2023云网一体信息基础设施-IP网络3.0技术白皮书

云网一体信息基础设施 ——IP网络3.0技术白皮书 （2023版） 中国电信股份有限公司研究院 2023年8月 版权声明 本白皮书版权属于中国电信股份有限公司研究院及其合作单位所有并受法律保护，任何个人或组织在转载、摘编或以其他方式引用 本白皮书中的文字、数据、图片或者观点时，应注明“来源：中国电 信股份有限公司研究院等”。否则将违反中国有关知识产权的相关法律和法规，对此中国电信股份有限公司研究院有权追究侵权者的相关 法律责任。 I 前言 随着我国进入数字经济时代，以IP网络为底座进行全业务承载的模式得到飞速发展。除了运营商传统消费互联网业务外，基于IP网络的云网融合数字基础设施正在构建新型工业化底座，成为驱动运营商新业务发展和促进产业信息化的重要手段。 产业应用对IP承载质量有着明确的要求，需要确定性的服务保障，传统IP尽力而为的承载服务难以满足产业应用需求。为解决新型工业化和工业互联网等对广域网高速稳定连接的需求，中国电信首创IP网络3.0体系架构，突破了业务连接与网络连接资源无法动态适配的问题，面向工业互联网提供了跨广域网的确定性服务底座，助力国家东数西算战略实施，解决工业各大场景的跨广域网、随呼随用、秒级开通等海量数据传输需求。 本白皮书包括“IP网络3.0体系架构白皮书”和“中国电信IP确定性切片技术白皮书”两个子册。其中“IP网络3.0体系架构白皮书”重点介绍了通过在IP承载层上叠加IP业务核心层，使IP网络具备业务感知、业务连接、资源匹配和连接管控能力，内生解决了IP网络业务/应用Underlay+Overlay协同的确定性承载，开创了基于用户体验和应用感知的新型业务和精细化网络运营模式。“中国电信IP确定性切片技术白皮书”重点介绍了中国电信创新性提出的IP确定性切片技术，作为IP网络3.0确定性服务的关键技术之一，为不同客户提供租户级的专用小切片通道，端到端保障该客户的承载服务质量。 云网一体信息基础设施 ——IP网络3.0技术白皮书 子册1：IP网络3.0体系架构白皮书 中国电信股份有限公司研究院 2023年8月 编写说明 主要编写单位： 中国电信股份有限公司研究院 参与单位：（排序不分先后） 华为技术有限公司、新华三技术有限公司、中兴通讯股份有限公 司 主要编写人员：（排序不分先后） 梁洁、陆立、邹洁、胡芳龙、梁筱斌、肖慧、马培勇、吕和凯、黄卓君、卢泉、庄一嵘、黄灿灿、谭振林、潘庆、傅铭江、渠文宽、扶奉超、陈麒、张慧月、陈戈 前言 随着数字经济时代的来临，传统网络正在向全IP化发展。IP网络正处在从消费互联网连接底座快速发展成产业互联网连接底座的阶段，未来将面临来自新行业、新需求的挑战，包括： 1.“分层解耦、无连接”的IP网络不能满足确定性承载需求； 2.“三重绑定”的IP网络难以应对云计算、AI应用服务挑战； 3.运营商IP网络建设“增量不增收”，网络发展难以持续。 究其原因，在于现有IP网络仅定位为IP承载网，而不是可精细化运营的业务网，只管控网络资源，没有管控业务/应用连接，因此无法感知业务承载需求，并对业务所需网络承载资源进行精准匹配，保障确定性承载，也无法支撑运营商对网络进行精细化运营和业务模式创新。 为在无连接的IP网络上解决上述问题，本白皮书提出新的IP网络3.0体系架构——IP业务网，通过在现有IP承载层上叠加IP业务核心层，使IP网络具备业务感知、业务连接、资源匹配和连接管控能力，内生解决了IP网络业务/应用Underlay+Overlay协同的确定性承载，又开创了基于用户体验和应用感知的新型业务和精细化网络运营模式。 本白皮书首先分析了IP网络业务承载新需求和面临挑战，其次介绍了IP网络代际演进和发展愿景，然后提出了IP网络3.0（即IP业务网）总体架构、功能模块和多平面组网设计，网元、连接管控、 确定性服务和内生安全关键技术能力，最后给出了典型业务场景，并发出了产业共同发展新一代IP网络体系架构的倡议。 目前IP网络3.0演进尚处于起步阶段。本白皮书旨在推动运营商、技术公司、供应商、服务提供商、学术界、标准机构和论坛组织之间的跨企业战略合作，推进IP网络3.0的创新研究、技术攻关和应用落地；并通过基于IP网络3.0上业务的规模应用，实现IP网络演进变革，推动各行业朝着信息化、数字化、网络化和智能化的方向升级。 目录 1数字经济网络新需求1 1.1IP网络成为全业务承载底座1 1.2产业应用需要确定性服务保障3 1.3云计算需要网络弹性化、服务化4 1.4一体化供给需要跨域协同5 2IP网络3.0演进和愿景6 2.1IP网络未来面临的挑战7 2.2运营商网络变革驱动力11 2.3IP网络发展代际演进15 2.4IP网络3.0（IP业务网）发展愿景18 3IP业务网设计理念和架构20 3.1IP业务网核心设计理念20 3.2IP业务网总体架构设计21 3.3IP业务网功能模块设计23 3.4IP业务网多平面组网设计25 4IP业务网关键技术能力27 4.1网元关键技术能力27 4.2连接管控关键技术能力29 4.3确定性服务关键技术能力33 4.4内生安全关键技术能力36 5典型业务场景39 5.1XR云游戏加速40 5.2极速组网41 5.3超算快线42 5.4不间断直播44 6产业发展倡议45 附录A：术语与缩略语47 参考文献48 1数字经济网络新需求 2022年中国数字经济规模超过50万亿元，占GDP比重超过40%，预计到“十四五”末期数字经济将成为中国经济“半壁江山”和主要增长点。现代信息网络和智能算法、数据资源是数字经济发展的三个基础要素。信息网络与经济社会的深度融合发展，带来了很多新增的、专业化的网络承载需求。如何更好的建设完善以IP网络为主体的现代信息网络，满足产业互联网发展新需求，是建设数字中国，实现数字经济发展的重要基础。 1.1IP网络成为全业务承载底座 今天，传统网络的IP化，已经成为全社会未来10年行业数字化转型、智能化发展的重要基础。过去，IP技术创新主要面向消费互联网场景，没有过多关注垂直行业。但随着面向产业数字化场景的IP技术创新开始发力，投资力度大，网络性能高，能力更灵活的IP网络正在不断拓展其可靠性、实时性和可维护性，促进了包括电信网络，广电媒资网络，以及工业网络等各行各业网络联接全IP化的快速发展。 电信网络从2005年开始，经历了“接口IP化、内核IP化、架构IP化、业务IP化”四个阶段，逐步走向全IP架构。当前，家庭宽带的FTTH网络和移动宽带的5G网络已经完全IP化，网络带宽大 幅提升，网络能力快速丰富，为后续运营商网络拥抱云计算、人工智能等新技术打下了良好基础。 视频制播行业在进入超高清时代后，原有的SDI技术已难以为续。以建设一套支持2000路4K超高清电视信号的制播系统为例，采用传统SDI技术，制播矩阵需要32个机柜；而改用IP技术新架构，只需要2个机柜，减少了16倍。未来随着8K、VR等更高分辨率和带宽需求的视频业务发展，视频制播行业全面IP化是必然。 在工业互联网场景，“连接IP化”是智能制造发展前提。用统一的IP协议打通数据孤岛，实现数据在现场、边缘、云端无缝流转，按需部署算力，将加速工业数字孪生、AI机器视觉等新技术、新装备的普及。目前，传统工业以太/现场总线协议（如EtherNet/IP、Modbus /TCP等）也开始逐渐支持IP化，加上新兴的工业PON系统，TSN等技术发展，预计到2030年工业网络联接IP化比例将提升到70%以上。 图1工业互联网业务IP化占比发展趋势 综上所述，随着数字经济时代的来临，IP网络正处在从消费互联网连接底座快速发展成产业互联网连接底座的阶段，未来必然面临来自新行业、新需求的挑战。 1.2产业应用需要确定性服务保障 作为产业互联网连接底座，IP网承载业务正逐步从信息获取型业务变成数字经济时代的产业应用，不同于传统消费者业务尽力而为的承载需求，这些产业应用对IP网有着各不相同的确定性承载需求。比如在远程医疗、远程教育、远程工业现场中正逐步得到应用的AR/VR、全息通信等，为获得用户与真实世界/虚拟物体实时交互、实时同步、精确校准的效果，需要越来越苛刻的确定性大带宽、低延时连接来满足用户沉浸式体验提升的需求。 面向未来智慧工厂、智能电网、远程手术等实时远程控制场景的工业互联网应用，为实现控制信息精确可靠地到达作业终端，则需要端到端确定性时延、确定性抖动连接来满足实时交互控制的需求，同时网络还要提供99.999%的可靠性。 需要算力和网络协同的场景，比如VR云游戏、超算中心间科学大数据传输或者AI大模型训练，既需要灵活调度算力完成渲染或AI计算，又需要泛在的确定性网络，提供超低时延、超高带宽、超高稳定吞吐率的网络连接，充分利用分布式算力，满足未来智能化应用需求。 表1各种新业务的典型性能需求指标 这些都需要未来的IP网络能够感知业务连接，根据业务的承载需求进行确定性的承载资源匹配和保障。 1.3云计算需要网络弹性化、服务化 云计算的出现，改变了IT服务提供商提供服务的模式，从原来售卖硬件、软件的模式，变为IaaS、PaaS、SaaS等全新服务模式。而云原生作为下一代云计算关键技术，使得应用可以通过云原生架构接入任何合适的资源而无需考虑底层资源的差异性和分布性，从而被越来越多的企业用户所接受。网络需要同步演进，通过构筑敏捷、安全、开放、弹性、灵活的云原生网络，更好的支持应用创新。 另一方面，企业上云需求也日益复杂。Flexera发布的2023年云计算产业报告显示，87%的企业采纳了多云部署战略；根据RightScale公司的统计，平均一个企业（北美地区）会使用6个不同云服务商的云服务。 Hybridcloud 基于对全球750名云计算决策者和用户的调查 7% 9% 19% 37% 多公有云&多私有云 多公有云&单私有云 单公有云&多私有云 单公有云&单私有云 图2全球云业务类型分布 无论是企业上多云，还是云原生SaaS服务，都对传统的专线模式带来很大的挑战。传统专线固定的带宽、固定的路径无法满足企业上云业务弹性的需求，需要转变为更加敏捷的网络即服务（NaaS）或连接+服务（CaaS，按照TMF的定义，指能够满足不同应用和用户的特殊需求提供的连接/IP解决方案，又称连接+业务）方式，通过客户自助式、按需、可视化服务供给的方式，向云端服务提供，满足应用服务需要的弹性、高质量、可协同的应用数据承载。 1.4一体化供给需要跨域协同 不同于传统接入型互联网业务尽力而为的承载需求，产业互联网应用往往都属于连接+业务（CaaS）。连接+业务既有明确的连接目标（云上应用、算力资源、视频对象等），同时在性能、安全可靠等方面有特定要求，需要通过网络及云资源分配调度、二三层VPN连接、确定性转发等技术，为用户业务形成相对封闭的端到端连接型网络，一体化供给满足应用的服务需求。这往往就涉及到应用、云、网、端等多种异构资源的跨域协同。 当前网络架构下，云、网、边、端体系相对独立，应用、算力、网络资源各自独立规划和治理，一方面业务与网络，网络与网络处于相对割裂状态，缺少手段整合跨域基础设施为用户提供一致性的服务，导致绝大多数业务只能按照“尽力而为”的模式运行；另一方面，云网、算网不能协同调度，无法深度融合，也无法满足全局资源的最优化利用。 IP网络作为联接和整合算力、云、终端、应用等各种资源的交通枢纽，需要支持将多类型网络、异构算力、多云、多服务统一抽象成一个标识体系进行寻址和服务，从而让用户能够跨资源提供方（如电信运营商、云服务商）灵活使用各类资源，对同一业务提供统一的质量保障（带宽/时延/安全性等）。 2IP网络3.0演进和愿景 回顾IP网络发展史，互联网的强大外延发展需求和电信运营商的高效商业运营需求，一直是驱动IP网络技术创新和发展演进的“两架马车”。蓬勃发展的互联网应用需求，推动了IP网络快速发展成为