数据网络重构与云化演进的探索和实践

屠礼彪，李 彤，郭爱鹏（.中国联通集团网络发展部，北京0003；.中国联通网络技术研究院，北京00048）

1 数据网络现状与业务挑战

1.1 宽带数据网的结构

中国联通宽带数据网的结构从上到下可以分为169骨干网、IP城域网和宽带接入网，它的定位是承载家庭宽带上网、IPTV、VoIP、政企专线等业务。在每个城市有一个独立的IP城域网，IP城域网作为宽带接入网与核心骨干网络之间的桥梁，它的网络层级可分成核心、汇聚以及业务控制层。核心层一般为双节点，可扩展单节点容量；汇聚层是应用于特大型城域网（如北京、天津等），连接核心层和业务控制层；业务控制层主要分为2类设备：BRAS和SR，BRAS设备负责个人用户（HSI/IPTV等）接入控制，配合AAA实现认证和计费，并进行带宽控制；SR设备负责企业用户接入控制，也用于IPTV承载。

典型的宽带数据网的结构架构如图1所示。

现有的宽带数据网中各层级大都采用了专有硬件设备和私有接口，系统封闭且运营复杂，其主要问题为：

图1 宽带数据网的结构

a）网络刚性：网络由大量单一功能的专用设备构成，网络缺乏灵活性。

b）网元封闭：网元采用软硬件一体化的封闭架构，功能扩展性差、价格昂贵。

c）业务烟囱：新业务、新功能的提供需要开发新设备、新协议，造成设备种类和网络数量大且形成纵向业务烟囱，业务难以融合，新业务开发困难，难以满足快速灵活的业务部署需要。

d）运营复杂：存在大量厂家、大量类型各异的专用设备和系统，规划、建设和运维复杂，运营成本居高不下。

1.2 传统数据业务面临的挑战

随着“宽带中国”战略的推行，IPTV、4K等高带宽应用业务的增多，加快了光纤宽带的提升和普及延伸，家庭宽带用户对传统数据业务以及网络服务质量的要求不断提升。

另一方面，随着云计算、大数据以及物联网业务的快速发展，政企用户也提出了更高的要求，但由于目前数据网中存在刚性、网元封闭等问题，很难快速高效地适应这种变化，传统数据业务面临着巨大挑战。

传统数据业务面临的四大挑战。

a）开通周期长：传统政企专线受理、调度和开通过于人工化，多业务分割且依赖半人工半客户经理角色的工单模式，导致专线及传输专线业务开通周期长，部分边远地（市）无资源，建设周期长。从受理到开通以周为单位。

b）业务资费高：省内跨域组网和MV业务，采用传统传输或承载A网，资费高，市场竞争力差。

c）定制能力差：传统城域网专线、传输专线都有固定的业务模板，无法根据政企用户的需求灵活调整。

d）云网不协同：专线和云从业务受理到开通维护都有不同的团队和流程负责，多云部署是业界常态，千人以上大企业85%采用多云方案。

为全面应对传统数据业务所面临的挑战，中国联通近年来一直在大力探索行之有效的解决方案。随着CORD架构的提出，以及SDN、NFV技术的逐步发展和落地，为数据网络的变革与云化带来了新的机遇。同时，云计算技术的大力发展，多云管理方式也越来越成熟可靠，给云网一体的快速交付落地提供了助力。

1.3 政企业务新形态，推动网络云化转型

中国联通在2018年政企新产品发布会上，提出了基于“云”的多个政企产品（见表1），目的就是解决传统业务的诸多问题，打造云网一体的全新架构。

云与网深度融合，相互协同，云在网上，网在云中。云网融合可以帮助运营商“以网促云、以云带网”。最终实现云网一体化的综合服务目标。

2 基于CORD的新型IP城域架构

2.1 新型IP城域架构的主要技术

CORD（Central Office Re-architected as Datacen⁃ter）是网络重构的重要方向。目标主要是希望借助SDN、NFV和云计算技术，实现资源的集约化部署和全局调度，将网络功能软件化并实现软件和硬件解耦，同时还要具备开放、灵活的特点。

SDN技术解决了网络智能控制和能力开放的问题，大大提高资源利用率，实现了按需灵活调度的功能。

NFV是基于通用化的硬件和虚拟化技术，承载多种软件功能。可以屏蔽多种专有硬件设备的专用端口，避免复杂的服务开通流程。NFV的目的是降低成本，提升运营效率，缩短建设周期。

云化是网络重构的基础，为网络虚拟化和业务功能虚拟化提供云资源池基础设施。

在CORD架构下，SDN、NFV结合云计算逐渐成熟的应用成为网络重构的技术驱动力，使得IP城域网逐步向云化方向演进，原有多功能融合承载的网元将被一个个VNF功能模块取代，最终在IP城域网内形成以DC为核心，云化为特征的新型城域网。

2.2 新型IP城域架构的主要特征

网络重构就是将云网协同，整合城域DC资源，构建以边缘DC、区域DC为中心，实现资源统一管理和业务逻辑隔离，打造云网协同的统一IP城域网络架构。

表1 基于“云”的多个政企产品

在网元方面，实现网元的重构化、虚拟化，把传统BNG和CPE等网元进行NFV化，移入DC，实现控制和业务资源池组化，资源弹性按需扩展，同时进行SDN化升级，逐步实现网络服务云化部署。

在业务方面，一是将政企业务重构。首先需要实现云网一体，通过部署云网协同编排器，实现政企业务“云+网”一站式服务能力；其次是实现业务随选，将云计算和各种专线资源结合实现业务随选和网络资源弹性伸缩；最后是多云管理，部署多云管理平台，帮助政企用户实现公有云、私有云、混合云的协同管理。

二是将家宽业务重构。引入转控分离，一控多转，对控制流和业务流量区别处理，降低网络扩容成本；另一方面是将控制面集中，统一城域边缘业务网元的控制面，实现资源统一管理和灵活调整；同时，引入城域业务编排器，实现灵活的业务编排和网络能力开放。

3 IP城域网重构与云化演进的探索

为积极跟踪SDN、NFV及云技术的发展，从2016年开始，中国联通集团公司在部分IP城域网内组织进行了网络重构和云化演进的试点。2016年，集团选取了山东、天津、江苏3省（市）进行试点，初见成效。2017年，试点规模扩张到了8省，以DC为核心调整网络结构，统一城域边缘业务网元的控制面，引入NFV增强网元的灵活性，实现IP网元通用化目标。

主要在vBRAS（山东、安徽等省）、云化端局（河北雄安）、VDC（广东）等方面进行现网技术验证，各地试点均取得了阶段性的成果。

3.1 国内最大规模的vBRAS全业务承载局点

枣庄新型城域网试点利用枣庄联通现有IDC机房的空余机架和链路资源，采用厂商提供的全套NFV系统部署实施，为试点的区县用户提供和现有BRAS一样的全业务能力，从而验证新型城域网架构的业务能力和可靠性。枣庄联通城域网DC拓扑如图2所示。

山东枣庄vBRAS试点方案是目前国内最大规模的vBRAS全业务现网局点的成功案例。2017年11月完成割接，实现宽带用户3万，IPTV业务1.5万，专线200+条。

试点方案采用CORD理念重构城域网边缘节点，提供基于SDN的业务能力平台，NFV云资源池化，实现了全业务承载。创新地采用NFV+交换机两级扁平化架构，打造弹性灵活的业务资源池。IPTV实现了转控分离，优化了IPTV视频流量，大幅降低流量成本，并提供基于MANO的业务编排能力，为今后新业务的引入带来便利。

使用vBRAS作为IPTV视频业务的控制节点，Pool-GW或城域网POP交换机做视频业务的转发节点，实现IPTV视频业务的转控分离，解决大流量视频业务对BRAS的冲击，大幅降低BRAS扩容的成本。

同时，在安全方面，由于vBRAS是基于NFV架构，有别于传统BRAS，试点资源池进行了全面的漏扫和安全加固。在网管方面，枣庄试点已和IP综合网管系统实现了vBRAS网元的对接，省网管已实现监控整个枣庄试点vBRAS资源池的运行情况。在投资方面，原有BRAS设备下电，板卡调拨利旧到其他城域网扩容，确保了前期投资不浪费。

图2 枣庄联通城域网DC拓扑

IP网元通用化大幅降低了CAPEX和OPEX。以山东枣庄IP城域网为例，部署传统BRAS设备14台，设备投资约838万元，年电费消耗约35.74万元。采用vBRAS组网，设备集中部署，需要服务器约15台、交换机2台，设备投资约250万元，年电费消耗约13.58万元。在同等用户规模的情况下，vBRAS的建设成本约为传统BRAS的30%，年运营成本约为传统设备的35%，整体提升网络投资性价比。

3.2 基于VxLAN的VDC网络

广东联通将VxLAN引入城域网和IDC中，率先打造了中国联通最大的一张基于VxLAN技术的VDC网络。目前，广东联通VxLAN专网已初步具备“云+网”统一交付能力，具有跨省份专线入云的快速业务部署能力和跨地域容灾备份能力，实现了RMS业务以及21个地（市）100多家政企用户接入VDC并商用，为云网一体化政企产品的商用提供了可行的解决方案。广东联通VDC网络方案拓扑详见图3。

广东联通的VDC网络方案采用SDN架构，利用虚拟化资源、自动化部署广域网VxLAN隧道、可视化管理等技术手段，加速服务交付，提升广域网性能及可用性，简化运维，降低总体成本。

图3 广东联通VDC网络方案拓扑

2018年通过部署自服务Portal、编排器、CMP平台实现多云纳管，完善“多云+网”的云网一体的用户自服务交付能力，带动专线建设与销售。

3.3 云化端局，网络智能

雄安新区联通在新区对城域网实施了网络架构重构，一期建设了3个核心数据中心，构建新型电信云、业务云综合承载宽带、高清视频等多项业务，并同时通过全面虚拟化实现网络重构，验证基于云化端局的新型IP城域网的可用性。

在SegmentRouting等新技术下，以智能弹性网络增进业务部署的灵活性，大幅提升了城域网的服务能力与运维水平，满足各类信息通信业务在新区的弹性发展需求。

河北联通雄安新区云化端局网络架构详见图4。

图4 河北联通雄安新区云化端局网络架构

截至目前，雄安联通新网络已能为新区家庭、社区与政企客户提供包括全光高速宽带网络快速接入等低时延、高带宽的网络及云服务。达到了简化运维、业务快速开通、网络智能化、可视化、流量灵活调度、全业务承载的能力。

3.4 现网平滑升级到CU分离

合肥联通的新型城域网试点采用原有设备的平滑升级，实现硬件无改变，现网设备利旧，平滑升级到CU分离方案，节省成本，保护投资。

CU分离方案是将转发与控制模块相互独立，控制面部署在VM云资源池，转发面采用现有BRAS，保障转发能力，满足网络高质量要求；同时将资源池云化，整体提升资源利用率。

3.5 网络重构和云化演进的试点带来显著效果

3.5.1 效果1：提升网络竞争力

a）转控分离：对控制流和业务流量区别处理，根据转发设备特性承载不同业务流量，降低网络扩容成本。

b）集中控制：统一城域边缘业务网元的控制面，实现资源统一管理、业务端到端部署和灵活调整。

c）能力开放：引入城域业务编排器，为业务的开发提供开放的API接口。迭代性的软件开发成为今后网络投资的重点。

3.5.2 效果2：提高投资有效性

a）效益改善：IP网元通用化大幅降低了CAPEX和OPEX，整体提升了网络投资性价比。

b）差异服务：基于通用服务器和交换机，更易进行数据分拣和输出，便于大数据、AI等新业务开发。

c）简化运维：集中运维，简化管理，符合互联网化新运营的实践需要。

4 后续演进发展思路

今后，将继续以DC为中心，完善网络与DC布局，推进网络扁平化及流量疏导。在IP城域网及DC出口协同控制，进行流量流向按需优化，提升网络灵活性，降低网络建设成本。推进转控分离、网元虚拟化改造，以及软硬件解耦工作，提升转发面性能指标。并且将继续深入探索业务灵活迁移及均衡承载能力，充分发掘设备潜力，提高网络资源利用率。

中国联通将继续探索和实践网络重构，逐步推进IP城域网的云化演进发展，将以新技术、新网络以及新模式打造全新的数据网络。