400GE燎原前夜,智能IP网络的核心路由器巅峰际会

智能技术所描绘的一系列宏伟蓝图,都离不开新一代IP网络的支撑。

根深叶茂的网络基础设施革新,自然是无法一蹴而就的。作为各种数字业务的核心载体,IP骨干网络就自然站到了升级的第一线。

原因也很简单,万物智联浪潮的一路高歌猛进,让传统IP骨干网正面撞上了暴涨的流量、异构化的数据,以及千奇百怪的新应用连接需求,其局限性越来越充分地暴露了出来。

而骨干网络想要升级,核心要塞——骨干路由器就成了一颗必须摘取的产品明珠。但这一战略高地,也是最能衡量厂家技术标杆的绝对领域,并不那么容易拿下。

如今,100GE网络技术已经大规模部署,向400Gb/s速率的400GE技术进发,就成了骨干路由器(又称核心路由器)必须肩负的时代使命。

这条产业之路的攀爬究竟有多少艰难险阻?路由器端口速率的提升,又为什么对通信产业乃至智能经济的发展如此重要?

星火燎原的前夜,万物智联的骨干网变局

在寻找核心路由器的破题方法论之前,我们不妨先将变局中的重要“已知条件”一一罗列出来。

目前来看,解答这道“综合大题”需要注意三个前提:

1.暴涨的流量

作为现代社会最重要的信息基础设施之一,互联网要求核心层设备必须具备“大容量、可扩展”的特性,以满足多种业务的传输需要。而5G商用落地、企业上云浪潮、人工智能激变,以及网络数字生活的无处不在,都让运营商骨干网络面临着前所未有的挑战。

不仅上网并发率、业务流量和带宽需求全面增长,大数据、物联网、云计算等新技术还不断挑战着IP网络的承载上限。

IEEE带宽评估报告称,每秒将会有100万分钟的视频内容流经网络,网络带宽尤其是骨干网带宽每18个月翻一倍,到2020年年底,全球IP流量将达到每年2.3ZB。

带宽的几何级数增长,骨干网络自然也需要与时俱进,使得运营商往往扩容工程刚刚结束或尚未结束,就需要准备下一期扩容,频繁升级对网络/数据中心的自动化、智能化管理也带来了更大的挑战。

  1. 跃升的成本

早期IP网络只需要考虑连接、传输等通用功能就可以了,但今天网络业务场景的创新叠出,大量新兴业务对网络带宽提出了更高的要求。

对于运营商来说,借助通信网络技术创新来实现更高效率的超高速传输,就刻不容缓了。

举个例子,随着4K、8K高清视频,以及直播、VR游戏、远程医疗、自动驾驶等影像应用,其资源量级非常大,也就需要更多的带宽支持、更大的存储空间。

同时,为了保证业务的稳定性,实际运营中还需要成倍数量级的网络带宽资源来保障运行安全,这些都将带来运营商成本的快速增长。

如何提升运营商的规模化边际收益,通过IP网络技术创新继续降低建网成本就至关重要。

3.运维的挑战

IP骨干网络的不断升级与扩张,直接带来的就是设备容量和数量增加,运维人员需要配合运营商的业务需求等进行不断地部署和调整,不仅费时费力、投资巨大,还可能会严重影响其他业务的推广与网络演进。

如果按照传统的运维模式,随着网络连接数增加,网络故障带来的损失也会成倍增加,这也是运营商的不可承受之重。

在这一时间节点,想要托举起千亿级“新基建”的时代大幕,面向智能时代的的400GE骨干网就闪亮登场了。

而要让超大带宽IP网络成功落地产业,点燃万物智联的宏大未来,核心路由器是至关重要的基石。

ICT的隐秘角落:作为IP网络基石的核心路由器

从上世纪90年代末,“核心路由器”一词被广泛使用以来,它就代表了当时最大、能力最强的路由器。作为金字塔顶尖的技术,核心路由器的进化也伴随着网络的发展方向不断演进。

2010年100GE网络开始规模部署,十年一代,400GE产业的变更节点,已近在咫尺。这一次,IP网络与智能技术的相遇,也碰撞出了核心路由器进入400GE的火花。

那么,400GE究竟代表着什么呢?

1.更高的性能

网络流量的发展速度远远超过设备容量更新的速度。有相关统计显示,互联网流量每12个月增长1倍,而路由器的容量每24个月才增长1倍。

过去几十年间,端口速率从100M、GE、2.5G、10GE到当前主流的100GE,不断成长,以便能更好地适配网络流量的增长需求。

100GE端口应用部署的契机,是IP视频业务需求的崛起。网络游戏、在线视频、视频通话开始兴盛,将运营商和企业网络带入了全面IP化阶段。

如今,IP骨干网又进一步对核心路由器提出了端口容量两年内翻一番的升级需求,100GE端口光纤多、规划困难、配置复杂、维护工作量大等问题日益凸显,成为整体网络的瓶颈,引入下一代端口技术就成了必然。

站在骨干网升级的十字路口,400GE作为核心路由器下一代端口的理想技术,被时代选中了。

(华为NetEngine 5000E-20 2+8集群路由器)

2.更高的效率

相比100GE路由器产品,400GE帮助运营商降低建网成本上,显然具备了明显的优势。

首先,400GE产品在空间成本上就有直观的体现。以400GE产品为例,一个400GE端口相当于4个100GE端口,用户侧光纤资源可以减少75%,在板卡数量、机框数量、供电、机房空间都更有竞争力。

其次,400GE高速光模块采用PAM4编码技术,采用4个不同的电平来传输,在高速信号互联场景中,可以使传输效率提升一倍,这意味着光模块可以在现有成熟的25G光器件速率、最小化光路数量的情况下,实现400GE的传输速率,大幅降低建网成本,同时相比100GE光模块单比特功耗降低15%以上,这也为取代100GE奠定了规模化商用的基础。

3.更简的运维

除了成本、节能方面的考量,运维效率也成为核心路由器亟待更新的关键指标。

骨干网面对的业务与数据日趋多元与复杂,直接提高了网络运营和管理的难度,有数据显示,网元的形态、数量、业务多样性,将网络的复杂度提升了至少10倍。其中80%的配置靠人工下发,90%的问题处理靠用户投诉驱动。

这种局面既让IP骨干网络越来越复杂,同时也容易“一发而动全身”,产生时延抖动大、流量不均衡拥塞丢包等问题。

所以,运营商对运维效率的诉求达到了前所未有的高度。

采用单端口400GE,一方面可将路由器端口相对100GE数量减少75%,很好地解决并行链路负载分担不均、规划复杂等问题,将端口配置工作量减少75%,直接简化运维过程。

另一方面,通过AI技术创新,让核心路由器具备自动化运维能力,比如支持链路的智能检测和网络状态的预测,通过智能的主动防御有效阻止网络攻击,以及在出现异常时可以自动恢复等等,都能够有效提升骨干网的运维效率。

话说回来,400GE这么好,为什么从标准研究到商用部署走了十几年的时间呢?答案是,为了让大家用上优质优价的400GE网络,产业链的成熟是必经之路。

那么当下,属于核心路由器的400GE时代真实到来了吗?目前看来,几大基础条件已经俱备:

首先,是技术价值的锚定。

跟随网络发展与现实业务的诉求而动,是核心路由器进化与部署的公开秘密。如今,8K高清视频、在线游戏、AR/VR等需要超大带宽支撑的新数字产业蓬勃崛起,处于金字塔顶端的骨干网也就需要更强大的核心路由器来支撑,彻底升级到400GE时代。

无论是需要更高密度数据中心的云服务商,还是面对流量洪潮的电信运营商,以及大型园区等环境中的宽带网络,都将400GE看做是当前的最佳解决方案。

商业价值的清晰化,是核心路由器迎来400GE的前提条件。

其次,是产业标准的先行完善。

任何一项新技术的规模化商用,都需要率先确定标准。比如2010年6月,IEEE正式批准了802.3ba标准,就标志着40G/100G商用之路的开启。

而早在2013年年初, IEEE802全体会议上正式决定400GE项目建立,标志着400Gb/s速率标准化工作正式启动。2017年12月,新的IEEE 802.3bs以太网定义标准被批准,其中就包括400GE。至此,400GE标准全面成熟,具备了支撑大规模商用的能力,成为业界公认的下一代以太端口技术。

最后,是产业链企业的推动。

运营商都是最新款的核心路由产品的积极测试者和使用者。

100GE时期,标准获批之前,主流网络厂商的单端口100GE单板就已经迫不及待地上市了,而运营商们也都迫于网络升级压力急于部署100GE网络,根本等不到新一代产品上市。

据第三方分析机构对400GE的预测,400GE光模块发货量预测将高速增长,在2019~2023 CAGR达158%。

可以说,市场价值、产业标准、产业链成熟的三者叠加,凝练出了核心路由器的技术进化坐标。

当然,处于金字塔尖的核心路由器是相当重要的设备,对技术水平的要求也更高,真正满足客户需求的产品并不多。如何判断某个核心路由器产品是否优异呢?

要解答这道难题,有必要请一位优等生现身说法。

十年磨剑,华为解码400GE的三叉戟

在核心路由器走向400GE的时代赛道上,华为的步伐可以说是贯穿始终、一骑绝尘。

首先,作为全球以太网标准领域的重要参与者,华为在核心路由器向400GE进化上,占据了重要的话语权。

这与华为在通信基础领域的研究与技术突破密不可分。在核心路由器领域,华为更是每年投入收入的10~15%用于研发。早在2011年,华为就启动了400GE基础技术的研究;2012年,又启动了400GE物理层高速信号传输技术的研究与开发。

这些研究成果,比如支持400Gbit/s高速率数据处理、FEC算法及适配等,就被IEEE的400GE标准采纳。

据了解,华为提交了超过50篇的技术文稿,承担了400GE 2/10km标准工作组主席和光层标准编辑、400GE 40km标准工作组主席职位。

其次,技术探索也快速落地在了华为核心路由器的产品层面。

2012年9月,华为发布了业界首个480Gbit/s路由线卡,领先业界半年;2013年4月,华为发布了1Tbit/s路由线卡,领先业界1年以上;

2017年10月,中国电信广州研究院与华为完成了全球首个400GE测试。依托中国电信网络与终端重点实验室,基于真实网络应用所设计的测试用例,验证了400GE端口的线速转发、多业务叠加、故障上报等多个维度的功能。

这一测试的成功,也标志着下一代大容量端口技术400GE具备了商用条件。

技术的领先优势也让华为路由器先人一步,在2019年率先商用部署了业界首个400GE端口。

2020年6月,华为携手中国移动率先完成P比特核心路由器NetEngine 5000E-20新一代小型化光模块封装QSFP-DD的400GE测试,完全满足商用标准要求,并于7月8日在江苏移动无锡IDC出口路由器成功商用部署了基于QSFP-DD封装的单端口400GE,标志着核心路由器400GE规模商用时代已经到来。

(江苏移动携手华为完成核心路由器QSFP-DD 400GE全球首个商用部署)

最后,如果说标准参与、产品技术研发都是华为在“秀肌肉”,那么协同上下游产业共同推动400GE产业的成熟,则是华为作为底层平台托举起新网络基础设施的重要支撑。

2014年赛灵思(Xilinx)、思博伦通信(Spirent)与华为公司发布了全球首个路由器端口400GE以及测试平台,验证了400GE技术的可行性,推动了商用化产品研发进程。

2016年,华为与中国电信成立400GE联合创新团队,基于系统架构模型、算法和软硬件平台等进行合作研发。

2019年,华为与中国移动成立400GE联合创新团队,基于网络应用业务场景、测试方法、测试标准和光模块小型化等共同进行研发。

从这个逻辑出发,我们就可以明白,最近发布的2019年度全球路由器运营商领域市场份额报告中,华为NetEngine系列路由器产品市场份额再度排名第一,核心路由器产品更是连续三年排名全球第一,并不是毫无根由的。

历史的钟摆调到上世纪九十年代,华为创办之初,任正非直接定位国际上最先进的技术,短短几年时间,华为开发出了具有国际先进水平的C&C 08程控交换机。

站在当下,正如华为数据通信产品线总裁胡克文所说,IP网络发展至今,从万维网时代的Internet IP发展到以视频驱动的All IP, 现如今进入到面向5G和云时代的智能IP网络。

(华为数据通信产品线总裁胡克文)

为客户打造端到端的智能IP网络,是华为在2020智能IP网络的商用元年,交付的一份答卷。

信息技术的生命力在哪里?我想一个核心标志就是,突破时间和空间的限制,极大地提升整个社会的运作效率和生产力。

在ICT的产业变革中,总会有几个关键词如同恒星一样,带动整个领域进入新的生长周期。核心路由器,无疑就拥有这种产业拉动的特殊引力。

华为正是踩准了这个变革趋势,用前瞻的眼光、压强式的投入,再次引领核心路由器的产业发展,推动智能IP骨干网时代的到来。

新产品、新网络、新世界,正从华为的智变魔术手中绽放出来。而效率与技术的传奇,也将永不停歇地刷新篇章。

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