漫談業務切片與網路加速

• 2019 年 10 月 7 日
• 筆記

作者簡介：Domi

天下武功，無堅不催，唯快不破。網路江湖，亦如是。本篇談談網路江湖的『快』——網路加速。『快』和『穩』，是網路江湖永恆不變的兩個話題。『穩』，講究的是網路的可靠性，後續另闢文章詳談。從ASIC、NPU到智慧網卡到FPGA，從Linux內核到用戶態DPDK轉發，從軟轉到P4硬體流量卸載，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，這裡也暫且不表，詳細可參考網路設備的硬體形態選擇初探，重點聊下整體網路業務層面的『快』。

網路按照傳輸階段大體上可分：接入段，骨幹傳輸段，出口段三段，網路加速涉及每個階段，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，這裡從傳統網路入手窺探目前主流加速技術之一二。

圖1.網路按傳輸階段劃分圖

網路與業務切片

網路加速繞不開高價值業務的篩選過濾，也就是切片。

談到網路切片(Network Slicing)，自然而然地會提到5G，網路切片是3GPP CT中的一個概念，其歷史可以追溯到R13/R14。它作為5G網路一個最為顯著特徵和優點，根本區別於4G網路，以至於提到網路切片彷彿就是5G。所謂網路切片，就是指對網路數據實行類似於交通管理的分流管理，其本質是將現實存在的物理網路在邏輯層面上，劃分為多個不同類型的虛擬網路，依照不同用戶的服務需求，以諸如時延高低、頻寬大小、可靠性強弱等指標來進行劃分，從而應對複雜多變的應用場景。

事實上，網路切片在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。

基於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
• 在線遊戲

想像下玩王者榮耀時，一個大招過去，卡了一下，結果自己已掛，對遊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）：

• 在線影片

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）：

• 即時通訊

實時性要求不高，晚到一秒問題不大。

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，誰知道什麼時候下完。

3GPP中規定的1~9的標準QCI值，分別對應不同的QoS品質要求：

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路傳輸品質，在預設承載基礎上，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

由於移動通訊領域較高的附加值，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，固網寬頻就奔放了許多，對用戶來講，更多的感受只是上下行頻寬多少，儘管很奔放，但頻寬套餐模型何嘗不是切片的一種呢。

提起網路切片基本專指5G網路場景下，5G網路切片提供了端到端完整解決方案。網路切片相比上述通過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，用於支撐複雜多變的業務場景。

網路切片和業務切片多數場景下是一回事，不同的網路切片用於承載不同的業務模型，然而業務切片倒不一定非要採用網路切片技術。類似5G網路切片方式在傳統網路中實施幾乎是不可能的，隨著新業務的發展，傳統網路仍然需要切片，典型如遊戲加速、影片加速、出國加速等，它具備明顯的業務特徵，這裡我們稱為業務切片更為準確，它並未採用5G顛覆性的網路切片技術。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，那麼加速網路就是砧板上的魚肉，如何切片就一切那麼順其自然了。一旦能夠進行業務篩選過濾，便可識別高價值業務並引流至加速網路，實現網路加速。

網路加速

每次網路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，從程式控制交換機到SDN設備，從大哥大到5G，每次變革上網體驗都有飛速提升。網路技術發展到今天，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？還是手術刀式對症下藥？

骨幹網建設投資甚巨，現網存量業務複雜多樣，牽一髮而動全身，吞吐量巨大卻無法基於業務實現訂製化、高效、精細化調度。骨幹網已全面IP化，具備長期持續演進的基礎，5G的規模落地推廣，和傳統網路並不衝突，也不會取代傳統網路，而會加速傳統網路從奔放的管道模式走向精緻的內容切片訂製時代。

分別圍繞固網和移動網路分別闡述下業務切片加速網路的構建。

固網寬頻加速

眾所周知的寬頻提速是單純的提頻寬，比如100M提升至200M，實際上百兆寬頻日常家用完全足夠，百兆寬頻也基本上全面覆蓋了，國家目前也在推動千兆戰略，這裡不談。時至今日，網路品質拼的並不是粗獷的頻寬，而是每兆頻寬的品質保障。

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，旁掛方式部署於寬頻核心設備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路品質，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

再談談網路轉型之下，家寬場景下網路加速的實施。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，轉發麵逐步下沉更低位置，當下沉到一定程度，便可融合CDN，邊緣DC，實現流量就近卸載，根本上解決網路加速問題。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，並引流至加速網路，簡直天作之合。

圖6.vBRAS業務模型圖

移動通訊加速

一直以來，在移動通訊領域，由於其特殊的網路架構及經驗教訓，提到網路品質，基本都在關注空口側，都歸結於基地台太少，訊號不好等。圍繞4G LTE的網路加速，多通過基地台空口側QoS、核心網EPS側建立專有承載等進行方案實施。實際上，4G LTE網路同樣擁有固網寬頻所具備的網路品質挑戰，只不過用戶難以感知而存在感不強。

SPGW和BRAS在網路中所處的位置和作用並無不同，只是業務不同。在4G核心網側採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路加速。

圖7.4G EPS集中式分流加速

4G網路並不像固網寬頻那樣，有一台路由器設備下沉到用戶家裡承接流量接入。4G網路中末端分流實施網路加速，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，基地台eNodeB可旁掛RGW/DGW設備，建立上下文承載後，流量通過RGW/DGW進行就近疏導，而不經過漫長的核心網回傳，大幅提升網路體驗。

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基地台側分流加速

4G移動通訊網路實施網路加速，它的複雜性在於對每個階段網路品質問題的界定，並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路加速，可撇開固網、移動通訊網路的不同，實現無差異化網路加速。

加速網路構建

扯了這麼多，加速網路是整個網路加速效果內功核心，卻一直沒談如何構建，圖中也是一朵雲帶過，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裡，也沒有人知道是怎麼發出來的。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鍊，骨幹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，風雲雷動……

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