面向算网一体的服务感知网络
发布时间:2022-09-19 作者:中兴通讯 谭斌,黄兵,黄光平 阅读量:

 

 

算力网络的未来发展路径,将是算和网逐步融合的过程。初期是运营层面的融合,中期是控制面的融合,后期目标是实现技术架构和设备形态的融合,也就是算网一体化。

 

算网一体有两大驱动力,一是借助于网络设施天生的无处不在的分布式特点,助力算力资源也实现分布化部署,满足各类应用对于时延、能耗、安全的多样化需求;二是实现算力和网络的协同调度,满足VR等业务对计算资源和网络连接的一体化需求。

 

 

算网一体服务的愿景

 

 

算网一体的发展趋势,使得网络运营商有成为“算网一体共性基础服务提供商”的重要机会。这不仅是因为运营商具有最广泛的网络和算力设施,而且运营商也是更值得信任、更有经验的国家级关键设施运营者。由运营商向全社会提供算网一体共性服务,有利于加快业务创新、降低业务部署成本、提升资源利用率,促进整个社会的数字经济发展。

 

业内曾有多方尝试互联网共性平台的运营模式。比如,运营商曾提出“智能管道”的理念,试图把网络功能开放出来供业务调用,但只有短信等少数功能的开放取得成功;云服务商推行PaaS、SaaS平台已有多年,但云服务商的平台属于封闭式、烟囱式的纯算力系统,不能满足泛在计算、网络SLA等需求。

 

与以上平台型服务相比,本文提出的“算网一体服务”具有以下三个优势:

 

全面的共性服务

 

共性类服务既包括算力类服务,如IaaS、PaaS、SaaS、FaaS等多种算力服务模式,也包括网络连接类服务,如确定性连接服务,还可以进一步扩展其他互联网共性能力的服务(比如安全能力、AI能力、大数据等)。

 

泛在的服务

 

为了满足各类应用、各行各业对于低时延、可靠性、安全性的需求,算网一体服务是泛在提供的,包括但不限于中心云、区域云、边缘云、终端等多种混合场景。服务使用方也不限于云内,而是包括各用户终端、企业网关、物联网终端等。

 

有质量保障的服务

 

网络不仅能感知业务的算力需求,还能感知其网络SLA需求,通过算力和网络的协同调度,确保提供高质量保障的服务。

 

算网一体服务将使运营商从目前的“管道型”服务商向计算、网络、存储一体化的新型基础设施服务商转型。

 

 

现有IP技术架构支持算网一体服务的不足

 

 

IP互联网的两大设计原则是端到端原则和分层解耦原则。这种架构设计使得业务可以脱离网络而独立发展,降低了业务创新门槛,促进了互联网的繁荣。然而,这种架构的缺陷是使得业务和网络处于互相割裂的状态,不能满足算网一体服务对于应用需求感知、算力和网络协同的需求。具体表现在以下方面:

 

- TCP/IP的位置有关机制难以满足未来业务快速响应、泛在移动的需求

 

现行互联网采用了固定的IP地址互联模式,服务名和IP地址通过DNS查询进行关联。在泛在分布式的算力服务模式下,DNS查询的效率很低,往往需要多次重定向,无法满足AR/VR、自动驾驶等高交互业务对快速响应的需求。在移动场景下,业务流将重新发起握手流程,不能满足业务对于“永远在线”的需求。

 

- 难以满足精细化识别业务的SLA保障要求

 

目前网络只能根据地址+端口号的组合(5-tuple)推断业务类型,但五元组不足以区分应用原子服务类型。

 

- 业务、算力、网络资源独立规划和治理无法满足全局资源最优利用

 

目前的IP路由协议只感知网络拓扑、链路状态、带宽资源等网络层的信息,无法感知应用层面的算力服务、算力资源信息,无法实现算力、网络资源的协同调度和路由。

 

- 基于DNS和GSLB的集中式服务调度模式,无法满足异构算力泛在调度的需求

 

目前DNS只调度到DC入口,DC内再进行服务调度,数据中心需按照全算力/全服务模式部署,算力布局粗放低效。

 

因此,现网IP技术的业务和网络完全去耦合模式不能满足未来的算网一体服务需求。如何在不改变现有架构的基础上适当加强业务和网络之间的协同,是未来IP网络面临的一大挑战。

 

 

基于IPv6演进的服务感知网络(SAN)架构设计

 

 

中兴通讯根据算网一体服务对于IP网络演进的要求,提出了服务感知网络(Service Aware Network)的创新技术方案。其核心是基于IPv6的扩展能力,在网络层构建一个服务功能子层,成为应用层和网络层之间的桥梁(见图1)。SAN引入了位置和归宿无关的服务标识,在保留传统主机互联模式的基础上,新增了服务互联模式。SAN实现网络对业务算网需求的感知、对算力资源的感知,以及基于两类感知的服务路由,使能IP网络成为算网一体服务的新型能力平台。

 

服务标识是SAN架构的核心。在终端,用户订阅服务并获取服务标识,向SAN发起业务请求,无需关心服务提供方以及位置;在SAN网络域,服务标识是算网SLA策略的唯一索引,并且在服务连接过程中保持不变;在云端,服务标识是云侧服务调度和路由的对象。

 

在控制面上,SAN架构中的算网管控系统负责服务的注册、发布和查询。服务算网策略通过控制通道下发到网络层设备。

 

在数据面上,服务使用方携带服务标识发起服务连接请求。网络边缘节点根据服务标识选择最优服务实例节点,并根据服务的SLA要求对网络策略进行编排,满足服务对于算力和网络的双重SLA需求。

 

SAN架构实现了应用与服务的解耦,从而让应用聚焦于自身的应用逻辑创新,将共性的归属无关服务交由网络内生提供。通过网络和服务的一体化供给,充分形成网络即服务的转化能力,将网络的价值从管道上升为算网一体服务平台,将加速数字经济的部署,实现IP网络的能力倍增。

 

Network diagram

 

    图1   SAN架构及接口视图

 

 

面向算网一体的服务感知网络实践

 

 

中兴通讯于2019年开始算力网络方面的理论研究,2021年第三季度完成样机研发,并与运营商合作开展基于算网一体调度框架的业务创新试点。截止到2022年5月,已经完成3个业务场景的测试验证。这些场景聚焦网络对算力的感知,实现算网深度融合,提升业务体验和资源利用效率。

 

- AI推理场景算网一体调度

 

该场景主要验证的是保障业务体验前提下的算力优选分发。SAN识别业务的算力需求,将消耗大量计算资源的AI训练继续保留在中心云,将计算资源要求较少的AI推理下沉到边缘云,满足业务对时延的要求。

 

- 业务链场景算网一体调度

 

该场景主要验证安全服务、广域加速、视频编码等共性服务的灵活路由功能。以SRv6为技术基础实现业务链路由功能,实现基于算力状态感知的多实例网络功能(SF)编排。

 

- CDN场景算网一体调度

 

该场景主要验证的是算网双向感知和协同最优选路。将网络质量检测结果(丢包、时延、抖动)反馈至CDN调度系统,使得CDN调度算法能选出算力和网络双重因素下的最优节点。同时,承载网络创建定制化SLA转发管道,为CDN业务提供了更加灵活和优质的网络服务。

 

与此同时,中兴通讯在SAN技术领域共输出15篇专利、12篇国际草案、5篇论文以及3项行业标准,从算力服务感知、服务资源调度,到算力服务原型业务系统,形成完整的算力网络解决方案和标准架构,为算力网络方向的探索实践提供了理论依据和行业规范。