段晓东：从IPv6+到算力路由，开创算网一体新发展

从IPv6+到算力路由，开创算网一体新发展 中国移动研究院段晓东2023/12/12 通信网络正加速向新型信息通信网络演变 新型信息通信网络 通信网络 算力为核心的信息数据处理 网络为核心的信息交换 提供语音、短信、移动宽带等通信服务 提供计算、感知、智能、安全等一体化的新一代信息通信服务 架构范式 中国移动算力网络发展历程 中国移动深刻把握算力时代发展脉搏，发挥运营商网络领先优势，以网强算提出“算力网络”全新理念。两年来，继往开来、开拓创新，全力推进算力网络发展 算力网络是以算为中心、网为根基，网、云、数、智 、 安 、 边 、 端 、 链（ABCDNETS）等深度融合、提供一体化服务的新型信息基础设施。 ——中国移动《算力网络白皮书》 IP技术创新进入算网融合发展新阶段 互联网历经IPv4/MPLS、IPv6/SRv6(G-SRv6)发展阶段，网络能力从尽力而为向低时延、高可靠、确定性提升；数字经济的发展推动网络从连接算力向感知、调度算力演进，逐步进入算网一体的算力网络新阶段 借助IPv6技术创新，推动IPv6发展走向纵深，实现IPv6从研究实验到规模商用的跨越 互联互通 网络基础设施 借助移动网络换代机遇突破IPv6发展瓶颈，推动实现移动网络与IPv6同步发展，建成全球最大规模IPv6网络以“LTE、VoLTE和应用”三大抓手，突破移动互联网IPv6用户发展和流量牵引难题，移动网IPv6流量占比达60% 2借助以G-SRv6为核心的IPv6+体系构建，进入初步原创阶段 产业数字化和数字产业化升级推动网络持续迭代，中国移动从基础协议创新、业务应用创新出发，全面构建IPv6+创新技术体系，助力网络实现从带宽要素向确定性保障多维要素升级演进 围绕G-SRv6构筑国际标准体系，助力我公司在IETF贡献度跃居全球运营商首位、全球公司前列 2.1原创提出G-SRv6技术，引领国际标准发展 原创提出G-SRv6基础帧格式和转发机制，在支持现有SRv6所有特性前提下，彻底解决SRv6开销问题，成为 IETF SRv6基础标准，是我国在IP领域少有的基础协议突破 四大原创技术已申请专利，成功写入IETF国际标准 二维指针定位 压缩冗余前缀 利用IPv6地址格式规律，压缩后的G-SID仅含差异部分，解决SRv6报文封装效率低问题 扩展SI与原有SL结合形成二级索引，解决压缩SID定位难题，降低转发硬件实现复杂度 压缩标记 统一容器 识别SID列表中下一个SID是否压缩，解决SID转发编排联动问题 压缩SID和原生SID使用统一128位G-SID容器承载，解决异构SID兼容难题 2.2打造智享WAN算网服务平台，成为SD-WAN新方向 智享WAN是基于G-SRv6的新一代SD-WAN，围绕应用+安全+网络+算力布局多项创新技术，在BBF主导国际标 准立项，自主研发业界首个智享WAN产品，提供连接+算力一体服务 避繁就简：基于G-SRv6技术，整合Overlay和Underlay网络基础资源，提供算网服务 源路由VPN授权访问源地址路由过滤识别量子随机数增强加密 域名应用绑定SLA路径CPE灵活弹性调整策略使能应用级精细化运营 智能融合SRv6业务链安全、加速等增值服务拉通云内+云间新算网 Overlay/Underlay资源整合大网网络能力最优利用源地址推导穿越防火墙 2.3构建完整产业链，实现全球范围大规模部署 G-SRv6完成从概念到技术成熟的全进程创新，成为全球化规模部署的新一代IP网络基础协议， 跻身互联网基础协议族 构建G-SRv6百亿级产业链，关键技术纳入芯片内核 建成全球最大规模的G-SRv6网络，成为全球主流网络部署技术 实现了国家级骨干网路由器核心芯片自主掌控，形成包括国内外芯片、设备、控制器、测试仪表在内的国内外10余厂家全面支持的全球产业生态 在中国移动云专网、欧洲Orange、南非MTN、沙特STC等海内外运营商规模部署，全球多家运营商正计划引入 3.1算力与网络跨学科交叉融合创新，走向一体共生 算为核心，网为根基，算力与网络的融合体现在“以算促网”和“以网强算”两个方面，二者“双向驱动”，算网交叉融合创新成为发展新范式 算力发展需求 网络演进需求 Ø从通信服务向新型信息通信服务转变 Ø摩尔定律下单点算力面临性能瓶颈 Ø性能代际提升对算力提出更高要求 Ø多样性算力需要异构融通、互补协同 Ø单一速率范式制约网络规模发展 Ø泛在算力闲散分布，需要高效集约利用 研判：算和网已经呈现双向驱动趋势，为了进一步呈现整体的能效、性能和利用率优势， 需要算网一体化的系统思维和多学科交叉创新 算网一体=F(Computing,Network)必要条件：Network, Nomputing互相影响充分条件：F(Computing,Network) >=F(Computing)+F(Network)限制条件:有限的Computing资源，和有限的Network资源优化目标:=G(能效、性能、利用率) 3.2算网一体主要特征 算网一体原创技术深度赋能算网基础设施、编排管理、运营服务多层次一体化发展 设备一体 协议一体 架构一体 服务一体 网络和计算服务统一入口，通过能力的相互补充和调用，面向用户提供无感知的网络和计算服务 构建统一编程范式和异构算力抽象机制，形成一体编译链接、跨架构动态运行的基础软件架构，实现应用跨架构无感迁移 支持算力、网络、应用等多维资源感知和调度的新协议，可通过网络协议扩展并携带计算信息，或者定义新型协议 以外挂或内嵌/内生的方式，形成“算力感知”、“网络感知”或“转发即计算”的计算形态，构建异构融合的设备硬件 3.3构筑算力网络发展源动力，开创算网一体原创技术体系 算力网络是算网交叉学科创新的重大契机。为构筑算力网络发展源动力，开创算网一体原创技术体系，已形成一批标志性的原创技术 原创技术“5颗珍珠”：算力原生、全调度以太、算力路由、在网计算、数据快递 3.3.1算力路由：引领国际标准化突破 算力路由将算力因子引入路由域，实现网络和计算的联合优化，满足新型业务需求及算网资源的全局优化 技术路径分析 典型场景：Computing-Aware AR/VR AR/VR时延需要低于20ms保障用户体验，包括： 1.当前缺乏将计算资源与网络状态相结合的方案。 2.现有的解决方案通常为off-path，如DNS、ALTO或L4/L7负载均衡，查询地址/状态的时延随着协议层的升高而升高! •传感器采样延迟：＜1.5ms（客户端）•显示刷新延迟：≈7.9ms（客户端）•GPU的帧渲染计算延迟≈5.5ms（服务器）•网络延迟（预算）=20-1.5-7.9-5.5=5.1ms（网络） •观察1：计算延迟和网络时延在同量级 •观察2：仅根据网络或计算负载，总延迟无法满足 •观察3：根据两者选择边缘站点3，总延迟≈19.4ms 结论：算力路由将具备更高的性能 结论：流量调度时需要同时考虑网络和计算资源状态 历经4年，中国移动在IETF发起成立算力路由工作组(CATS, Computing-Aware Traffic Steering)，中国移动担任主席，是IETF路由域近10年由中国高校/公司牵头成立的两个工作组之一 3.3.2全调度以太：高性能新以太互联网络 中国移动联合产业提出全调度以太网（GSE)技术架构，创新以太网转发机制，实现三大核心机制转变 从“局部”决策到“全局”调度 从盲发+被动控制到感知+主动控制 从“流”分发到“报文”分发 从被动拥塞控制，到基于“授权请求和响应机制”的主动流控，最大限度避免网络拥塞产生 全局视野的转发调度机制，实现集中式管理运维、分布式控制转发，提高网络可用性 将业务流拆分到不同“报文容器”转发，提供逐“报文容器”负载均衡机制，提升带宽利用率 期待更多产学研合作伙伴加入GSE推进计划，共同开展四层（物理层、链路层、网络层、传输层）+一体（管理和运维体系）攻关 3.3.3在网计算：创新提出在网计算NACA架构 创新提出在网计算NACA技术架构，目标围绕拓扑映射、编程范式、计算实现、资源管理形成“四个统一”，全面提升 核心特征 产业发展挑战 应用场景竖井式 逻辑物理统一 NACA物理实现比传统计算实现方式更加亲和业务逻辑拓扑 面向分布式AI/HPC/大数据等应用需要设计专用系统，数据结构、数据类型实现有差异 通信原语统一 以统一的网络设备原语实现在网计算通信库，提升通用性 设计实现封闭化 目前只有Infiniband体系架构支持在网计算，但IB软硬件生态封闭，使用成本高昂 编程范式统一 为应用程序开发提供统一编程语言及编译部署模式 编程方式不友好 应用程序开发和网络设备编程有差异，应用开发者学习使用在网计算门槛高 网内资源统一 基于RDMA、CXL等高性能互联协议构建统一网内资源池 完善标准体系 凝聚产业共识 基于CFITI完成RoCEv2在网计算原型验证，通信密集型训练任务最高提速60%，带宽压缩1倍 总结与建议 •IPv6应用创新：借助IPv6与移动网的融合创新，推动IPv6发展走向纵深，建成全球最大规模IPv6网络 •IPv6+技术创新：依托G-SRv6原创创新，构建新一代IPv6+创新技术体系，成为全球主流部署方案，引领国际标准发展 •算力一体技术创新：提出算网一体原创技术方向，围绕算力路由、全调度以太、算力原生等原创技术全面突破，力争实现算力网络原创技术领先 IP技术领域作为信息通信技术创新的“塔尖”之一，需要极大、长期的投入和战略耐心。希望业内人士一起努力，在新的科技变革浪潮携手共进！ 中国移动愿携手各方推动算网一体发展，打造新型互联网基础设施 开放创新合作共赢