漫谈业务切片与网络加速

作者简介:Domi

引言

天下武功,无坚不催,唯快不破。网络江湖,亦如是。本篇谈谈网络江湖的‘快’——网络加速。‘快’和‘稳’,是网络江湖永恒不变的两个话题。‘稳’,讲究的是网络的可靠性,后续另辟文章详谈。从ASIC、NPU到智能网卡到FPGA,从Linux内核到用户态DPDK转发,从软转到P4硬件流量卸载,可谓可编程转发技术演进过程中单纯设备个体层面的加速,这里也暂且不表,详细可参考网络设备的硬件形态选择初探,重点聊下整体网络业务层面的‘快’。

网络按照传输阶段大体上可分:接入段,骨干传输段,出口段三段,网络加速涉及每个阶段,每阶段实施的加速技术各有不同,每种加速方案更需要多个阶段联动协作,这里从传统网络入手窥探目前主流加速技术之一二。

图1.网络按传输阶段划分图

网络与业务切片

网络加速绕不开高价值业务的筛选过滤,也就是切片。

谈到网络切片(Network Slicing),自然而然地会提到5G,网络切片是3GPP CT中的一个概念,其历史可以追溯到R13/R14。它作为5G网络一个最为显著特征和优点,根本区别于4G网络,以至于提到网络切片仿佛就是5G。所谓网络切片,就是指对网络数据实行类似于交通管理的分流管理,其本质是将现实存在的物理网络在逻辑层面上,划分为多个不同类型的虚拟网络,依照不同用户的服务需求,以诸如时延高低、带宽大小、可靠性强弱等指标来进行划分,从而应对复杂多变的应用场景。

事实上,网络切片在5G提出前,甚至切片这种叫法形成之前,就已存在切片技术,只不过没有如此显性化,没有统一、概念化,多通过相对比较固定、静态化的技术来实现,典型如QoS技术。

基于QoS的角度,将人们使用的丰富多彩的业务应用抽象为4种类型:

1.对延迟和丢包都敏感的业务——会话类业务(Conversational Class):

  • 语音业务
  • 在线游戏

想象下玩王者荣耀时,一个大招过去,卡了一下,结果自己已挂,对游戏玩家来说难以接受。

2.对延迟敏感、丢包率不敏感的业务——流类业务(Streaming Class):

  • 在线视频

偶尔有点失真可以忍受,不卡顿就行。

3.对丢包率敏感、延迟不太敏感的业务——交互类(Interactive Class):

  • 即时通信

实时性要求不高,晚到一秒问题不大。

5.4.对丢包率敏感、延迟特别不敏感的业务——背景类(Background Class):

  • P2P 下载
  • FTP 传输

挂在那下载,干别的去,谁知道什么时候下完。

3GPP中规定的1~9的标准QCI值,分别对应不同的QoS质量要求:

图2.QCI量化定义表

在4G EPS架构中,为确保不同的业务模型的网络传输质量,在缺省承载基础上,根据用户套餐及操作,会分别建立不同的承载,如VoLTE语音通话,CMNET上网等。

图3.4G EPS多承载模型图

由于移动通信领域较高的附加值,更昂贵的基础设施资源,更苛刻的用户体验以及更为完善的标准体系,QoS实际在4G EPS中实施较为彻底,落地较多。相对来讲,固网宽带就奔放了许多,对用户来讲,更多的感受只是上下行带宽多少,尽管很奔放,但带宽套餐模型何尝不是切片的一种呢。

提起网络切片基本专指5G网络场景下,5G网络切片提供了端到端完整解决方案。网络切片相比上述通过QoS等传统方式进行切片,它提供了更灵活、更彻底、可编程的切片能力,用于支撑复杂多变的业务场景。

网络切片和业务切片多数场景下是一回事,不同的网络切片用于承载不同的业务模型,然而业务切片倒不一定非要采用网络切片技术。类似5G网络切片方式在传统网络中实施几乎是不可能的,随着新业务的发展,传统网络仍然需要切片,典型如游戏加速、视频加速、出国加速等,它具备明显的业务特征,这里我们称为业务切片更为准确,它并未采用5G颠覆性的网络切片技术。业务切片的核心关键是:对业务的精确识别,借用某厂商的几句话:

  • 如欲控制核心,必先控制边缘;
  • 如欲控制边缘,必先控制应用;
  • 如欲控制应用,必先辨识应用。

业务识别是一把刀的话,那么加速网络就是砧板上的鱼肉,如何切片就一切那么顺其自然了。一旦能够进行业务筛选过滤,便可识别高价值业务并引流至加速网络,实现网络加速。

网络加速

每次网络重大变革毫无疑问均围绕加速产生。从电话接入到光纤到户,从程控交换机到SDN设备,从大哥大到5G,每次变革上网体验都有飞速提升。网络技术发展到今天,全球基础设施已比较完备,已实现全球高速互联。5G蓝图美好,但商业模式不清,投资回报充满未知,是要进行大刀阔斧革命式变革?还是手术刀式对症下药?

骨干网建设投资甚巨,现网存量业务复杂多样,牵一发而动全身,吞吐量巨大却无法基于业务实现定制化、高效、精细化调度。骨干网已全面IP化,具备长期持续演进的基础,5G的规模落地推广,和传统网络并不冲突,也不会取代传统网络,而会加速传统网络从奔放的管道模式走向精致的内容切片定制时代。

分别围绕固网和移动网络分别阐述下业务切片加速网络的构建。

固网宽带加速

众所周知的宽带提速是单纯的提带宽,比如100M提升至200M,实际上百兆宽带日常家用完全足够,百兆宽带也基本上全面覆盖了,国家目前也在推动千兆战略,这里不谈。时至今日,网络质量拼的并不是粗犷的带宽,而是每兆带宽的质量保障。

在家宽场景下,业务切片分流实施的位置有多种,典型如下沉至用户末端个人家用设备上实施分流。末端分流方案触角伸至用户侧,具备天然的用户敏感能力,但对业务的识别能力,用户能承担的设备成本或许是末端分流需要突破的关键。

图4.家宽末端分流加速

同样可将切片分流设施向上集中,旁挂方式部署于宽带核心设备BRAS或城域核心路由器CR旁。集中式部署,用户无感知,神不知鬼不觉大幅提升网络质量,但对分流设备处理能力要求极高,具备大网网元级可靠性。

图5.家宽集中式分流加速

再谈谈网络转型之下,家宽场景下网络加速的实施。SDN/NFV趋势下,家宽网元设备BRAS,OLT等都在向vBRAS,vOLT等转型。设备一方面虚拟化,一方面CU转控分离。转控分离之下,转发面逐步下沉更低位置,当下沉到一定程度,便可融合CDN,边缘DC,实现流量就近卸载,根本上解决网络加速问题。另,业务增值系统VAS(Value-Added Service System)将与BRAS-UP合设或独立部署,固网全流量业务流经VAS,VAS系统上实施业务切片,并引流至加速网络,简直天作之合。

图6.vBRAS业务模型图

移动通信加速

一直以来,在移动通信领域,由于其特殊的网络架构及经验教训,提到网络质量,基本都在关注空口侧,都归结于基站太少,信号不好等。围绕4G LTE的网络加速,多通过基站空口侧QoS、核心网EPS侧建立专有承载等进行方案实施。实际上,4G LTE网络同样拥有固网宽带所具备的网络质量挑战,只不过用户难以感知而存在感不强。
SPGW和BRAS在网络中所处的位置和作用并无不同,只是业务不同。在4G核心网侧采用集中式分流加速方案显而易见。P-GW终结完GTP报文转变为IP流量引至分流设备实施网络加速。

图7.4G EPS集中式分流加速

4G网络并不像固网宽带那样,有一台路由器设备下沉到用户家里承接流量接入。4G网络中末端分流实施网络加速,其载体相对来说较少,只能落地至终端手机等设备上。随着4G向5G过渡,基站eNodeB可旁挂RGW/DGW设备,建立上下文承载后,流量通过RGW/DGW进行就近疏导,而不经过漫长的核心网回传,大幅提升网络体验。

图8.4G EPS流量本地卸载

当本地机房资源不具备时,可通过RGW/DGW进行分流实现业务加速。

图9.4G EPS基站侧分流加速

4G移动通信网络实施网络加速,它的复杂性在于对每个阶段网络质量问题的界定,并不像固网那样相对扁平化。

当然,末端继续极化,在用户如手机、PC等终端设备上实施网络加速,可撇开固网、移动通信网络的不同,实现无差异化网络加速。

加速网络构建

扯了这么多,加速网络是整个网络加速效果内功核心,却一直没谈如何构建,图中也是一朵云带过,先埋个雷,下回分解。

结语

“小李神刀,冠绝天下,出手一刀,例不虚发”,天上地下,从来也没有人知道他的飞刀在哪里,也没有人知道是怎么发出来的。刀未出手前,谁也想像不到它的速度和力量。如果说接入段加速是对飞刀的锤炼,骨干传输段加速则是气运飞刀内功的提升,出口段加速则是飞刀出手一刹那对目标的精准把控。飞刀常有,而小李飞刀鲜有,血仍未冷,风云雷动……

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domi 发表于19-09-18
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