛擬化技術使得全網(wǎng)狀互聯(lián)的VPLS網(wǎng)絡LDP數(shù)驟減，從而使得網(wǎng)絡規(guī)劃配置更簡單，網(wǎng)元壓力更小，對組播等業(yè)務的支持更好，同時還滿足了網(wǎng)絡高可靠性雙機部署的要求。

三、下一代網(wǎng)絡IPv6

現(xiàn)有的IP骨干網(wǎng)并沒有解決安全性問題，網(wǎng)絡攻擊成本低，防范和追溯的成本高。新一代IP骨干網(wǎng)必須解決網(wǎng)絡的可管可控可信問題，這也是構建"智能管道"的基石。盡管IPv6并不能概括下一代互聯(lián)網(wǎng)的全部，但已經(jīng)形成了一個完整成熟的標準體系，能夠有效提升網(wǎng)絡的可控可管可擴可信能力。由于IPv4地址的短缺和物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務的驅(qū)動，IPv6的建設速度明顯提速。到2013年年底前，我國將開展國際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第6版（IPv6）網(wǎng)絡小規(guī)模商用試點，形成成熟的商業(yè)模式和技術演進路線；2014年至2015年，開展大規(guī)模部署和商用，實現(xiàn)國際互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第4版與第6版主流業(yè)務互通。

IPv6的演進方向已經(jīng)確定，但整個產(chǎn)業(yè)鏈的成熟需要用戶終端、運營商、ISP內(nèi)容提供商的合作推進，可以預見演進過程不會一蹴而就。為了解決IPv4地址已經(jīng)耗盡，而IPv6尚未準備就緒的矛盾，在IPv6過渡期內(nèi)引入運營商級大容量NAT方案，延長IPv4的使用期限，保證業(yè)務的平滑過渡，為IPv6的部署爭取時間成為IP骨干網(wǎng)向下一代網(wǎng)絡演進的必經(jīng)階段。傳統(tǒng)NAT技術在政企客戶/集團客戶中大量使用，但是當網(wǎng)絡規(guī)模擴大至運營級時，網(wǎng)絡建設的關鍵點便集中在大容量、高可靠、用戶溯源、與現(xiàn)有城域網(wǎng)的結合等多方面。

圖6 大容量NAT部署模式

如圖6所示，在運營商城域骨干網(wǎng)部署大容量NAT有多種方式：集中式、分布式、混合式。集中式是指在城域網(wǎng)骨干核心層（CR）位置旁掛大規(guī)模NAT設備（LSN）。分布式是指在城域網(wǎng)骨干邊緣層（SR/BRAS）位置旁掛大規(guī)模NAT設備（LSN）。混合式是上述兩種部署模式的折中。

大容量NAT444是一種提高IPv4資源利用率的手段，但始終存在效率低、穩(wěn)定性差、管理復雜、溯源困難等問題；而且NAT的大量使用造成諸多應用的限制。為了滿足長期的發(fā)展，必須向IPv6演進（如圖6所示）。

圖7 NAT444雙棧演進方案

NAT444可以實現(xiàn)向IPv6的平滑演進。演進路徑為NAT444'雙棧+NAT444'純IPv6。其中NAT444+雙棧的階段會持續(xù)較長的一段時間，最終實現(xiàn)純IPv6網(wǎng)絡升級。

新一代IP骨干網(wǎng)將擔當起三網(wǎng)融合的任務，為多種業(yè)務提供支撐的平臺。相信新一輪的技術變革將重塑一個堅強智能的IP骨干網(wǎng)。