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2技术范式产业范式资源范式通信网络新型信息通信网络架构范式算力为核心的信息数据处理提供计算、感知、智能、安全等一体化的新一代信息通信服务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 中国移动算力网络发展历程——中国移动《算力网络白皮书》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。杨杰董事长提出“算力网络”概念与愿景成为“5G+算力网络+能力中台”新型信息基础设施的关键一环发布《算力网络技术白皮书》，提出十大技术方向提出新概念发布中国移动《算力网络白皮书》和发展倡议发布新理念融入新战略开创新方向算力网络子链组建14支攻关战队联合攻关产业问题组建新战队5G智慧中台算力网络发布《算力网络科技创新成果》，CFITI试验网与中国算力网、中科院信息高铁联合打造科学装置构建新装置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启动算力网络试验网CFITI 1.0，发布算网服务体系1.0打造新平台3 IP技术创新进入算网融合发展新阶段一阶段：IPv4/MPLS二阶段：IPv6/SRv6(G-SRv6)尽力而为 带宽共享质量保障 综合承载海量地址 低时延万物互联 高可靠三阶段：算网融合/算网一体算为中心 网为根基算网融合 算网一体 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4 网络基础设施核心网、承载网及全部网管、安全、DNS系统100%支持IPv6应用基础设施全部IDC、746个CDN节点、200+个移动云产品、31个云资源池100%支持IPv623个骨干直联点100%支持国内互通带宽29.4T国际互通带宽4.6T用户流量全网IPv6活跃连接数9.8亿移动网络IPv6流量占比60.2%固定网络IPv6流量占比20.4%互联互通借助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5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%数据统计截至2023年11月 2 借助以G-SRv6为核心的IPv6+体系构建，进入初步原创阶段围绕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G-SRv6基础协议创新G-SRv6业务应用创新智享WAN应用感知业务链网络切片G-SRv6帧格式、转发机制和控制协议重路由及保护基础OAM随流检测流量调优6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 2.1 原创提出G-SRv6技术，引领国际标准发展压缩SID和原生SID使用统一128位G-SID容器承载，解决异构SID兼容难题统一容器扩展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二维指针定位识别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标记利用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压缩冗余前缀7SLSIG-SID ContainerG-SID ContainerG-SID Container①②③③④PayloadIPv6头部SRH头部SID List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国际标准带动中国移动在IETF标准组织贡献度跃居全球运营商首位7 2.2 打造智享WAN算网服务平台，成为SD-WAN新方向G-SRv6云专网智享WAN统一控制器避繁就简：基于G-SRv6技术，整合Overlay和Underlay网络基础资源，提供算网服务G-SRv6CPE接入网云端到端G-SRv6+业务可视、可保障G-SRv6 Overlay接入网PE/PoP网PE/PoP云PE/PoP云PE/PoP应用感知 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 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 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 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 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8 2.3 构建完整产业链，实现全球范围大规模部署欧洲Orange沙特STC南非MTN伊拉克Asiacell印尼IndosatG-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设备控制器测试仪芯片构建G-SRv6百亿级产业链，关键技术纳入芯片内核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9 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网络演进需求算力发展需求Ø从通信服务向新型信息通信服务转变Ø性能代际提升对算力提出更高要求Ø单一速率范式制约网络规模发展Ø摩尔定律下单点算力面临性能瓶颈Ø多样性算力需要异构融通、互补协同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)算力网络能效性能利用率 3.2 算网一体主要特征设备一体以外挂或内嵌/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，或者定义新型协议协议一体架构一体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服务一体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 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数据快递突破广域传输性能瓶颈空芯光纤新型光纤介质与系统在网计算打破算网边界全调度以太突破无损以太性能瓶颈算力度量打破单维算力指标移动算力5G、6G新增计算面算力路由突破互联网架构协议存算一体突破冯氏架构算力原生实现应用跨架构迁移400G/800G超高速大容量全光网络G-SRv6统一IP承载协议算力卸载多算力形态统一底座算力并网实现算力供给侧改革新一代SD-WANUnder与Overlay协同算力解构应用模块化解构部署算力智能内生计算要素创智能服务空天地一体突破异构算网融合隐私计算安全数据分析计算应用感知应用类型识别OTN光电联动新型全光网架构全光接入新型接入网架构云原生敏捷高效体系总线互联卡间高速通信50G PON+FTTR新型接入网架构原创技术“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131. 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!技术路径分析L4 Scheduler L7 Scheduler Upper L7 Scheduler 重定向数据库查询L3 CATS随路调度结论：算力路由将具备更高的性能历经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AR/VR 时延需要低于20ms保障用户体验，包括：•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：流量调度时需要同时考虑网络和计算资源状态典型场景：Computing-Aware AR/VRCATS工作组会议CATS预计将产生系列创新协议CA-BGPCA-BGP-LSCA-OSPFCA-Netconf/yangCA-Restful/json 3.3.2 全调度以太：高性能新以太互联网络大模型以分布式训练为基础，通信开销导致GPU集群有效算力难以线性提升，网络成为AI算力“瓶颈”，亟需构建以新型以太网技术为基础，开放兼容、超高性能的新型智算中心网络技术体系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2023.11云网智联大会发布《全调度以太网技术架构》白皮书中国算力大会正式启动全调度以太网（GSE）推进计划中国网络大会发布业界首款GSE原型系统CCSA成功立项《全调度以太网总体技术要求》2023.62023.82023.92023.5ODCC冬季全会GSE工作组成立及第一次工作组会议14从“局部”决策到“全局”调度从“流”分发到“报文”分发从盲发+被动控制到感知+主动控制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LeafSpineSpineSpineLeaf213213213213213213拥塞21321321丢包GSE Header1GSE Header2GSE Header3 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