Page 33 - 网络电信2021年1/2月刊下

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可大致分为以下几类：专用集成电路（ASIC, application 确定性能力根据需求可包括带宽、时延、时延抖动、丢包率等
specificintegrated circuit）、基于现场可编程门阵列 多个指标。总结来看，确定性网络应用主要包含三大类场景：
（FPGA,field programmable gate array）、网络处理器 一是面向未来沉浸式交互体验的新型业务，如交互式AR/VR、全
（NP,network processor）等。Barefoot公司生产的Tofino 息通信等，需要保障网络的带宽和实时性；二是面向工业互联
芯片是业内第一个支持协议独立交换架构（ PISA,protocol 网场景的应用，如工业自动化、远程工控、工业遥操作等，主
independent switch architecture）的可编程ASIC芯片，并且 要对网络的时延和时延抖动提出了更严苛的要求；三是具备快
是P4可编程的。目前还有众多设备厂商基于PISA架构设计交换 速移动的实时交互场景，如车联网、自动驾驶、车路协同等，
芯片，如Cisco，Mellanox等。P4FPGA [38-39] 提出了将P4程序编译 主要对网络的时延、抖动、丢包等方面提出了多维指标要求。
到FPGA固件的框架结构。在P4 FPGA中利用P4程序生成适于仿真
图3 网络确定性整体架构
应用的BSV代码，其主要包含对P4管道和其它基础结构的描述。
智 能 网 卡 通 过 编 程 转 移 C P U 的 大 量 功 能 ， 比 如
OpenvSwitch、VxLAN 等，从而节省了CPU资源，提高应用的性
能。Smart NIC采用可编程的数据平面，可以根据需要在硬件上
更新包交换规则和数据处理协议。SmartNIC的可编程性可通过
三种方式实现，分别是基于特定应用集成电路(ASIC)实现，基
于现场可编程门阵列实现和基于将CPU与标准NIC 功能组合在一
起的系统芯片(SoC)实现。大多数Smart NIC增加了对可编程语
言P4 的支持，可以使用标准的开发工具进行编程，因此运营商
可以使用Smart NIC厂商提供的软件工具，自行开发定制化软件
或提供接入服务。Xilinx公司开发了SDNet开发环境，其在数
据平面中可重构网络元素的部署方面被广泛应用。该公司基于
SDNet开发环境提出了称为“Softly DefinedLine Card”的下
一代Smart NIC架构，该架构通过数据包处理器和可编程流量控
制器共同组成定制的数据层面 [40] 。
网络的深度可编程有助于实现充分调度网络资源，提高应
L1层的确定性网络技术主要是FlexE/FlexO技术，FlexE
用性能。在网络状态信息的收集、负载均衡和网络安全等方面
也称为灵活以太网，是由OIF（optical internet working
的灵活性都有突出表现。可编程还减少了技术更新的成本，促
forum）发布的通信协议，其基本思想是通过增加时分复用的
进了网络运营商、设备生产商、服务提供商的协同合作。目前
Shim层实现MAC层与PHY层的解耦，得到更加灵活的物理通道
越来越多的项目开始关注网络的深度可编程，如开放网络基金
速率，从而实现链路捆绑、子速率和通道化三种应用模式，
会在谷歌的支持下推出的Stratum开源项目，微软正式发布的
承载各类速率需求业务。2016年3月灵活以太网研究小组发布
SONiC开源项目，均旨在构建一个开放的软件网络系统。未来，
FlexE1.0标准，实现100GE PHY的支持，单个时隙对应带宽，
在高可编程业务场景的需求导向下，网络设备还需要具备更大
即时隙粒度为5Gbps，确定了管理信息传递通道，但没有确定
程度的开放性，可编程数据平面需要攻克数据包处理流程与转
同步时钟信息如何传送。2018年6月OIF又推出了FlexE 2.0
发设备绑定等问题，建立开放的协议无关可编程网络环境，支
版本标准，确定了200GE、400GE PHY的承载方案，并通过合
持核心功能可编程，实现协议与网络功能的快速定制与重构。
并5个5Gbps的时隙，实现了25Gbps的时隙粒度。2018年11月
未来十年内，可编程网络不仅需要能够向下精确控制数据
FlexE 2.1标准制定项目启动，旨在对FlexE 2.0进行扩展，
包的处理过程，还需要向上形成一个可验证的闭环控制管理网
增加50GE PHY和50Gbps时隙粒度的支持。此外，BBF（broad
络。使得未来网络能够自上而下地进行“零接触”的网络控制
band forum）在2017年5月启动“Network Services in IP/
操作，同时结合强大的硬件生态系统，利用深度可编程的方式
MPLS Network using Flex Ethernet”标准项目，以实现通过
来加速未来网络的创新发展。
FlexE接口在IP/MPLS网络中实现增强QoS功能框架并基于现有网
3、网络确定性服务
络兼容支持FlexE接口隧道技术。IETF（internet engineering
传统以太网、IP网络主要基于“尽力而为”的分组转发机
task force）启动了FlexE控制平面标准制定工作，以实现接口
制设计，从机理上欠缺面向业务的服务质量保障能力。运营商
隔离、网络分片等技术。基于灵活以太网的网络切片方案能够
网络为了给用户提供基础的差异性、按需服务能力，往往采用
实现带宽按需灵活分配，并且专用硬管道能够实现安全、低时
接入限速、网络轻载的方式实现，这在一定程度上满足了大客
延的服务质量。L1确定性网络技术能够通过PHY/MAC层协同调度
户专线业务的差异化需求。然而，随着网络业务需求大规模从
实现时隙交换以保证时延、提高带宽利用率，也能够与SDN技术
消费型向生产型转变，未来业务应用对网络的端到端服务质量
结合实现对L1层的传输控制，实现网路动态调整。目前灵活以
保障能力提出了更高的要求。在此背景下，确定性网络的概念
太网技术主要用于5G承载网场景，作为未来网络体系的基础性
被业界提出，并逐步成为学术界和产业界研究和关注的热点。
技术，还将进一步扩展至其他网络场景。
确定性网络的核心是为应用提供确定性的服务保障能力，这些
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