智能城域网多业务承载硬切片技术实践

刘立刚，张建忠，吕文琳，陈成运，孙 梅（.中国联通山东分公司，山东济南 5000；.山东省邮电规划设计院有限公司，山东济南 500）

1 概述

《“十四五”数字经济发展规划》指出数字经济是继农业经济、工业经济之后的主要经济形态。规划要求加快建设信息网络基础设施，推进云网协同和算网融合发展，有序推进基础设施智能升级，加快企业数字化转型升级，深化重点行业、产业园区和集群数字化转型，培育转型支撑服务生态。可以预见，以算力为基础的数字经济将进入全面扩展期，网络对算力的支撑作用也日渐凸显，算力和网络融合成为大势所趋。

中国联通以SR-MPLS/SRv6、EVPN、SDN/NFV 等技术为基础，构建了一张以通信云DC 为核心的智能城域网，实现了固定宽带、政企业务和移动业务的综合承载［1-2］，是以算网一体为重要特征的新一代数字基础设施，为千行百业的数字化发展提供了坚实的基础。

随着经济社会全面数字化转型，越来越多的业务对智能城域网等承载网提出了新的要求，不仅需满足大带宽、低时延、高可靠的网络性能要求，还需满足差异化服务保障、确定性带宽要求［3-6］。

为了在一张物理网络中同时满足各类不同业务的差异化需求，网络切片应运而生。网络切片（Net⁃work Slicing）是指在同一网络基础设施上，将物理网络划分为多个端到端、虚拟的、隔离的（物理隔离/逻辑隔离）、按需定制的专用逻辑网络，每个虚拟网络具备不同的功能特点，可以灵活定义自己的逻辑拓扑、SLA需求、可靠性和安全等级，以满足不同客户对网络能力的不同要求，如时延、带宽、连接数等。

2 智能城域网切片技术

2.1 相关标准进展情况

切片概念由运营商联盟NGMN 提出［7］，3GPP、ITU、IETF 等标准组织都开展了网络切片的标准化研究工作。其中3GPP SA2和SA5定义了无线网子切片、核心网子切片的业务功能及管理功能，ITU-T 和IETF定义了承载网子切片的业务功能及管控功能及信息模型。

中国通信标准化协会（CCSA）成立的“5G 网络端到端切片特设项目组（SP2）”［8］制定了《端到端网络切片的总体技术要求》《基于IP 承载网络的端到端切片对接技术要求》等行业标准，打破了标准分层分域独立制订的历史，实现了跨域协同。

2.2 相关切片技术

智能城域网已全面部署VPN+QoS，实现了业务软隔离切片服务，业务在使用VPN 承载时，不同业务打上不同的QoS 优先级标识，根据优先级的标识匹配不同的QoS 策略，保证业务带宽及服务质量。运营商可根据业务种类规划不同优先级的隧道，将业务VPN 绑定或者引流到指定的隧道上，实现差异化承载。

智能城域网也可根据客户要求提供硬切片隔离服务，主要实现方式如下。

a）基于物理设备的硬隔离：对特定业务使用专有设备进行切片承载，部署独立的BGP、IGP协议。

b）基于FlexE 的硬隔离：FlexE 的核心功能通过在MAC 层 与PHY 层 引入Shim 层 实现，它 可以将Flex⁃Egroup 中每个物理以太接口划分为多个时隙（slot）的数据承载通道。FlexE 用户（client）数据流中的以太网帧以64/66 B 编码为单位切分为数据块，通过FlexE Shim实现在FlexEgroup中的多个物理接口与时隙之间的分发。利用FlexE 的划分多数据通道能力，可以将物理以太接口的带宽划分给多个不同的网络切片使用，并可以隔离不同切片之间流量的相互影响。在协议层面，将不同切片的子接口放入不同的BGP PEER以及IGP 进程中，根据业务的优先级选择不同的切片承载［9］。

c）基于物理端口的硬隔离：根据需求在设备上使用以太物理端口做切片，并配置独立的传输资源，每个切片使用不同的物理端口实现隔离。运营商可通过捆绑或解捆绑端口调整切片带宽，灵活增删切片。在协议层面，将不同切片的端口放入不同的BGP PEER以及IGP进程中，根据业务的优先级选择不同的切片承载。

3 智能城域网硬切片部署实践

3.1 切片设计

不同用户、行业对网络的时延、覆盖、可靠性、速率、连接密度、连接成本等特性需求不同，智能城域网侧的切片在设计时应重点考虑隔离度、时延、带宽等因素。

从性能指标、功能差异、对网络的需求、运维模式等方面，智能城域网可划分为3个切片，即面向公众用户的2H/2C 切片、面向普通行业用户的2B 切片、面向垂直行业用户的切片。

a）2H/2C切片：面向个人用户、家庭宽带提供的业务，保证一致或更好的用户体验。

b）2B 切片：面向普通行业用户，存在一定的隔离、业务质量保障需求，在连接管理等方面有定制化差异。

c）垂直行业切片：面向具有高度隔离或者高业务质量保障等特殊需求的用户，安全等级要求极高。

3.2 硬隔离切片部署方案

根据前述硬切片技术，结合客户需求及目前智能城域网设备部署情况、建设成本，智能城域网硬隔离切片部署实施时可主要采用基于FlexE、基于物理端口和FlexE组合的方案。

3.2.1 基于FlexE的硬隔离切片部署方案

基于FlexE的切片技术在应用部署时，遵从OIF论坛发布的FlexE 2.1 标准，分别将2H/2C 业务、2B 业务、垂直行业业务对应不同的FLexE 子通道，共需3 套网络资源（IP 地址、SID 标签、子接口配置、BGP 邻居、IGP进程等）。部署方案如图1所示。

图1 基于FlexE的硬隔离方案示意图

智能城域网核心（MCR）、汇聚（MER）、接入（MAR）各层面FlexE硬隔离切片部署如下。

a）核心汇聚层之间，根据需求将端口模式切换到FlexE模式，部署3个FlexE硬隔离切片。

b）现有接入层如采用100GE 速率端口组网，根据需求将端口模式切换到FlexE 模式，部署3 个FlexE 硬隔离切片。

c）现有接入层如采用10GE 速率端口组网，将接入环升级到100GE，并部署3个FlexE硬隔离切片。

d）新建接入层时，采用100GE 速率端口进行组网，并部署3个FlexE硬隔离切片。

3.2.2 基于物理端口和FlexE 混合的硬隔离切片部署方案

根据智能城域网部署情况，核心汇聚层面采用基于以太物理端口的硬隔离技术，接入环之间采用FlexE硬隔离技术（遵从OIF发布的FlexE 2.1标准）。部署方案如图2所示。

考虑到资源占用情况，部署该方案时，可对切片分类进行调整，配置2 个硬隔离切片，分为2H/2C/2B切片、垂直行业切片，不同切片的以太物理接口互相独立或对应不同的FLexE子通道，分别进行网络配置，共需要2 套网络资源（IP 地址、SID 标签、子接口配置、BGP邻居、IGP进程等）。

智能城域网核心（MCR）、汇聚（MER）、接入（MAR）各层面的硬隔离切片部署如下。

a）核心、汇聚层在现有100GE 速率端口组网的基础上，再采用独立的10GE/100GE 端口及传输资源，组成1 个新的硬隔离切片，原有100G 环切片承载2H/2C/2B业务，新增10G/100G环切片承载垂直行业切片。

b）接入层部署切片时，与MER 对接的MAR 设备新占用1 个独立的10GE/100GE 以太物理端口，新增10G/100GE 互联链路，组成1 个新的硬隔离切片。原有物理端口切片承载2H/2C/2B 业务，新增10G/100G物理端口切片承载垂直行业业务。

c）现有接入层MAR 之间采用100GE 组网时，按需将端口模式切换到FlexE 模式，部署2 个FlexE 硬隔离切片。

d）现有接入层MAR 之间采用10GE 组网时，将接入环升级到100GE，并部署2个FlexE硬隔离切片。

e）采用独立物理端口切片时，以太端口配置为LAG模式，便于后续扩容带宽增加端口。

3.3 硬隔离切片配置方案

3.3.1 基于FlexE的硬隔离切片配置

a）loopback 配置：每台设备配置3 套loopback 地址，从0 起，逐一递增对应不同切片，即loopback0 对应2H/2C 切片，loopback1 对应2B 切片，loopback2 对应垂直行业用户切片。

b）IGP 配置：创建3 个ISIS 进程，每切片对应1 个ISIS进程，各切片的loopback地址分别绑定对应的ISIS进程号。相邻切片之间进程号间隔100，即2H/2C 切片的ISIS 进程号采用现有环网ISIS 进程号，2B 切片ISIS 进程号在2H/2C 切片ISIS 进程号基础上加100，垂直行业用户切片的ISIS 进程号在2H/2C 切片的ISIS 进程号基础上加200，链路cost值相同。同一个切片内接入环与核心汇聚环均分为2 个ISIS 进程，进程号不重复。切片内每个接入环对应汇聚设备间一对子接口，子接口编号和ISIS 进程号保持一致。每个切片中汇聚设备间接口开启N+1 个子接口（N为接入环数量），面向接入侧的N个子接口分别与N个接入环属于同一ISIS 进程，面向核心侧的子接口与核心设备同属于一个ISIS 进程。

c）BGP 配置：考虑到后续维护便利，仍采用现有的BGP 进程，对外1 个AS 号。接入和汇聚之间、汇聚和核心设备之间使用loopback 建立3 个BGP PEER，对应3 个切片，按需配置VPNv4、VPNv6、EVPN 等地址族，切片之间使用BGP PEER 隔离，独立发布路由及对应loopback地址。BGP PEER根据切片策略，对切片扩展团体属性进行过滤，实现路由和切片链路的映射。

d）切片RT 配置：根据不同的出RT 引流到不同切片，切片RT取值范围为6XXXX：1010—6XXXX：1200，步长为10，依次对应2H/2C、2B、垂直行业用户切片等。其中2H/2C 切片为6 XXXX：1010，2B 切片为6XXXX：1020，垂直行业用户切片为6XXXX：1030。在设备上配置BGP 路由策略，用于匹配经BGP 协议反射至3 个BGP PEER 的切片RT，根据匹配结果选择允许路由通过或丢弃。

e）带宽配置：考虑到现阶段业务主要承载在默认2C 切片，2C 切片带宽预留最大，2B 切片、垂直行业用户切片带宽按需配置，随着业务承载情况动态调整。

3.3.2 基于物理端口的硬隔离切片配置

采用基于物理端口切片的配置与基于FlexE 硬隔离切片在loopback、IGP、BGP、RT 的配置思路一致，根据切片数量取前2个参数。

3.4 现网部署应用实践

为满足某垂直行业用户业务承载的需求，某省联通在智能城域网上全局部署了3个FlexE 硬切片分片，部署方案如图3所示。

图3 现有智能城域网硬切片部署承载方案

智能城域网切片具体配置如下。

a）端到端网络切片实例由NSMF 下发给ANNSSMF、TN-NSSMF、CN-NSSMF。

b）智能城域网域东西向与无线、核心网对接，基于VLAN 标识加入FlexE 硬切片，基于DSCP 标识加入QoS队列。

c）全局配置3 个FlexE 硬切片分片，分别对应2C业务、2B 业务、行业专项业务，由IGP 多进程方案约束切片拓扑。

d）全局配置3 套IGP 进程（ISISv4），均采用SR MPLS隧道。

e）全局规划3 套Loopback v4 地址，并在行业专项切片中为该用户规划一个生产业务VPN（S_I_VPN）。

f）2C 切片的BGP PEER 通过loopback v4 地址建立，2B 切片的BGP PEER 通过第2 个进程的loopback v4 地址建立，行业专项切片的BGP PEER 通过第3 个进程的loopback v4地址建立。

在业务加载之前，某省联通进行了外场安全测试，涵盖了无线、智能城域网、核心网专业以及端到端各个环节。智能城域网中FlexE 硬切片之间的隔离性测试、同一切片内不同业务隔离/优先级测试均达到了预期效果。

4 智能城域网切片部署建议

4.1 与OTN传输设备对接时部署建议

FlexE 标准化组织对于FlexE 在光传输网络中的映射定义了3 种模式，如表1 所示，建议使用Unaware模式。

表1 路由器FlexE接口与OTN对接模式

目前智能城域网核心汇聚设备之间部分互联链路采用OTN 传输承载，部署FlexE 时，需要将OTN 端口设置为BIT 透明模式，采用这种模式对接时，OTN 设备无法再处理1588V2信号报文，可采取以下解决方案。

a）在现有OTN 承载的链路之外，核心汇聚设备之间单独增加1条10GE光纤链路传递1588v2信号，可尝试使用长距光模块进行10GE光纤直连。

b）核心汇聚设备之间使用长距光模块光纤直连，如100GE/80 km，不通过OTN传输。

c）在汇聚设备处对接传输设备获取时间源信号，不再从核心设备传递时间。因此在对接点需另外占用1 个10GE/1GE 端口，并设为MAC 透明模式，单独传递时间信号。

4.2 软硬切片部署建议

从技术角度看，在实现业务承载、保障业务质量方面，软硬切片均可满足业务要求。通过合理QoS 规划和队列调度，在拥塞场景下软切片在网络性能指标（时延、丢包率）与硬切片测试结果基本无差异。

由于网络切片的选择与网络逻辑架构的设计、承载协议的部署等密切相关，在部署硬切片时，建议规划好切片数量，确定好架构，尽量避免增删切片增加配置复杂度。切片带宽根据业务需求灵活调整，切片内部采用不同优先级对业务进行差异化调度，实现业务承载的差异化。

目前智能城域网中网络切片应主要采用软切片（VPN+QoS），针对行业用户的特殊要求，可考虑垂直行业要求按需部署硬切片。某省联通根据重点业务需求已实施多个地（市）不同设备类型的硬切片规模化改造及应用试点，同时完成了5G专网安全及端到端切片SLA 性能测试，相关技术指标得到行业用户及业内专家的一致认可。

5 结束语

智能城域网是城域层面面向5G时代固移融合、算网一体的新型承载网络，已高质量地实现了5G业务的承载。某省联通在智能城域网进行多业务承载硬切片技术实践，满足了不同行业、不同用户的差异化需求，积累了切片部署工程经验。随着我国千行万业数字化转型进入深水区，高速泛在、智能敏捷、算网一体的智能城域网将助推企业数字化转型和数字经济发展。