切片网络技术背景与优势解析：SDN、NFV、云计算与5G的融合
切片网络的技术背景及优势谈到切片网络或网络切片技术，这一概念是网络技术演进历程中的自然产物。网络切片技术在 2015 年左右被提出并深入研究。当时，物联网蓬勃兴起，云计算日益普及，大数据处理飞速发展，这些都对网络资源的灵活性和高效性提出了更高要求。网络切片技术作为能满足这些需求的创新方案，渐渐进入大众视野。需关注的是，切片网络的发展靠的是四项关键技术，其一为 SDN，其二为 NFV，其三为云计算和虚拟化，其四为 5G 网络。
软件定义网络（SDN）：网络控制平面与数据平面可通过 SDN 技术实现分离，这样能让网络控制变得更加灵活且可编程。这就为网络切片赋予了动态编程以及灵活控制的能力，从而使网络资源能够依据需求进行灵活的划分与管理。
- NFV 为网络切片赋予了将网络资源虚拟化成多个独立切片的能力。
云计算和虚拟化技术的发展为网络切片提供了技术支撑。虚拟化技术能将网络资源封装成独立的虚拟环境，为不同业务类型或行业用户提供定制化网络服务。
5G 网络架构在演进过程中，尤其是 SBA 架构的引入以及 SDN 技术的应用，为网络切片提供了关键的技术支持。SBA 架构使得移动通信系统的软硬件得以解耦，这让网络变得更加灵活，从而能更好地适应不同场景下用户的需求。SDN 技术通过软件定义网络的途径，实现了对网络资源的集中控制以及动态调整。
这几项技术在多种背景下逐步发展并逐渐成熟，这些背景包括网络架构的演进以及行业数字化转型的需求等。它们推动了网络切片技术进入商用阶段。切片网络的优势主要体现在以下几个方面：
切片网络具有高度可定制性，它可以依据不同的应用场景以及服务需求，灵活地对网络资源和服务进行配置，其中涵盖了带宽、计算资源、存储资源等方面，从而能够满足多样化的业务需求。
实现网络资源的共享和多重利用需通过切片，以此提高网络资源的利用效率。比如，不同切片能在同一物理网络基础架构上提供多种服务，这样能减少资源浪费。
切片网络的部署可基于软件实现，这样就规避了对物理基础设施的改造以及长期维护的需求，进而降低了网络建设的成本和维护的成本。另外，切片技术能让运营商依据实际需求灵活地调整网络资源，避免了过度投资。
广域切片网络的困境
切片网络在 2020 年开始商用化。行业内有多家厂商，它们具备深厚的技术实力和丰富的底蕴，并且积极做出响应。这些厂商相继推出了各自的切片网络产品。先行的这些企业主要把重点放在提供定制化的局域网络解决方案上。借助虚拟化技术的有力支撑，它们能够为用户构建多个能够自主定制和编辑的网络环境。然而，在广域网络这个领域当中，因为存在基础设施方面的条件制约，还有技术成熟度方面的条件制约以及市场需求方面的条件制约等多方面的条件，所以广域切片网络产品是相对比较匮乏的。
广域网络的构建成本高昂，维护起来也比局域网络困难，这是因为它覆盖范围广，基础设施复杂。所以，这类任务通常只能由有雄厚实力的骨干级运营商来承担。然而，运营商网络承载着巨大的数据传输量，并且承担着省际间的关键通信业务，这使得网络负荷极高。这就极大地增加了在广域网络环境中实施新技术（如切片网络）的可行性验证的难度。虽然切片网络技术在实验室和特定环境下已经有了显著的进展，但是在实际的广域网络中进行有效的验证和应用仍然面临着许多未知和挑战。
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企业客户和骨干级运营商在对切片网络技术的需求方面存在差异。骨干级运营商的需求更为迫切且多样化。其原因是运营商要支持各种类型的用户业务，而每种业务对网络性能的需求都不一样。家庭宽带用户主要关注的是带宽的经济性以及充足性；电竞爱好者对网络的低时延有着非常高的要求；数据中心业务既追求高带宽，又追求低时延和高可靠性；算力协同业务对带宽、时延、抖动以及可靠性等所有关键性能指标都提出了严格的标准。在当前商用网络环境里，虚拟专用网络以及 HQoS 等技术手段被广泛用于业务隔离和服务质量保障。然而，在精确控制时延和抖动等关键参数方面，却有着明显的不足与局限性。
切片网络的广域网验证
切片网络的广域网验证，需要构建在一个能覆盖全国乃至全球的网络基础设施之上。这样做是为了确保测试的全面性和代表性，进而能够准确地评估切片网络在真实应用中的性能与可行性。我国打造了一个大科学装置，即未来网络试验设施（CENI），并且已经完成了覆盖全国 40 个核心城市以及 133 个边缘节点的基础设施建设。整套系统的网络架构共有三层。
CENI 的物理层以覆盖全国的高速公路网为依托，构建了光纤链路，其总长达到 3.4 余万公里，从而为数据的快速且稳定传输奠定了坚实的物理基础。
CENI 的光传输层采用 OTN 系统，它能够支持单波 100G 的传输。该光传输层具备良好的扩展性，在未来能够平稳地升级到单波 400G。
数据通信层方面，CENI 的数据通信层运用了拥有自主知识产权的未来网络服务定制技术体系（SCN）。其四，含有智驱安全技术，能为网络通信提供智能化的安全防护。
这四项关键技术被加载在了 CENI 上，它们构成了 4 大能力，且这 4 大能力超越了传统互联网网络的能力。
CENI 能够依据 SCN 架构按需定制带宽、路由、时延、抖动等多个维度的指标，从而具备分钟级的按需定制网络服务能力，可实现业务分钟级自动化开通。
CENI 具有微秒级的确定性网络服务能力。传统互联网技术的转发特点是“尽力而为”，而 CENI 可通过确定性网络技术提供准时准确且确定性的转发能力。它与传统互联网链路相比，时延更小，抖动更低，丢包也更少。
CENI 具备千万级的多云互联能力，它能够将异构的以及不同厂商的公有云、私有云、行业云相互连接起来，同时实现标准化和统一化，从而为算网的调度和协同提供有力的支撑。
CENI 借助智驱安全一体化的未来网络新架构，能够达成“TB”级别的抗 DDOS 攻击能力。
基于CENI的切片网络
CENI 针对具体的用户和业务，能够借助 SCN 服务架构以切片网络的方式提供服务。CENI 创建的切片网络可依据不同用户和业务的个性化需求，基于城市节点、组网拓扑、带宽、时延、抖动等因素，提供一张独立的、隔离的、安全的且指标能满足需求的定制切片网络。CENI 部署了大网级的网络操作系统。它能给用户提供独立定制切片网络资源，同时也能提供相对应的切片网络操作系统，从而形成一张完整的可管控的独立网络。
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这切片网络的服务模式对传统运营商所提供的网络专线线路进行了彻底的颠覆。传统运营商提供的是孤立、点对点式的网络专线线路，而这切片网络的服务模式构建于一个更为灵活且互联互通的网络基础设施之上。通过这种方式，实现了网络资源的动态分配以及高效利用。
CENI 的切片网络技术的核心在于按需定制网络服务。CENI 选用了 SRv6 技术和 SR-TE 技术，将其作为核心，从而为用户构建出不同的网络切片。
SR-TE 是将 SR（ ，分段路由）当作控制协议的 TE（ ，流量工程）隧道技术，SRv6 是以 IPv6 转发平面为基础的 SR 技术。运用 SR-TE 和 SRv6 也就是分段路由技术，能把原本复杂的路由路径简化成一条清晰的显式路径。在这个过程中，网络架构被简化成了两个核心组成部分，分别是网络控制器和网络转发器。网络控制器的职责是计算隧道的转发路径，并且把与该路径严格对应的标签栈下发给转发器；转发器通过 BGP-LS（链路状态）与控制器建立起邻居关系，同时把它的 IGP 协议信息上报给控制器。转发器依据控制器的指令来执行转发操作。控制器拥有全局拓扑信息，所以能够更高效地依据 SPF（Path First）算法进行最优路径的规划。
这一方案与传统互联网运营商使用的 MPLS（Multi-Label）技术相比，它有两个优点。其一，能够简化当前的 MPLS 标签分发网络；其二，能够直接兼容并应用 MPLS 架构。在流量调度与保障领域，传统 MPLS 网络使用 RSVP-TE 技术，而 SR-TE 技术更注重减轻转发器的性能负担，它把大部分计算工作转移到网络控制器上，这样转发器就能专注于自身基本的发送和转发任务。
切片网络可以依据业务所需要的带宽、时延、抖动、丢包等这些指标项来进行匹配优化，借助网络操作系统来进行路径规划，从而为业务挑选出最为合适的传输路径。行业客户 X 要开通北京、南京、广州三地的网络业务。若采用传统运营商的服务方式，客户就得开通北京 - 南京、北京 - 广州、广州 - 南京这三条 P2P 链路。然而，借助 CENI 的切片网络服务，用户能通过大网级网络操作系统的界面，凭借分钟级按需定制网络服务的能力，选中要购买的北京、南京、广州节点，规划好访问控制列表，仅用 1 分钟就能完成上述城市节点的业务开通，无需繁琐地进行网络拓扑构建。选定起始点和终点，其操作习惯类似于导航软件中的那样。系统会自动依据路程、花费时间、拥堵情况等因素，进行多种路径的规划匹配，从而为用户提供多种出行方案。
切片网络的实践案例
江苏未来网络集团承担 CENI 的运营与产业化工作，致力于给用户提供更便利、高效的 CENI 开放共享服务。到现在为止，CENI 的切片网络技术已经顺利地赋予众多创新应用以力量，达成了高效承载的效果。接下来，挑选出了一系列有代表性的切片网络应用案例并进行介绍和展示。
算力协同网切片
未来网络依托 CENI 与某家国内头部 IDC 服务商展开深度合作。这家服务商在全国布局了超 20 个数据中心节点。它构建起了广泛的数字基础设施网络。为强化数据中心间互联互通与算力资源高效协同，未来网络利用 CENI 核心能力，为其打造了高效的算力协同网络切片。这张网络切片实现了全国范围内数据中心的对接，且是无缝对接。它凭借 CENI 确定性网络能力，保障了跨城市算力调度的精准性与高效性。CENI 具有分钟级服务开通能力，能为快速接入新增数据中心提供便捷性。其网络定制方案灵活弹性，完美适配了服务商对网络架构进行动态调整与优化的需求。
工业互联网外网切片
广大工业企业在数字化转型与升级过程中存在痛点与需求，未来网络借助工业互联外网切片，能够让企业实现设备云端互联，能够进行多协议数据采集与转换，能够实现多云业务统一部署，能够开展标识解析应用实践等，从而为企业的数字化转型之路打下了坚实的基础。当下，工业互联网外网切片网络已连接超过 1800 家企业，平台接入的设备总数有 2200 余个。该切片网络对接了国家二级标识解析节点，这令人振奋。这标志着该切片拥有了审核标识解析标识前缀的能力，能够为企业的数字化转型提供更坚实可靠的支撑。
切片网络是未来网络架构的重要组成部分。它具有高度可定制的特点，资源利用高效，成本效益突出。凭借这些优势，它正在逐步改变网络服务的格局。展望未来，随着技术不断进步，应用场景持续拓展，切片网络将在更多领域发挥关键作用，推动构建更加高效、智能、安全的网络生态。江苏未来网络集团将继续以国家大科学装置 CENI 为基础，发挥其在网络技术创新与验证方面的带头作用，为我国以及全球的网络技术发展贡献重要的力量。
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