面问云网融合的智融标识网络体系与技术白皮书

面向云网融合的智融标识网络体系与技术白皮书 中国电信股份有限公司研究院北京交通大学 2024年8月 前言 云网融合是新型数字信息基础设施的重要底座，代表了信息产业发展的未来方向，是贯彻国家“网络强国”发展战略的核心支撑。其所具备的异构网络资源一体化供给、一体化运营和一体化服务核心特征，突破了现有互联网“静态、僵化”的原始设计局限，强化了新型网络基础设施在体系架构层面的简洁、开放、集约设计理念，明确了未来互联网可持续融合发展的核心要义和前进方向。 为推动云网融合的技术发展与应用落地，中国电信研究院联合北京交通大学开展了新型网络理论与技术的创新研究工作，首次提出了“面向云网融合的智融标识网络体系”，攻克了新型网络环境下的多维标识、资源适配、协同传输等基础性技术难题，基于中国电信云网融合大科创装置构建了业内首个智融标识网络系统，成功验证了跨广域融合传输、确定性组网、算网协同调度等新质网络能力的特性与优势，为云网融合的建设提供了原创性的研究思路与技术储备。 本白皮全面阐述了“面向云网融合的智融标识网络体系与技术”，既包含对云网融合的愿景需求和技术分析，也涵盖了新型智融标识网络技术对云网融合理念的赋能与升华。希望本白皮书关于云网融合与新型网络技术在协同演进方面的探讨，为相关行业与产业发展起到抛砖引玉的作用，为我国新型网络基础设施建设提供参考，共同推动互网络信息产业的可持续演进发展。 目录 一、云网融合愿景及对网络需求分析1 1.1云网融合能力愿景1 1.2云网融合特色发展方向2 1.2.1提供新业务：算网资源一体化服务2 1.2.2构建新网络：深度全定制化的云原生网络3 1.2.3支持新计算：基于数据处理单元组网的新型云计算4 1.2.4服务新管控：实现资源一体化管控的云网操作系统4 1.3云网融合对网络需求分析5 二、传统互联网体系与技术差距分析7 2.1体系结构差距分析7 2.2标识技术体系差距分析7 2.3服务质量保障差距分析8 2.4资源适配差距分析8 2.5服务编排差距分析8 三、智慧融合标识网络体系架构能力10 四、智慧融合标识网络体系关键技术13 4.1多维标识融合技术14 4.2动态资源弹性适配技术18 4.3异构资源智慧协同技术23 4.4云网深度融合部署技术26 五、智慧融合标识网络技术试验案例31 5.1基于标识映射的异构网络融合高可靠协同传输技术32 5.2面向业网协同的智融标识网络确定性按需组网技术35 5.3面向算网协同的算力服务标识寻址路由技术38 六、总结与展望41 一、云网融合愿景及对网络需求分析 1.1云网融合能力愿景 云网融合是新型数字信息基础设施的重要底座，代表了信息产业发展的未来方向。作为网络、云、算力设施之间的粘合剂，云网融合旨在构建基于计算、存储、网络、通信、数字等深度融合的一体化供给、一体化运营、一体化服务网络系统，强调了新型网络基础设施在体系架构层面的简洁、开放、集约设计理念，倡导了未来互联网可持续融合发展的核心要义，是支撑我国“网络强国”战略的重要基础。 云网融合代表了新时代互联网技术的新发展理念：在长期不断演进的过程中，通过持续地吸纳新型的通信、网络、计算等技术，实施虚拟化、云化、服务器等的融合创新与变革，将具有不同特征与不同路径的信息技术相互渗透、相互影响，最终创造出更加灵活、智能、高效的计算和通信环境。 中国电信在2020年发布了《云网融合2030技术白皮书》，提出了云网融合的“网随云动”、“网络云化”、“云数联动”三大核心需求，构筑了涵盖基础设施、网络资源、操作系统在内的云网融合发展愿景。经过四年的前沿探索和技术积累，中国电信已经建立了包含电信云网融合大科创装置在内的一系列云网融合关键性基础设施与系统，在业务形态、商业模式、服务模式等多个层面开展了突破性的应用探索，取得了显著的阶段性成果。 随着新型网络技术的不断涌现，大模型、直播等新业务形态的相继普及，云网融合的理念也在持续地迭代与演进，其在基础设施、网络资源、操作系统三个层面的核心能力愿景均较初期有了实质性地革 新与升华，具体如下： 1）云网基础设施，其核心能力从初期的互联互通发展为灵活可扩展的泛在融合：一方面，云网融合连接了空天地海各种网络类型，通过引入NFV和SDN等网络功能虚拟化、网络可编程技术，以支持对异构网络智能、灵活地泛在连接；另一方面，云网融合接入了各类泛在终端，通过融合互通技术，以实现对多样化资源的统一管理。 2）异构网络资源，其核心能力从初期的统一纳管发展为需求导向的协同调度：构建涵盖云资源（DC内部的计算、存储等集中式资源）、网络资源（移动网、物联网等各类网络）、数据资源（用户数据、AI大模型训练数据等）和算力资源（主要面向AI的训练业务，如GPU、TPU）等多源异构的丰富资源体系，通过向边缘的不断延伸，实现资源的整体调度、统一协作，向用户提供高性能服务。 3）云网操作系统，其核心能力从初期的网络管控系统发展为贯通应用至网络的一体化智能服务平台：通过引入云网大脑和内生安全机制，利用大数据、人工智能等技术解决复杂规划问题，实现对异构异质资源的统一抽象、统一管理、统一编排和统一优化，为不同应用提供定制化的网络服务质量保障，满足各种应用的性能和安全需求。 1.2云网融合特色发展方向 1.2.1提供新业务：算网资源一体化服务 新型云网融合方案为异构算力资源的协同管控与调度提供了新的解决思路。算力资源从类型上可以分为通用算力、超级算力、智能算力、前沿算力等，也可根据其在网络中的位置分为中心算力、边缘算力、端算力等，而这些算力资源归属于不同提供方，协同管控与调 度受限于资源的异构性、需求的差异性和网络环境的未知性，存在一定局限。新型云网融合方案，以网络为平台，通过构建统一的技术栈，引入算力度量、算力标识、算力路由、算力交易等新型协议，动态聚合多方的算力资源状态、算力需求信息、数据存储需求和网络环境能力等多维要素，协同分析算、存、网资源的联合业务承载能力，提供一体化的算力资源服务，构建灵活、动态、简洁、智能的新型算力服务模式，具体如图1-1所示。 图1-1算网资源一体化服务示意 1.2.2构建新网络：深度全定制化的云原生网络 新型云网融合方案天然支持云原生技术架构。云原生技术的下沉应用对云网基础设施的灵活、开放、可扩展等特性提出了较高的需求，传统互联网“静态、僵化”的局限难以为灵活多变的云原生业务提供稳定的承载能力支撑。新型云网融合方案，通过将多种网络模式(如有线网络、无线Wi-Fi、无线4G/5G等)中通用的数据库服务、策略服务、鉴权服务、转发服务、接入服务等功能抽象化形成微服务，利用云网融合的网络泛在互联的特性与资源深度融合的能力，可以实现多元业务功能的灵活部署、弹性伸缩与按需编排，满足差异化的业务需 求，为用户提供一体化的异构跨网互联、云网资源共享、端网智能适配等服务。预计云原生网络将率先在园区网中得到应用发展。 1.2.3支持新计算：基于数据处理单元组网的新型云计算 新型云网融合方案与数据处理单元(DataProcessUnit，DPU)的结合，是网络与计算互助互益的理想应用模式。DPU作为CPU、GPU之后的新型芯片类型，在网络协议处理、数据加解密、数据压缩等数据处理任务中具备卓越的性能。通过由基于DPU的核心设备来重构新型云网融合方案中的云计算基础设施，可以通过对异构算力资源的深度高效融合，有效打破计算设备、存储设备与网络设备的边界，实施对计算、存储、网络等多类资源与能力的高效融合，在芯片的性能达到极限的情况下，进一步增强云网一体的服务提供效能。 1.2.4服务新管控：实现资源一体化管控的云网操作系统 新型云网融合方案中的云网操作系统可以为行业通用的业务和应用提供统一的基础软件平台。云网操作系统是面向云网融合新型信息基础设施，是实现面向各类异构云网硬件、软件资源的统一管理与调度的分布式系统。云网操作系统为海量异构的云、网、边、端、安资源制定了标准的供给模式，通过构建内核层的云网多要素资源抽象、资源管理组件等功能模型，可以实现面向海量异构资源的即插即用，全面深度掌控云网软硬件资源能力与状态，完成跨网元资源的统一管理调度。此外，云网操作系统向上层业务提供了归一化的开放编程接口与服务能力，可面向用户提供云网多样化服务的设计与编程开发工具，实现云网业务的快速构建，促进云网融合应用生态的丰富与构建，助力各行各业简洁按需的产业数字化转型。 1.3云网融合对网络需求分析 云网融合作为新一代信息技术的必然演进方向，作为其基础的网络设施与技术也必须随之发展，从传统的被动业务承载模式转变为新型的主动业务智能适配模式，具备高性能、高可用、高智能、高扩展、高安全等新型能力，具体如下： 1）网络高性能：指支撑云业务的性能保障，包括网络带宽、网络时延、网络丢包率等指标。网络的性能将直接影响着用户的QoE/QoS，其提升需要网络硬件和通信协议的支持。 2）业务高可用：一方面，是指支持云网融合的网络覆盖范围广，需要确保“哪里需要云，哪里就有网”。另一方面，是指云网融合业务持续提供可靠连接服务的能力强，通过SLA保障、差异化保障的方式，满足客户对网络质量的特定要求，实现多种等级的服务。 3）组网高智能：全面提升网络的自动化运行、智能化维护，具体包括弹性组网、网络可编程、故障快速修复、流量自动优化和网络资源动态调度等。 弹性组网：根据业务需求和网络状态进行灵活、弹性组网。 网络可编程：通过可编程语言，抽象化网络服务、协议、性能，使其能够被结构化标识，提升网络管理、维护灵活度。 故障快速修复和流量自动规划：网络发生故障时能够进行快速定位，并针对故障原因采取及时的修复措施，同时重新规划业务流量，保障网络性能问题，避免影响客户体验。 网络资源动态优化：网络控制平面根据云业务和用户需求等因素实现网络资源的动态优化。 4）适配高弹性：网络能力服务的三个关键特征：一站式开通与 终止、灵活修改和变更服务属性、实现快速开通、原子能力服务化和整体化网络供给。这三个特征将带来更高效的云网络资源管理，更灵活的服务调整，以及整体网络供给的质量保证。 5）服务高安全：网络为云业务提供的安全保障，包括地址与标识安全、协议安全和身份安全。地址与标识安全保障地址和标识的真实性和可信性，协议安全采用密码技术确保通信数据的完整性和机密性，身份安全通过网络准入控制等手段确保用户身份的真实和可信。 二、传统互联网体系与技术差距分析 传统互联网原理与体系设计于五十多年前，受到当时带宽、存储以及算力等软硬件能力的制约和影响，工作机制相对“静态、僵化”，难以满足云网融合发展的新需求。 2.1体系结构差距分析 传统互联网工作机制存在“用户与网络、资源与位置、控制与数据”三重绑定等内在特征，对智能、感知、认知、动态等智慧化机制支持严重不足，缺少对存储、计算、传输等异构资源的深度融合能力。受传统互联网原始设计局限，在现有网络基础上进行演进和发展，不仅难以解决网络移动性、安全性、可扩展性等方面存在的问题，更难以实现对多维异构算网资源的深度融合与高效利用，无法从根本上满足云网融合对多元化高质量网络承载的新需求和新挑战。 2.2标识技术体系差距分析 云网融合对网络基础设施提出了新需求，要求将业务需求与网络资源进行柔性适配，以达到业务与网络协同的目的，从而提升网络服务质量和用户体验。然而，传统网络IP标识存在语义承载单一的局限，缺乏多维属性表征能力以及网络智慧服务能力，难以有效承载新型云网融合环境下多样且差异的业务类型和服务需求；现有网络标识的创新技术（如，身份标识、地理标识、内容标识等）在业务支持普适性、寻址方式灵活性、共存互通兼容性等方面也存在不足，缺少面向多维目标对象的灵活统一标识和寻址方法，已成为现阶段网络基础设施中制约云网深度融合的主要瓶颈。 7 2.3服务质量保障差距分析 云网融合的应用行业和场景包括智慧城市、智能制造、智慧生活、AR/VR、自动驾驶等新业务，这些