论“电信网的IP化”与“IP网的电信化”

醉酒撩诗仙

中国联通网络技术研究院 曹畅

前段时间，受清华大学李丹老师邀请，结合自己多年来在国内电信运营商从事电信承载网科研和建设的认识体会，简单谈谈自己对电信网中的IP技术这一问题的见解，对比李老师发表的系列文章，颇有班门弄斧之嫌。本文的题目最终确定为：“电信网的IP化”与“IP网的电信化”，正是想体现电信技术和IP技术相互促进，电信界观点和互联网界观点相互影响的关系。为了相关的论述更加聚焦，在这里先阐明本文的几个原则：第一，本文只谈电信网，而不谈互联网和数据中心网络，虽然这两部分也和运营商的工作密切相关。关于这几张网的区别，请大家参考李丹老师“互联网技术漫谈”系列文章。第二，即使是电信网的IP技术，其部署场景和技术体系多年来也十分庞杂。首先从部署场景而言，本文主要聚焦在大量采用MPLS VPN技术的移动承载网和骨干VPN网络（例如联通的IPRAN网，承载A网），而不过多的先容未大量采用MPLS VPN技术的互联网业务承载网等（如联通的China 169网）。从技术体系上来看，为简洁和突出重点，文章对电信网的IP化问题分为过去、现在和未来三个阶段，每个阶段只写一件个人认为极具代表性的事情，对三个阶段的划分，暂且可以认为过去对应着移动通信的3G时代及以前，现在对应着4G和5G的今天，而未来则对应着后5G乃至6G时代。第三，考虑篇幅，这里不谈相关技术细节，而是把技术整体作为一个维度，与商业利益、市场需求等维度一起，综合起来谈一点自己的认识。

1 过去：IP与ATM之争

上世纪80年代末90年代初，当时的国际电联ITU给出了下一代电信核心交换网基于ATM技术实现的建议，相比当时还主要是在局域网和企业网领域应用的IP技术，ATM比IP有着更好的安全性，更好的QoS控制，OAM手段等，但关键问题在于，后来业务的发展，特别是互联网业务的发展超乎ITU的预料，IP技术最大的特点就是灵活，实现简单，其设备成本比ATM要低，任意业务都能在IP层上传输，IP也可以架构在任意底层的传输层技术上。在这个基础上，用IP技术可以实现统一的网络承载，这样有利于设备商降低成本，IP设备的成本降低后对比ATM的优势也就愈加明显。因此可以说，IP最终战胜ATM，其核心原因是IP技术“尽力而为”带来的成本优势，而随着IP的应用领域不断扩大，其庞大的产业链又反过来促进了IP技术实现的成本持续大幅降低，可以说实现了正向循环。

IP技术战胜ATM，可以说主要解决了电信业务在交换方面的问题，但是在更加体现“管道”特性的移动回传领域，SDH/MSTP技术的应用仍然贯穿了整个移动回传网的2G时代。直到2006年之后，随着3G的快速到来，运营商才开始考虑在移动回传领域利用分组化的IP技术来替代SDN，这个的核心驱动力也是成本。但是要实现这个目标，仅凭借纯IP技术本身“尽力而为”是不够的，需要MPLS，BGP和VPN等技术的加持。对这几个技术的详细情况本文不再概述，这里简单给出结论：MPLS技术帮助IP实现了部分类似ATM的特性和QoS（服务质量）保证，BGP帮助IP实现了真正意义上的跨大网广域互联，而VPN技术配合MPLS使用则实现了电信业务之间的软隔离，因此在这一系列技术的加持下，IP才最终确立了其在电信承载网中的统治地位。同时也可以看出，在电信承载网中的IP技术，同时吸纳了很多电信级业务保障的特征，就拿MPLS来说，也有很多ATM技术的影子。

在这个阶段，电信网的IP化体现在IP技术在电信级业务的交换和承载领域逐步并最终占据了统治地位。而IP网的电信化体现在IETF接纳了电信行业对IP技术改造的需求，输出了以MPLS VPN技术为代表的一系列RFC，从此以后，IP技术不光是Internet protocol，也成为了network protocol的重要组成部分。

2 现在：SDN在电信网的应用

近几年来，SDN技术在电信行业得到了大量的应用，SDN的技术细节和应用案例这里不做探讨，但是从目前SDN在电信网中的应用来看，主要集中在北向接口能力开放方面。即对运营商而言，SDN更多的解决的是多域协同和多业务编排问题，其与IP协议本身的创新没有特别大的关系，但确实通过部署SDN网络，带动了电信运营商的基础网络建设，以DC为中心来设计网络，在云DC和骨干网之间建立更多的连接，部署更多的POP点，网络与云数据中心之间更多的直连打通，这些措施与SDN协同编排的能力融合到一起，显著提升了电信网络对云服务的支撑。

在控制层之外，目前来看另一个会对运营商网络进行较大改变的技术是分段路由（Segment Routing，SR），SR技术的本质是源节点算路+关键节点选路，该技术继承了网络控制的必要性，但又相比传统的资源预留和分布式信令降低了控制的冗余性，可以说是更多的去掉了ATM的色彩，而变得更加IP原生，这个和近年来网络集中控制的趋势发展也是分不开的。

在这个阶段，电信网的IP化表现在网络开放方面，应该说作为一种源于Internet互联网的技术和其自身瘦腰架构的定位，IP技术的开放性一直比传输、无线等电信业“基因”的技术要好，随着近年来大型公有云商的云服务发展，面向云的网络能力开放对运营商变得尤为重要，所以SDN技术才能大放光彩。而在IP网的电信化方面，主要表现在IP协议中各种OAM（网络运行维护管理）功能定义在IETF的提出和完善，应该说移动回传领域以IPRAN为代表的网络运维需求是其主要的因素，增强的OAM功能标志着IP技术作为network protocol日益完善。

3 未来：今后IP层的创新方向展望

写到这里，笔者想结合New IP、未来网络等技术谈谈对电信承载网未来发展的看法。从前文的论述可以看出：

第一，从过去来看，电信承载网引入IP的驱动力主要是成本。在保证业务质量还可以接受的前提下，通过IP技术“尽力而为”的特性来降低网络建设成本，并辅之以网络轻载来避免IP报文的拥塞排队等。如果不是为了降低成本，那么仍然选用SDH等技术来做业务承载，质量上要比IP好的多，更没有当今要讨论的确定性IP等问题了。

第二，从现在来看，电信承载网增强IP能力的主要驱动力是开放。通过SDN等技术创新，电信承载网构建编排系统，就可以结合业务需求，更便捷、更有依据的配置IP的网络属性，可以实现云和网的协同。通过网络能力开放，电信网增强了与业务特别是与云服务业务的直接对接能力，可以说是实现了第一阶段未能实现的业务驱动。

第三，从未来来看，提升IP运维管理的智能性和网络服务的确定性，将成为降低成本和能力开放之外的另外两个重点。5G到来之后，随着电信网络和垂直行业网络的不断融合，电信业向垂直行业的渗透，IP协议需要由network protocol进一步走向vertical network protocol。相比之下，IP协议较各种垂直行业的网络协议有两个突出优势，首先就是全球强大产业链带来的成本优势；以及便于和各种第三方上层应用、底层技术对接带来的开放优势，这个和之前IP技术在电信网中能够取得成功的道理是一样的。但是，相比其他电信网技术和垂直行业网络技术，可以说IP的运维方式有待持续提升，而确定性服务能力则是更大的短板。

随着IP技术的应用范围不断扩展，从运营者自身而言，传统的人工运维、手工配置的方式不可能去经营这么多类型，多区域的网络，因此也需要结合大数据、人工智能等技术，从电信化运营的角度出发，不断增强IP技术运维的智能性，使网络也能够逐步实现“自动驾驶”和意图驱动。

同时，面对工业制造、车载通信等比电信业更加苛刻的网络需求时，IP性能上的劣势也进一步被放大了。因此，目前许多IP新技术的研究都是集中在提升IP服务质量、甚至以实现类似SDH等电路交换技术带来的网络确定性保障为目标。这个背后，电信设备制造商和运营商是重要推手，因为这个目标一旦实现，将极大的扩展电信网的施展空间，甚至实现对传统垂直行业巨头的“弯道超车”。

但是在笔者看来，IP提供确定性服务还需特别注意以下两点：

首先，必须注意到电信运营商运营的是一个综合的网络而不仅仅是IP网。即网络的服务质量的保证，以及实现的难易程度必将是在多层网络，多种技术的竞争下来对比的，切不可只看IP层的技术革新。近年来，相比之下，电信网底层有传输层，链路层的技术创新，如Flex OTN，TSN等，上层有RDMA，以及以SD-WAN为代表的业务层overlay技术创新，对IP而言可以说是前有堵截，后有追兵。IP层必须要找到其自身提升服务质量所特有的差异点。

其次，在提升IP确定性服务能力的同时，切不可对IP技术做翻天覆地的修改，使其丧失了成本优势和开放优势。可以说，成本，开放，确定性，是一个铁三角，IP技术的创新需要在其中找到一个平衡，因此，笔者认为源于IP，高于IP才是未来的出路。从国内网络5.0产业联盟，国外ITU-T，ETSI等组织近来的一系列行动来看，产业界对此还是有一定共识的，因此笔者对此也持乐观的态度，相信IP协议一定可以在未来电信业和垂直行业中有更广阔的天地。