隨著4G改變人們的生活，5G將進一步給社會帶來根本的變化，從而實現一個完全移動和互聯的世界。特別是隨著資訊時代的飛速發展，傳統的網絡體系結構無法滿足當今企業、運營商和用戶的需求，SDN（Software Defined Network）正在改變網絡架構。在SDN架構中，控制平面和數據平面是分離的，網絡智能和狀態在邏輯上是集中的，並且基礎網絡、基礎結構是從應用程式中抽象出來的，因此企業和運營商獲得了空前的可編程性、自動化和網絡控制，能夠構建高度可擴展的、靈活的網絡，從而輕鬆適應不斷變化的業務需求。
SPN（Slicing Packet Network）則是在5G發展中應運而生的基於SDN架構的一種傳輸解決方案，本文主要針對SPN方案中的L3VPN架構及業務部署、保護方案、IPv6演進進行分析，了解不同方案中的優缺點及技術發展趨勢。
下一代傳輸網絡的七大要求
數字社會的到來對通信基礎設施網絡產生深遠的影響，現有通信網絡的流量模型將發生巨大變化。連接密度和流量密度將以前所未有的速度增加，並且地理網絡的覆蓋範圍將大大擴展。不同類型的用戶對網絡提出了個性化的要求，特定行業的實時交互要求非常高。因此，下一代傳輸網絡體系結構必須滿足以下要求。
第一，高帶寬。傳輸網絡需要提供低成本和高帶寬功能。每個用戶的吞吐能力應大於1 Gbit/s，並且網絡應支持視頻、全息和VR應用程式的持續開發。
第二，低延遲。它應支持優於1 ms的E2E延遲，以滿足交互式體驗和工業控制的嚴格要求。
第三，靈活的連接。連接總數增加了幾十倍，新網絡應該可以在擁有10000多個節點的龐大網絡中滿足Full Mesh數據連接。
第四，網絡開放性。應支持標準化的南向接口和北向接口。通過這種方式，運營商、企業可以利用SDN控制平面的多功能性和開放性，在虛擬或物理部署或兩者中生成的服務來進行控制和實施。
第五，網絡切片。多樣化的服務帶來多樣化的網絡需求。將來，傳輸網絡應配備動態網絡切片功能，以滿足多樣化的服務需求，網絡應提供硬隔離和軟隔離的能力。
第六，高可靠性。它應為AR、工業控制和遠程醫療等新服務提供超高可靠性的連接。
第七，智能運維。服務模式從根本上發生變化，網絡切片和全網狀網絡流量需要更智能的網絡運維系統，以降低運營成本。
切片分組網絡（SPN）致力於構建高效、簡化和超寬帶的傳輸網絡，以支持城域網中的不同服務。它具備以下特點：一是新架構，新技術架構提供了一種低成本、簡化的傳輸網絡，網絡帶寬提高了100倍，每比特成本降低至原來的1/10至1/100；二是新服務，SPN專注於對傳輸網絡上新服務的支持，延遲減少至原來的1/10至1/100，服務連接數量增加了100倍；三是新運維，全新的運維平臺提供了敏捷的服務部署和操作，OPEX降低至原來的1/10。
SPN被定位為基於乙太網生態系統的下一代融合傳輸網絡，可實現高帶寬、低延遲和高效率的全面服務傳輸。SPN可承載無線服務、企業服務、住宅服務和雲互連等服務。
SPN設計原則
SPN利用高效的乙太網生態系統來提供低成本和高帶寬的傳輸網絡服務。隨著多層網絡技術的有效融合，實現了靈活的軟隔離切片和硬管道切片，並提供了從L0到L3的多層服務傳輸能力。SDN集中管理和控制，以創新方式實現開放、敏捷和高效的網絡運營。SPN原則有如下7條。
第一，友好的包交換。SPN藉助乙太網技術（IEEE 802.3乙太網，OIF FlexE和創新的切片乙太網），共享IP/Ethernet生態系統（光學模塊、協議和晶片），並友好地支持主流數據包交換。
第二，多層網絡技術的融合。通過IP、Ethernet和光技術的有效融合，可以實現L0到L3的分層組網，以構建各種類型的管道。乙太網分組調度用於分組服務的靈活連接。創新的切片乙太網數據單元流調度用於支持硬管道隔離和服務的帶寬保證，並提供低延遲的服務傳輸網絡通道。WDM技術則用於支持平滑的容量擴展和大粒度業務。
第三，高效的軟切片和硬切片。同時提供高度可靠的硬切片和彈性可伸縮的軟切片功能。此類功能隔離了物理網絡的資源以運行多個虛擬網絡，並為多種服務類型提供了基於SLA的差異化傳輸網絡服務。
第四，SDN集中管理和控制。SDN有助於實現開放、敏捷、高效的網絡運營和維護。SPN可以監視網絡狀態並實時觸發網絡自我優化，因此服務供應和運維是自動化的。此外，具有基於SDN的融合管理和控制功能的體系結構還提供了其他功能，例如簡化的網絡協議和開放網絡，以及跨網絡域和跨技術服務的協調。
第五，運營商級可靠性。支持網絡級分層OAM和保護功能。OAM用於監視網絡上的邏輯層、網絡連接和服務，從而實現全方位的網絡可靠性並支持高可靠性的服務傳輸。
第六，高精度同步。實現了基於帶內時鐘和時間同步的傳輸，可靠性高、精度高、效率高。
第七，靈活的業務調度。SPN使用靈活的隧道、尋址和轉發技術，靈活地調度點到點、點到多點和多點到多點的服務。切片乙太網尋址和轉發用於實現第一層服務調度，MAC和MPLS尋址和轉發用於實現第二層服務調度，IP尋址和轉發用於實現第三層服務調度。
SPN基於ITU—T網絡模型，將乙太網作為基本技術，並支持IP、乙太網和恆定比特率（CBR）服務的集成傳輸。SPN技術架構包括切片數據包層（SPL）、切片通道層（SCL）、切片傳輸層（STL）、時間和時鐘同步模塊，以及管理和控制功能模塊。
第一層SPL：通過為IP、乙太網和CBR服務，實現尋址、轉發和傳輸通道封裝，SPL提供了各種類型的服務，例如第2層虛擬專用網（L2VPN）、L3VPN和CBR透明傳輸。SPL使用多種尋址機制（例如IP、多協議標籤交換（MPLS）、802.1q和物理埠）執行服務映射，並提供服務標識、流量工程和服務質量（QoS）保證。對於分組服務，SPL提供了分段路由傳輸配置文件（SR—TP）隧道，並提供了面向連接和無連接的傳輸通道。基於源路由的分段路由技術允許入口使用一組分段（MPLS標籤）來標識每個隧道轉發路徑。與傳統的隧道技術不同，傳輸節點不需要維護分段路由隧道的路徑狀態信息，從而實現了靈活的路徑調整和網絡可編程性。SR—TP隧道技術增強了SR隧道的O＆M功能，並支持雙向隧道和E2E服務級OAM檢測。
第二層SCL：為網絡服務和分片提供端到端的通道化組通道。SCL使用創新的切片乙太網（SE）在乙太網物理接口和FlexE綁定組上執行時隙處理，提供基於E2E乙太網的虛擬網絡連接，並為L1的多業務傳輸建立低延遲和硬隔離的切片通道。 SCL利用OAM和保護功能對乙太網通道進行切片，從而實現了E2E性能監控和故障恢復。
第三層STL：使用IEEE 802.3乙太網物理層技術和OIF FlexE技術實現高效的高帶寬傳輸。乙太網物理層由新的高速乙太網接口組成，例如50GE、100GE、200GE和400GE。藉助乙太網產業鏈，可以實現低成本和高帶寬的網絡建設，並且支持跳數之間最長80 km的主流網絡應用。對於需要更高帶寬可擴展性和更長傳輸距離的應用程式，SPN使用乙太網+ DWDM組合來實現10T級容量和數百千米長距離的聯網。
L3VPN架構及部署方案
SPN 5G SPL承載方案設計理念
SPN網絡中L3VPN架構需要具備以下三大能力。
一是增強靜態L3VPN大網能力：L3VPN域下沉/擴大，提供任意節點業務Mesh化互通能力；繼承PTN LTE靜態L3VPN運維習慣；L2+L3VPN和分層L3VPN按需部署。
二是靈活SR隧道業務調度能力：滿足點到點（S1）和Mesh業務（X2）承載需求；繼承MPLS—TP電信級OAM/APS保護能力；集中動態重路由簡化協議和保護層次；增強SR隧道運維能力。
三是SDN集中管控能力：雲化、SDN化集中管控系統；基於用戶意圖的智能業務布放和運維能力；開放網絡可編程能力。
SPN 5G集中管控架構
SRTP—TE隧道集中、實時、閉環控制，提供隧道重路由能力，增強網絡可靠性。一是分布式控制協議，ISIS（網絡狀態通告、SR—BE路由控制）；二是南向控制接口要求，BGP—LS（網絡狀態收集） + PCEP（控制通道）；三是南向管理接口，Netconf（管理通道）L3VPN大網集中管控，提供符合傳輸運維習慣的靜態路由管理；四是南向管理接口，Netconf（管理通道）。
SPN 5G業務承載部署方案
SPN 5G業務承載部署方案有兩種。一是L3VPN到邊緣部署方案，即端到端L3VPN，骨幹匯聚點L3VPN分層；二是L2VPN+L3VPN部署方案，即接入、匯聚層部署L2VPN，核心層部署L3VPN，骨幹匯聚點進行L2到L3橋接。
SPN 5G業務保護方案
●S1業務
不同故障點觸發的保護機制、檢測機制、保護倒換性能不同。
●X2業務
X2業務在故障點中，觸發的保護機制、檢測機制、保護倒換性能總結。
靜態L3VPN 與動態L3VPN的對比
在路由策略管理方面，集中靜態L3VPN是基於網絡全局視圖的路由管控，簡化部署、運維，提升體驗；具備軟體定義路由策略管理架構基礎。動態L3VPN（BGP RR） 則是基於BGP分布式/單站視角的部署、運維，部署難度大，技能要求高；並且需要遵循BGP標準的路由策略控制。
在路由引入管理方面，集中靜態L3VPN適用於基站直連接口路由和核心網靜態路由靜態引入，不適用於動態IGP協議路由引入（移動回傳場景不需要）。動態L3VPN（BGP RR） 適用於靜態路由引入和動態路由場景，擴展性、協議適應性強。
在路由擴散方面，集中靜態L3VPN是控制器集中計算、存儲、擴散，控制器/DCN性能壓力大，在可承受範圍內；屬於自上而下的集中靜態路由管理，繼承PTN運維習慣，便於業務運維（業務溯源、定位定界）；控制器脫管、設備復位故障場景下業務快速恢復能力強。動態L3VPN（BGP RR）是動態路由分布式存儲、集中反射，控制器計算/存儲壓力小，它是分布式動態路由、狀態數據，單站運維模式弊端多，並且BGP RR脫管場景設備路由恢復依賴分布式BGP Peer，增大設備控制面複雜度。
在路由收斂方面，集中靜態L3VPN在多點故障（ASP/VPN FRR保護失效）場景下是靜態L3VPN難點，待研究。動態L3VPN（BGP RR）在多點故障時BGP動態撤銷路由，多點故障保護機製成熟，業務恢復時間》秒級。
基於5G移動回傳應用場景和運維主要矛盾，推薦集中靜態L3VPN。
明細路由和聚合路由的對比
明細路由和聚合路由的對比所示，可以看出，明細路由有3個優勢：接入域路由規劃相對簡單，IP位址資源利用率高；預留基於明細路由級的多點故障保護能力；預留基於明細路由級的業務負載分擔能力。
聚合路由也有3個優勢：減小控制器計算/存儲/DCN性能壓力、設備路由資源壓力；提升用戶操作體驗，路由CRUD操作響應快；利於現網問題定位定界。
大量路由的部署和運維效率問題是大網L3的主要矛盾，推薦聚合路由方式。
SPN L3VPN路由迭代公網隧道
通過控制器將PTN設備與無線基站直連接口IP擴散至遠端PTN設備，生成反向轉發路徑。基於圖形化操作界面的L3VPN路由靜態引入、靜態擴散，免去複雜動態路由協議部署運維，適用移動回傳網成熟解決方案。
SPN L3VPN私網路由引入及擴散
L3VPN私網通過路由下一跳查找匹配DIP的SR隧道，作為公網隧道進行轉發。
IPv6技術及演進
隨著多種顛覆性技術的出現和應用，網絡發生了巨大的變革，IPv6已經成為5G、IoT、SDN/NFV、雲計算以及邊緣計算等新興技術的基礎。大量的終端設備聯網產生了大量的地址需求，使用傳統NAT的方式無法支持新的5G及物聯網應用。此外，IPv6從設計之初就充分考慮了移動性的需求，還同時考慮到了網絡側和應用側的需求，可以保證物聯網的安全性、可靠性和服務質量。下面將從SPN網絡中IPv6技術的引入以及部署方案、演進策略進行分析。
移動回傳業務IP位址及應用場景分析
終端與核心網PGW間IPv6改造屬於UE的用戶IP位址，PTN/SPN不可見。基站與核心網SGW間IPv6改造需要PTN/SPN L3VPN用戶側私網配合。PTN/SPN網絡側控制面（設備LSRID/NNI接口IP）和管理面（NE IP） IPv6為內部組網接口。
●SPN L3VPN用戶側私網IPv6承載方案（6VPE雙棧）
VPN雙棧接入的引入，改變了以往接口只能部署單一協議棧類型VPN的問題。VPN雙棧接入下啟用IPv4和IPv6地址族，使得與L3VPN綁定的同一接口既支持IPv4私網接入，又支持IPv6私網接入。VPN雙棧接入，與基站和核心網地址協議解耦，實現當前用戶側業務現網平滑過渡到IPv6承載。當前PTN/SPN設備可通過軟體升級支持6VPE雙棧部署能力。
●SPN網絡側IPv6部署方案一：直接切換IPv6控制面
此方案的優點是業務最終全部走IPv6控制面，最終無需雙棧維護；但缺點非常明顯：一是需要對全網業務進行切換，部分改造過程會導致業務受損；二是改造工程量巨大周期長；三是存在部分節點不支持IPv6控制面，需要進行替換後才可行；四是切換中需要消耗資源翻倍，會存在重負荷站點不能滿足而無法切換。
●SPN網絡側IPv6部署方案二：雙棧共存演進
此方案的優點是對現網業務無修改，充分保障原有現網業務安全，同時改造過程可控，工程量和實施代價相對較小。缺點是存在部分節點不支持IPv6控制面，需要進行替換後才可行，另外需要長期維護雙棧控制面，對設備規格存在較高要求。
●SPN網絡側IPv6部署方案三：新建網絡部署IPv6控制面
此方案的優點是純新建網絡直接部署公網控制面，無雙棧運維複雜性，不需要複雜的改造過程。缺點是只適合全新建網絡；V6控制面部分協議還未定義細節擴展，不夠成熟。
SPN L3VPN網絡側IPv6演進策略建議
一是擴容場景。擴容場景利舊大量現網設備，初期基於實際流量按需擴容接入環、匯聚環。業務上仍然採用靜態L2+L3方案，不支持SR、FlexE等5G SPN新特性，滿足5G eMBB初期承載。由於部分老設備不支持控制面IPv6，且現網已部署IPv4控制面且無控制面協議，靜態隧道仍建議採用MPLS—TP隧道，不部署IPv6控制面。
二是升級場景。升級場景對現有PTN設備進行升級、替換後，支持SPN特性能力，承載5G業務流量。設備升級、替換後，PTN設備演進到SPN設備，具備控制面IPv6特性能力。基於現網大量的存量業務仍採用IPv4控制面進行部署，直接切換IPv6控制面導致大量的業務割接，對現網業務會造成衝擊，建議仍繼續使用IPv4控制面部署。
三是新建場景。全新建場景，所有設備均具備軟體升級到IPv6控制面特性的能力，且已部署IPv4控制面場景，建議保留IPv4控制面，避免切換。還未部署IPv4控制面的場景，建議直接部署IPv6控制面，業務全部使用V6隧道和V6路由。
結語
秉承「新架構、新服務和新運營」願景的SPN 5G傳輸解決方案，支持全新的雲服務傳輸和敏捷網絡運營。SPN使用高效的乙太網生態系統來提供低成本和高帶寬的傳輸通道，通過L3VPN架構及部署、保護方案、IPv6演進等方式，有效地集成多層網絡技術，SPN可以傳輸L0—L3服務和進行軟/硬管道切片。SPN網絡基於SDN的集中管理和控制，為用戶提供了一個開放、敏捷、高效的網絡作業系統，使我們的生活更加信息化、智能化，也更便捷。
責任編輯:tzh
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