构建新一代互联网基础设施

网络
中国电信北京研究院过去十年,互联网的发展颠覆了世界的方方面面。基于IP网络的各种业务和应用迅速改造了金融、商务、物流……

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中国电信北京研究院过去十年,互联网的发展颠覆了世界的方方面面。基于IP网络的各种业务和应用迅速改造了金融、商务、物流……社会各行业都加速架构在移动网和互联网之上,而产业互联网大潮的到来,更使互联网下沉为各行各业都能调用的基础设施。

面对互联网成为共用基础设施的趋势,传统的基础网络正在面临严峻挑战。现有的网络因其设计复杂、开放性不足、调整效率低等原因,已经无法适应下一代互联网对基础网络设施提出的更简单、更开放、更灵活、更广泛的要求,亟待认真思考和重新审视,构建适应万物互联、智能化社会的新一代的互联网基础设施。

现有基础网络已无法满足新一代互联网需求

 

 

基础网络设施的业务运营主体正在发生变化

尽管目前基础网络设施仍然由运营商所搭建,但是运营商已经不能控制业务发展,更加无法左右业务所带来的流量以及这些流量的整体分布。换句话说,互联网企业已经成为基础网络设施之上业务和流量的事实主导者。2013年8月,Google宕机5分钟,使得全球互联网整体流量大跌40%,而在几分钟后,Google服务全线恢复,全球流量又暴涨了50%。互联网企业所提供的服务对流量的影响已经展示了这种控制权的变化,而这种控制权的转移也意味着通信产业价值链的转移——在过去的价值链分配中,运营商处于价值链的顶端,拥有产业链的绝对话语权,但是在移动互联网时代,运营商被管道化和边缘化,价值重新分配,互联网企业正在成为价值链的主要部分。

新的价值链主导者有着和传统电信运营商不同的特征。互联网讲究快速创新,更愿意通过与产业链上下游开放合作的方式,快速提供整合的业务方案来保持创新的速度。Google每个季度必须投放10到12个新服务,“尽早投放、经常投放、尽快投放”是Google的口号,也是他们保持增长曲线的秘诀。这种为了创新、不断试错的发展方式,使得互联网业务与传统业务相比具有极大的不可预测性——常常会有一个业务突然爆发,拥有大量的用户,形成巨大的流量和入口,但也可能快速湮灭在互联网新业务的大潮中。

互联网对基础网络设施提出新需求

互联网企业特别是移动互联网的发展对基础网络设施提出了新需求。就目前来看,这些需求可以分为四个方面:

——更简单。2013年美国的云通讯公司Twilio营收5000万美元,估值5亿美元。这家公司所提供的服务可以简单地比喻为“打包运营商”。他们给所有应用程序开发者提供API(应用程序编程接口), 让应用程序开发者仅加入几行代码就能够在其应用程序中添加语音电话和短信功能。Twilio的发展显示了互联网企业的强烈需求:需要能够方便地将网络功能元素与其他功能要素进行组合,从而产生多种新的不同功能、不同性能的系列产品,并最终形成更为优秀的产品形态,这就需要基础网络功能简单易用、界面友好。

——更开放。互联网公司业务设计方式已经从“以用户为中心” 开始向“用户参与式”转变, 通过用户深度地参与业务设计,更快更准确地把控和满足用户需求。因此,互联网企业希望网络更加开放,更简单地实现调用和配置,也能更方便地通过产业链上下游的合作来完成拼图,构建整个系统。Facebook在2013年建立internet.org并主动加入了GSMA,通过这些组织,Facebook可以增强与运营商的沟通,并联合各国运营商以及多家终端厂商形成合作联盟,最大程度地扩展协作,形成更好的服务体系。

——更灵活。互联网业务快速迭代,要求网络必须具备快速灵活的拓展架构,方便配合其业务变化的现实需求。Amazon的AWS服务就更好地满足了自身对网络与流量的灵活扩展需求。在打折季时需要极高流量,而平时流量变化则不明显。通过云技术,Amazon实现了对网络、存储能力的灵活扩展、动态调度, 进而提高了资源的使用效率。目前Amazon服务可以在保持原系统可用性基础上,独立地进行扩展操作,不需要大规模的重新配置就可以快速推出新服务。

——更广泛。产业互联网将带来工作方式和环境的全新变化。人们可以通过虚拟的、移动的方式开展工作,这就需要将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS(Cyber-Physical Systems)形成一个纵横交错的智能网络,使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够实现横向、纵向和端对端的高度互联与集成,让物理设备具有计算、通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能,从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的深度融合。#p#

基础网络设施及其运营者面临巨大挑战

互联网已经成为第四次工业革命的核心推动力,伴随着这次工业革命的发展,人类生活的方方面面都在发生改变,互联网将逐步主导通信产业,传统的电信基础设施将面临巨大挑战:

挑战一:

网络功能设计复杂,耦合度高,可扩展性差

现有架构设计过于复杂,进而导致难以快速升级和优化。传统的电信网络与业务是紧耦合,更多考虑标准化、稳定性和安全性。一方面,为了保障业务的不宕机,网络在设计之初就按5个9的标准要求建设,设计的网元和接口众多,整个网络很“重”。 以IMS系统为例,主要网元和功能实体达到20个左右,之间设计的流程和接口则更多。另一方面,系统中存在大量不常用功能。以语音业务为例,95%以上的功能普通用户既没用过,也没听说过。另外,网络设计为一个封闭的系统,一般先设计规范和标准,然后再进行设备开发测试,很少基于成熟的开源系统设计,一个完整的周期一般需要5年以上,即使部分功能的优化和升级也需要以年计的时间才能完成。设备、网络和业务在设计和建设时已经紧紧捆绑在一起,缺乏灵活的应变和调整能力。这为后续的重新调整和开发带来巨大的工作量,导致升级困难和迭代周期长。

挑战二:

缺乏集约运营和统一管理

运营商从历史上一直是按省、市、县层层划分的“城邦”体制,业务和网络都是属地化运营为主,骨干网由省公司和集团公司运营,城域网由本地网运营。各省的“被动割据”造成网络如一盘散沙,运营商的核心资源划成了一个个相对封闭的单元,也让各省网络的质量、管理水平、运维能力、开放性、技术路径各不相同,大大降低了基础网络设施的集约性和统一性。这种分割还造成了网络分段管理,业务开通和响应周期长,缺乏提供端到端的服务质量保障和完整解决方案的能力。互联网最重要的就是“无边界运营”,网络资源作为其中重要的承载基础,如果不能形成全国一张网、一盘棋,做不到统一、集约、快速的调度,显然对互联网企业的吸引力和对提升互联网业务的良好体验都将大打折扣。

挑战三:

开放性和分离性不足,

缺乏产品化和服务化能力

传统电信基础设施从设计到建设都是以“从内向外”提供能力为出发点,都是基于现有网络能力体系结构、业务提供方式进行平台的架构设计,典型的“我有什么你用什么”的思路。

另外,现有的网络设施强调整体性,功能分离性不足,缺乏模块化和开放性设计,难以灵活组合。部分网络能力还缺乏标准化的能力调用接口,用户使用时需要适应不同提供商、不同提供方式和接口。

最后,网络设施的设计主要面向前向用户,较少考虑面向后向用户的使用要求。由于互联网服务模式的改变,突显了基础网络能力的服务化、产品化程度不够。例如多种对时延、丢包等质量指标要求不同的业务混在一起承载,导致高质量要求的业务得不到差异化保障。这在语音、短信为主的时代也许不是问题,然而在强调互联网业务体验的今天,显然是无法满足需要的。

挑战四:

网络设施动态调整的能力不足

由于网络流量突发性越来越突出,忙时和闲时的流量差别变大, 数据中心的流量与运营商网络的流量时时充满变数,没有明显的规律,开发能够“随机应变”的网络就提上了议事日程。雅典信息技术学院研发中心的 Iaonnis Tomkus 指出:现在的峰均流量比为 6.5:1, 而 15 年前则为 2.5:1,而且不同方向和设备上的负载并不均衡,现有基础网络设施缺乏对这种流量突变的适应性,网络总体利用率不高。

只有有效引导流量才能提高网络利用效率,这就需要网络设施能够识别流量的流向和区分不同流量的服务质量要求。现在一方面应用种类繁多,较大的应用一般采取分布式部署,流量流向复杂;另一方面互联网公司大量采用CDN技术,流量流向与用户兴趣点变化密切相关,而这部分网络策略运营商往往并不知晓。现有基础网络设施既不能有效引导流量,平衡设备和网络的利用效率,也不具备根据流量变化的灵活调整能力,很难保障突发事件或热点事件营销时互联网企业对网络的需求。

新一代互联网基础设施的架构和内涵

 

 

随着互联网成为推动全社会产业再造和转型的重要力量,其基础设施不仅仅是网络,而是“网络+云资源+公共平台”的综合体,提供的服务也不限于通信传输,而是实现人、机、物泛在互联,提供“资源+通信+信息应用”的综合服务。基础网络也不再是以传统硬件为主、设备种类繁多的电信网络,而是软件化集约控制、设备通用化和标准化的智能网络。新一代互联网基础设施提供商不再限于电信运营商,还包括互联网企业和大型企业集团。

如下图所示,新一代互联网基础设施不仅提供端到端的连接功能,而且其计算、控制和感知功能大大增强,将提供宽带和泛在的网络连接、智能化的运营、平台化的网络云服务(即一体化的“网络+云资源+公共平台”服务)。#p#

宽带和泛在连接是新一代互联网基础设施的基础

宽带和泛在的网络连接将促使新一代互联网上各种应用/服务的广泛普及和易于获取,也是新一代互联网基础设施的基础。

宽带化主要体现在两个方面:一是4G/5G等移动宽带与光宽带的部署和普及,提供超高速宽带服务;二是网络承载的高清语音、视频与富媒体等宽带内容占比高,不再是简单的语音和短信业务。超高速宽带网络为云服务的应用和普及提供了基础,4G/5G或者FTTH的宽带网络为“云”和“端”之间的通信提供保障;云数据中心的跨域部署与灵活调度需要骨干网络的提速和更广泛的覆盖。

泛在化也体现在两个方面:一是越来越多的终端设备接入网络,如智能家居、可穿戴设备、工业智能机器人、传感器等,无线、有线能更好地协同以提供无所不在的连接;二是泛在连接的不仅仅是人与人、人与机器、机器与机器之间的通信,还包括应用与内容,表现为通过门户、搜索、超级App、Web链接、语音入口等获取各种具体的应用与内容以及应用内容之间的交叉连接。

智能化运营是新一代互联网基础设施的核心突破

新一代互联网基础设施的智能化运营主要体现在以下四个方面:一是软件定义的网络;二是云资源的智能调度;三是生态化的演进;四是大数据的深度应用。

——软件定义的网络

摩尔定律引发的IT计算能力指数级的提升、器件的微型化和高密度集成发展为网络设备融入了更多计算、存储功能,降低了对硬件的要求并逐步实现硬件的通用化和标准化,减少了网络设备的种类和数量。

网络设备的IT化发展促使网络控制功能与转发功能分离,控制功能由逻辑集中的软件系统来完成,通过软件定义策略和配置来改变网络的属性和能力,大大增强网络的智能性和灵活性,从而可以将现有分段管理、分域运营模式逐步演进为集中化运营方式,实现一个“轻量级、易调度、可重构、随需而变”的网络。整个网络如同业务平台,能够集约运营管理、能力开放共享、软件模块升级、资源可视化和产品化,从某种角度讲,网络即平台。

——云资源的智能调度

云计算作为新兴的IT技术与交付方式,为各种业务/应用提供集约、虚拟化、可管可控的计算和存储资源,改变了网络流量模型,是新一代互联网基础设施的流量超级出入口。云资源池包括IDC内部、IDC之间和IDC 跨域的高速网络互连,未来将提供跨地区、多数据中心统一协作的资源池服务。根据业务及用户需求实现动态分配、迁移等智能调度,高效地支持业务/应用的弹性扩展和就近服务。

——生态化的演进

新一代互联网基础设施会更加强调客户的参与,不断从客户、应用中得到反馈去循环改进。它不再是一个事先确定好的、标准的、封闭的体系,而是由电信运营商、互联网公司和厂商、客户等共同参与完成,不断优化的学习型服务设施。它会根据互联网业务“随需而配,随需而建”,在适应业务过程中不断完善和动态沉浮。新一代互联网基础设施成功的关键是聚集上下游合作伙伴与用户形成有人气的生态系统,并面向客户和业务快速迭代,实现开发运营服务一体化发展。

——大数据的深度应用

基于云计算的大数据平台将网络、终端和应用等平台产生的数据进行汇聚分析,可推断、感知和预测未来,促使智能决策应用迎来突破。对于普通消费者,既生活在消费互联网世界,也生活在产业互联网、服务互联网的世界,还生活在现实物理世界,大数据是打通这些“世界”的桥梁。新一代互联网基础设施是一个生态系统,大数据则是这个生态系统的神经细胞。

平台化的网络云服务是新一代互联网基础设施的突出特征

目前互联网基础设施中网络、云资源、公共平台三部分是分开运营的,而在新一代互联网基础设施架构下,不同服务提供主体和各部分之间将呈现协同开放、合作共赢的局面。平台化的网络云服务为上层消费互联网/产业互联网等提供完整的应用生态服务,包括通信联接、应用托管、网络资源调度、应用分发、公共能力、运营分析等,并形成“前向+后向”的经营模式,跨专业协同、跨行业合作将成为常态。以智能CDN为例,未来的智能CDN平台节点能根据业务热点预测、用户分布拓扑进行内容的智能推送,并下沉至网络边缘(如基站、网关等)就近为用户服务,而网络为CDN节点动态地调整带宽资源,云资源池根据CDN节点的业务迁移而动态迁移计算、存储等虚拟服务资源。

随着互联网的全面普及和网络泛在化、智能化的趋势,网络安全、应用安全和信息安全面临新威胁和新挑战。新一代互联网基础设施通过网络、云资源、公共平台的协作互动,通过用户虚拟身份和真实身份(包括地址、位置)的交叉认证、IP VPN或专用传输网的物理通路隔离、数字签名等措施,可以在一定程度上解决互联网安全需求。但长期来看,还应加强自主产权的核心芯片、操作系统、加密算法等在新一代互联网基础设施中的应用。

网络的宽带连接、QoS、安全、大数据等能力通过公共平台形成能力产品,并与业务结合,对最终用户提供可感知的体验服务(QoE,Quality of Experience)。过去服务质量QoS主要是强调网络连接的分级保障,而在新一代互联网基础设施中,更强调用户QoE。用户体验包含网络连接的分级、云资源池的处理分级、用户服务体验等,这需要业务与网络之间实时互动、动态调配资源并一体化协作。

上世纪末提出的“信息高速公路”更多地强调人与人的通信联接、计算机的通信联接能力,核心是不受限制的宽带网络联接。而新一代互联网基础设施将以互联网化应用为核心,更强调以人为本和以应用为本,提供“资源+通信+信息应用”的综合服务。面对新一代互联网基础设施带来的机遇和挑战,所有参与方应当勇于改变、积极参与,以更加开放和整体的思维加快构建新一代互联网基础设施,迎接“联接一切、感知一切”的智慧科技新时代。

责任编辑:林琳 来源: 中国信息产业网-人民邮电报
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