漫談業務切片與網絡加速

作者簡介:Domi

引言

天下武功,無堅不催,唯快不破。網絡江湖,亦如是。本篇談談網絡江湖的‘快’——網絡加速?!臁汀€’,是網絡江湖永恒不變的兩個話題?!€’,講究的是網絡的可靠性,后續另辟文章詳談。從ASIC、NPU到智能網卡到FPGA,從Linux內核到用戶態DPDK轉發,從軟轉到P4硬件流量卸載,可謂可編程轉發技術演進過程中單純設備個體層面的加速,這里也暫且不表,詳細可參考網絡設備的硬件形態選擇初探,重點聊下整體網絡業務層面的‘快’。

網絡按照傳輸階段大體上可分:接入段,骨干傳輸段,出口段三段,網絡加速涉及每個階段,每階段實施的加速技術各有不同,每種加速方案更需要多個階段聯動協作,這里從傳統網絡入手窺探目前主流加速技術之一二。

圖1.網絡按傳輸階段劃分圖

網絡與業務切片

網絡加速繞不開高價值業務的篩選過濾,也就是切片。

談到網絡切片(Network Slicing),自然而然地會提到5G,網絡切片是3GPP CT中的一個概念,其歷史可以追溯到R13/R14。它作為5G網絡一個最為顯著特征和優點,根本區別于4G網絡,以至于提到網絡切片仿佛就是5G。所謂網絡切片,就是指對網絡數據實行類似于交通管理的分流管理,其本質是將現實存在的物理網絡在邏輯層面上,劃分為多個不同類型的虛擬網絡,依照不同用戶的服務需求,以諸如時延高低、帶寬大小、可靠性強弱等指標來進行劃分,從而應對復雜多變的應用場景。

事實上,網絡切片在5G提出前,甚至切片這種叫法形成之前,就已存在切片技術,只不過沒有如此顯性化,沒有統一、概念化,多通過相對比較固定、靜態化的技術來實現,典型如QoS技術。

基于QoS的角度,將人們使用的豐富多彩的業務應用抽象為4種類型:

1.對延遲和丟包都敏感的業務——會話類業務(Conversational Class):

  • 語音業務
  • 在線游戲

想象下玩王者榮耀時,一個大招過去,卡了一下,結果自己已掛,對游戲玩家來說難以接受。

2.對延遲敏感、丟包率不敏感的業務——流類業務(Streaming Class):

  • 在線視頻

偶爾有點失真可以忍受,不卡頓就行。

3.對丟包率敏感、延遲不太敏感的業務——交互類(Interactive Class):

  • 即時通信

實時性要求不高,晚到一秒問題不大。

5.4.對丟包率敏感、延遲特別不敏感的業務——背景類(Background Class):

  • P2P 下載
  • FTP 傳輸

掛在那下載,干別的去,誰知道什么時候下完。

3GPP中規定的1~9的標準QCI值,分別對應不同的QoS質量要求:

圖2.QCI量化定義表

在4G EPS架構中,為確保不同的業務模型的網絡傳輸質量,在缺省承載基礎上,根據用戶套餐及操作,會分別建立不同的承載,如VoLTE語音通話,CMNET上網等。

圖3.4G EPS多承載模型圖

由于移動通信領域較高的附加值,更昂貴的基礎設施資源,更苛刻的用戶體驗以及更為完善的標準體系,QoS實際在4G EPS中實施較為徹底,落地較多。相對來講,固網寬帶就奔放了許多,對用戶來講,更多的感受只是上下行帶寬多少,盡管很奔放,但帶寬套餐模型何嘗不是切片的一種呢。

提起網絡切片基本專指5G網絡場景下,5G網絡切片提供了端到端完整解決方案。網絡切片相比上述通過QoS等傳統方式進行切片,它提供了更靈活、更徹底、可編程的切片能力,用于支撐復雜多變的業務場景。

網絡切片和業務切片多數場景下是一回事,不同的網絡切片用于承載不同的業務模型,然而業務切片倒不一定非要采用網絡切片技術。類似5G網絡切片方式在傳統網絡中實施幾乎是不可能的,隨著新業務的發展,傳統網絡仍然需要切片,典型如游戲加速、視頻加速、出國加速等,它具備明顯的業務特征,這里我們稱為業務切片更為準確,它并未采用5G顛覆性的網絡切片技術。業務切片的核心關鍵是:對業務的精確識別,借用某廠商的幾句話:

  • 如欲控制核心,必先控制邊緣;
  • 如欲控制邊緣,必先控制應用;
  • 如欲控制應用,必先辨識應用。

業務識別是一把刀的話,那么加速網絡就是砧板上的魚肉,如何切片就一切那么順其自然了。一旦能夠進行業務篩選過濾,便可識別高價值業務并引流至加速網絡,實現網絡加速。

網絡加速

每次網絡重大變革毫無疑問均圍繞加速產生。從電話接入到光纖到戶,從程控交換機到SDN設備,從大哥大到5G,每次變革上網體驗都有飛速提升。網絡技術發展到今天,全球基礎設施已比較完備,已實現全球高速互聯。5G藍圖美好,但商業模式不清,投資回報充滿未知,是要進行大刀闊斧革命式變革?還是手術刀式對癥下藥?

骨干網建設投資甚巨,現網存量業務復雜多樣,牽一發而動全身,吞吐量巨大卻無法基于業務實現定制化、高效、精細化調度。骨干網已全面IP化,具備長期持續演進的基礎,5G的規模落地推廣,和傳統網絡并不沖突,也不會取代傳統網絡,而會加速傳統網絡從奔放的管道模式走向精致的內容切片定制時代。

分別圍繞固網和移動網絡分別闡述下業務切片加速網絡的構建。

固網寬帶加速

眾所周知的寬帶提速是單純的提帶寬,比如100M提升至200M,實際上百兆寬帶日常家用完全足夠,百兆寬帶也基本上全面覆蓋了,國家目前也在推動千兆戰略,這里不談。時至今日,網絡質量拼的并不是粗獷的帶寬,而是每兆帶寬的質量保障。

在家寬場景下,業務切片分流實施的位置有多種,典型如下沉至用戶末端個人家用設備上實施分流。末端分流方案觸角伸至用戶側,具備天然的用戶敏感能力,但對業務的識別能力,用戶能承擔的設備成本或許是末端分流需要突破的關鍵。

圖4.家寬末端分流加速

同樣可將切片分流設施向上集中,旁掛方式部署于寬帶核心設備BRAS或城域核心路由器CR旁。集中式部署,用戶無感知,神不知鬼不覺大幅提升網絡質量,但對分流設備處理能力要求極高,具備大網網元級可靠性。

圖5.家寬集中式分流加速

再談談網絡轉型之下,家寬場景下網絡加速的實施。SDN/NFV趨勢下,家寬網元設備BRAS,OLT等都在向vBRAS,vOLT等轉型。設備一方面虛擬化,一方面CU轉控分離。轉控分離之下,轉發面逐步下沉更低位置,當下沉到一定程度,便可融合CDN,邊緣DC,實現流量就近卸載,根本上解決網絡加速問題。另,業務增值系統VAS(Value-Added Service System)將與BRAS-UP合設或獨立部署,固網全流量業務流經VAS,VAS系統上實施業務切片,并引流至加速網絡,簡直天作之合。

圖6.vBRAS業務模型圖

移動通信加速

一直以來,在移動通信領域,由于其特殊的網絡架構及經驗教訓,提到網絡質量,基本都在關注空口側,都歸結于基站太少,信號不好等。圍繞4G LTE的網絡加速,多通過基站空口側QoS、核心網EPS側建立專有承載等進行方案實施。實際上,4G LTE網絡同樣擁有固網寬帶所具備的網絡質量挑戰,只不過用戶難以感知而存在感不強。
SPGW和BRAS在網絡中所處的位置和作用并無不同,只是業務不同。在4G核心網側采用集中式分流加速方案顯而易見。P-GW終結完GTP報文轉變為IP流量引至分流設備實施網絡加速。

圖7.4G EPS集中式分流加速

4G網絡并不像固網寬帶那樣,有一臺路由器設備下沉到用戶家里承接流量接入。4G網絡中末端分流實施網絡加速,其載體相對來說較少,只能落地至終端手機等設備上。隨著4G向5G過渡,基站eNodeB可旁掛RGW/DGW設備,建立上下文承載后,流量通過RGW/DGW進行就近疏導,而不經過漫長的核心網回傳,大幅提升網絡體驗。

圖8.4G EPS流量本地卸載

當本地機房資源不具備時,可通過RGW/DGW進行分流實現業務加速。

圖9.4G EPS基站側分流加速

4G移動通信網絡實施網絡加速,它的復雜性在于對每個階段網絡質量問題的界定,并不像固網那樣相對扁平化。

當然,末端繼續極化,在用戶如手機、PC等終端設備上實施網絡加速,可撇開固網、移動通信網絡的不同,實現無差異化網絡加速。

加速網絡構建

扯了這么多,加速網絡是整個網絡加速效果內功核心,卻一直沒談如何構建,圖中也是一朵云帶過,先埋個雷,下回分解。

結語

“小李神刀,冠絕天下,出手一刀,例不虛發”,天上地下,從來也沒有人知道他的飛刀在哪里,也沒有人知道是怎么發出來的。刀未出手前,誰也想像不到它的速度和力量。如果說接入段加速是對飛刀的錘煉,骨干傳輸段加速則是氣運飛刀內功的提升,出口段加速則是飛刀出手一剎那對目標的精準把控。飛刀常有,而小李飛刀鮮有,血仍未冷,風云雷動……

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domi 發表于19-09-18
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