联通对下一代网络技术的探索与实践

　　联通作为在这一领域的后进入者，一个在人财物都处于弱势者来说，下一代网络的目标无疑对我们具有格外的吸引力。
　　从1999年起，我们就在思考、探索如何走一条新路；而最困扰我们的是没有现成的技术可以用来做建设统一的网络平台的参考；当时正值互联网技术铺天盖地，被鼓吹的无所不能，但是我们清醒地认识到以路由器技术为主体的互联网技术是无法满足传统电信业务对QoS的要求，尤其是语音、视频业务，更无法保证端到端通信的业务质量。我们的顾虑很快得到了证实：1999年初，信息产业部先后批准中国电信、中国网通、吉通公司进行VoIP实验；1999年4月3日，中国联通最后一个获得进行VoIP实验的批准。按照信息产业部要求，联通要在6月底前开通业务，年底进行总结，而且要求在公众互联网上进行实验。为了保证语音质量，我们提出了在可控制、可管理的互联网上提供VoIP业务的决定；因为当时的联通除了移动网之外，什么都没有，是一张白纸，为了开展VoIP语音业务，我们必须要重新建立一个网络，因此实际上联通的实验网是一个VoIP的专网，当然是可以控制，可以管理的了！最后实验的结果是我们所预料到的：联通被测试评比为第一名。事实证明在公用互联网上无法提供有质量保证的语音业务。有了联通成功的经验，所有运营商都决定重新建设专用网络来承载VoIP业务。有人说“联通是歪打正着”，其实我们心里很清楚，每种网络都有它自己的特点，不同的业务肯定需要能够提供不同QoS服务质量的网络，这次成功自然不是意外的了，应该说我们是“正打正着”。
　　就在大家都决定重新建设专用网络来承载VoIP业务时，我们又大胆提出：联通将按照下一代网络技术的要求，建一个统一的分组化的网络平台来提供多种业务，包括语音、数据、互联网、视频会议、可视电话、甚至部分移动业务。这一设想在当时来说，无疑面临着众多的挑战和风险；我们当然考虑了风险，但是我们更关心的是：网络建设的投资回报周期、向用户提供更多元化业务的能力、网络的维护成本。在权衡众多关键性的因素之后，我们选择了风险之路，可以说是“逼上梁山”。
　　技术方案的选择
　　电信运营公司选用怎样的技术来建设网络，主要是根据网络所要提供的业务定位来决定，如：纯IP的业务选路由器技术，纯传统数据业务(如帧中继、电路仿真等)则选ATM技术；另外，就技术而言，并不存在哪种先进、哪种落后的问题，更不是舆论炒作的那样，不选路由器技术组网似乎就要犯方向性、战略性的错误似的。联通的统一网络平台的定位是向用户提供包括语音、数据、互联网、视频会议、可视电话、甚至部分移动数据等综合业务；之所以有这样定位的考虑是：
　　1.语音业务仍然是电信运营公司的主要收入来源。
　　2.尽管数据业务，尤其是IP的业务收入远远比不上语音业务的收入，但是其用户量和业务量持续地在快速发展着，说明其自身价值仍然很高，已经成为社会以及人们生活中不可缺少的部分。
　　3.随着ATM技术的成熟，许多运营公司的网络已经达到了电信级的水平，帧中继、电路仿真等越来越受到金融、税务、保险以及各大、中型企业的青睐。
　　4.可以自己控制、操作、经济方便的会议电视系统是许多企事业单位迫切需要的，尤其是可视电话业务是广大用户盼望几十年，多次寄予期望却又落空的一种业务，同时这种业务也是解决目前大多数电信运营公司消化不良，带宽资源过剩的灵丹妙药。
　　5.移动数据业务：随着CDMA 1X在全国范围内的升级，一个有安全质量保证的网络是业务发展的重要基础。

　　以上这些业务的定位并不是异想天开，而是目前业务发展的必须，关键的问题是我们是否有能力去实现在一个网络平台上同时提供以上的业务。我们都知道，路由器技术是尽力而为的QoS机制，无法保证像语音、视频等实时性业务，而ATM技术却又难以适应IP业务的迅猛增长。而我们当时对技术方案选择的最大难点在于：
　　* 如何在数据网上承载大量的语音、视频等实时性很强的业务；
　　* 如何在一个网络平台上同时提供各种不同质量要求的多种业务；
　　* 如何设计一个适应中国覆盖面如此之大，用户数量如此之多的网络和网络的扩展性、可靠性以及服务质量的可保证性。
　　经过反复比较分析、调研、论证，最后我们选择了ATM+IP的技术方案，而且通过MPLS技术解决了其中诸多的疑难问题。
　　网络关键技术的解决
　　1.网络设计
　　由于该网络业务类型多、规模大，所以网络的设计就成为一个十分复杂而重要的问题，因为它直接影响着网络的稳定性、可靠性和扩展性。当网络同时用于支持数据、语音、视频和传统的电路业务时，这些业务均有不同的带宽、时延、抖动和丢包率的要求，即需要不同的QoS级别。因此网络需要能够为每种业务提供相应QoS级别的端到端的路由。路由不再是简单的物理拓扑，路由决策必须基于一系列的约束机制，以达到良好的网络特性，如：故障自动迂回、策略路由和负载均衡等。另外路由设计还必须高度有效，使得网络能支持更多的虚拟电路(VC)连接。从网络设计的目标来讲，统一多业务的网络要求从路由和管理两方面将FR、ATM和IP/MPLS等各种类型的业务真正实现无缝的融合，并能非常容易地扩展MPLS流量工程。网络路由设计主要包括：
　　* 反映物理拓扑和QoS状态的拓扑数据库；
　　* 基于扩展OSPF的网络拓扑数据库分配算法；
　　* 基于QoS约束条件的最佳路由算法。
　　网络路由设计的一个重要决策是我们采用分区设计的原则，这是由于OSPF是由交换机互联的网段的连续集合，最多只能容纳400个交换机和1000条中继电路；尽管这在当时已经能够满足需求，但是考虑到未来的发展，必须采用分区的设计原则，这样可以使网络接点扩展到1000个以上，10000个以上的中继电路是在保证网络稳定性的前提下，提高网络扩展能力主要举措。另外，分区的设计原则还带来如下的好处：
　　* 减少交换机路由链路状态数据库大小。
　　* 减少网络路由协议流量。
　　* 降低CPU负荷，这是因为交换机主控卡和接口卡周期地使用Dijkstra算法计算路径数，随着接点数和中继量的增加，该计算将会明显增加CPU的利用率，该网络使用的Dijkstra算法开销为O(Lklog(n))，其中L为中继链路数量，n为接点数量，将路由域分成了多个OSPF分区，因为Dijkstra算法局限于交换机所在的OSPF分区，减小L和n的大小，则降低了路由计算的开销。
　　* 降低了内存损耗。
　　* 避免了中继震荡对网络稳定的冲击。
　　任何事情都有正反两方面的作用，路由分区设计的原则搞不好也会带来负面的影响，主要有以下两点：
　　* 可能的非有效路由，因为详细路由经过汇节点时将丢失，当主叫和被叫节点分别属于不同区时，主叫交换机或许不能发现最佳路由；
　　* 逐段的连接建立和可能的失败后重试(Crankbank)，增加了呼叫建立时延。　　通过我们精心设计，不断优化，目前我们的统一网络平台已经呈现出非常好的网络特性。
　2.网络拓扑结构设计
　　网络拓扑结构设计的原则是在满足网络容量要求、性能要求、安全要求的前提下通过布置交换机的位置、种类和数量，以及中继线的带宽与数量以使网络建设投资最省；不同时期由于交换机的价格和中继线路成本比例不同，其拓扑结构计算模拟出的结果也会不同，下面就对网络性能、安全性和网络增长方面作以说明。
　　网络时延：
　　网络时延是一个不仅影响用户服务质量，而且也与网络的能力有很大的关系，网络时延主要来自传输时延，交换处理时延和交换机进出口串/并和并/串口变换带来的时延，因此端到端的时延主要来自于所经过交换机的数量以及所经过电路的带宽大小及长度，所以拓扑结构设计的目标之一就是决定任一对用户建立呼叫不超过所经过的最大接点数(n)。
　　网络安全：
　　网络安全的指标就是同时坏几个节点、几条中继电路，不会出现全网瘫痪。这是一个很重要的问题，尤其是同时坏3个以上的节点和多条中继电路，要保证网络不瘫痪，就有一个十分复杂的设计问题。
　　网络增长：
　　网络总是要不断地扩大、增长的，如何使得每个分区有足够的能力容纳更多的交换机，当网络增长时，尽量避免拓扑结构重新设计也是个很重要的问题，使得每个分区的节点数和中继数相对均匀，以保证网络的稳定性。
　　3.多协议标记交换(MPLS)技术的应用
　　采用什么技术来实现ATM+IP的融合，从而来实现在一个网络平台上方便地提供不同类型的业务，经过反复研究，我们把目标锁定于MPLS技术。1999年做出这个决定是有很大风险的。尽管当时许多标准尚未完成，而且业界有许多不同的看法，但我们比较分析的结论是：惟有MPLS技术才有望解决有关问题。现在，IETF和ITU已经把MPLS作为运营级多业务承载网的核心技术，同时也得到许多运营商和设备厂商的广泛支持，如2001年，美国某咨询公司对五家最大运营公司的CTO进行问卷调查中，MPLS是唯一被5家公司打了5分的技术，即最重要最紧迫的技术。但是，截至目前大都停留在实验或小规模试用阶段。
　　联通的MPLS不仅在边缘节点进行路由决策，并通过标签方式为IP数据流提供端到端的显示路径，实现MPLS的确定路由。对于联通多业务网络还具有以下特点：
　　* 把不同的IP数据流影射到不同QoS的标记交换路径(LSP)上，使不同的IP业务具有不同的QoS，如策略QoSLSP(PolicyQoSLSP)、按需的QoS LSP(QoS on Demand LSP)和尽力而为的QoS LSP(Best effort QoS LSP)。
　　* 充分利用交换机具有的高度智能性，高度的路由迂回功能，在局部设备故障时不会影响到通信质量，而路由器只能提供IP层的路由功能，不具备带宽的迂回，无法保证业务质量。
　　* 由于中间节点不对第三层(IP层)数据进行处理，路由时延大大减小。
　　* 可以灵活地提供VPN功能，即在一个物理网络中把不同的IP端口可以组织起来形成逻辑上不同的、独立的IP交换网络，同其它IP端口隔离开来，为某个用户组提供专门的服务。不同IPVPN使用独立分开的路由表，不同的IPVPN标识，因此安全性好。增加IPVPN只需要通过网络对交换机配置就可以完成，不需要任何外部设备。联通正是利用这种灵活的IPVPN设计才能使我们的统一网络平台实现同时提供多种业务。如我们的VoIP语音网是一个有可控带宽机制，有较高QoS级别的IPVPN，而165互联网则是一个尽力而为的IPVPN。在我们这个统一网络平台上，不仅可以对各种业务网提供不同层次的IPVPN，而且还向企业、政府部门、事业单位、金融、教育等行业提供各种不同质量、不同业务要求的IPVPN业务，国外的咨询公司分析预测，今年IPVPN业务将有40%的增长。　* 联通的MPLS是采用虚拟路由(VR)技术来实现IPVPN的，即交换机通过运行OSPF进程和交换机的端口构成路由器，成为虚拟路由器，所以联通所谓的ATM+IP的网络平台并非是由ATM设备再加上路由设备构成。这种网络设计使得整个网络投资大大节省。
　　实践结果
　　从1999年开始策划、调研到2000年正式开始设计与建设，当年建成覆盖全国200多个城市的统一网络平台，并在当年开通全国的语音业务、互联网业务和数据(帧中继、电路仿真以及VPN)等业务。
　　1.网络规模及业务
　　目前，统一网络平台已经覆盖330个城市，已经在全国开通的业务有：
　　2.网络质量
　　数据业务：从2000年下半年至2002年6月，在中国建设银行、中国电子科学研究院、新华社等机构先后对几家电信运营公司的数据网评测中，中国联通均获第一。　　VIOP语音网：在信息产业部委托传输所、广东电信管理局、福建电信管理局对国内几家运营公司的网络的历次评测中，中国联通均获第一。
　　互联网业务：在信息产业部组织的两次互联网业务用户满意度评测中获第一。
　　3.投资效益
　　由于采取建立统一网络平台的方针，避免了一个业务建一个网络所带来的重复投资和投资回报周期长的弊端，实现了当年建设，当年开通运营，当年赢利的业绩。而且，随着业务量的增大其效益越来越明显，2002年营业利润达12.6亿元。并为今后的网络维护带来了极大的方便和成本的节省；更重要的是在这样统一、开放的平台上开展新的业务、新的应用，会非常迅速、方便，使的中国联通为用户提供真正一揽子的全业务服务成为可能。
　　结束语
　　我们在网络技术分组化、业务综合化、功能层次化等下一代网络技术方面取得了重要突破，是一次成功的实践。所带来的效果也十分显著，如在抗击非典的过程中我们的网络就突显出它的方便、灵活、适应性强的特点，当我们决定向全国卫生系统捐赠视频会议系统和可视电话系统时，仅仅用了三天的时间就将北京、上海、广州、呼和浩特、太原五个城市开通，半个月的时间开通了全国各省市的系统，对指挥调度全国防治非典发挥了重要作用。为了对今年参加高考的学生奉献一点爱心，我们也仅用了一个星期的时间就将全国近100个教室2000多名学生由全国的知名教师进行远程高考前的辅导和答疑，而且是可视的、互动的，效果非常好。这对传统的网络来说是很困难的，这一切都得益于先进的网络设计。这一切看起来似乎极其平常和简单，但实际上我们经历过多次失败的磨难，多次出现山穷水复疑无路的境况，但经过广大干部职工以一种不屈不挠、不服输的精神，终于赢来了柳暗花明又一村的景象。这一切都得益于联通有一个好的环境，有一支好的队伍，有一个好的领导集体。
　　我们的工作远没有结束，我们仅仅是开始，新的目标又在等待我们去实现。

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