构建新一代互联网基础设施分析

　　摘要：随着互联网发展趋势越来越迅速，面对互联网成为共用基础设施的趋势，传统的基础网络正在面临严峻挑战。
　　
　　面对互联网成为共用基础设施的趋势，传统的基础网络正在面临严峻挑战。现有的网络因其设计复杂、开放性不足、调整效率低等原因，已经无法适应下一代互联网对基础网络设施提出的更简单、更开放、更灵活、更广泛的要求，亟待认真思考和重新审视，构建适应万物互联、智能化社会的新一代的互联网基础设施。
　　
　　尽管目前基础网络设施仍然由运营商所搭建，但是运营商已经不能控制业务发展，更加无法左右业务所带来的流量以及这些流量的整体分布。换句话说，互联网企业已经成为基础网络设施之上业务和流量的事实主导者。2013年8月，Google宕机5分钟，使得互联网整体流量大跌40%，而在几分钟后，Google服务全线恢复，流量又暴涨了50%。互联网企业所提供的服务对流量的影响已经展示了这种控制权的变化，而这种控制权的转移也意味着通信产业价值链的转移——在过去的价值链分配中，运营商处于价值链的顶端，拥有产业链的话语权，但是在移动互联网时代，运营商被管道化和边缘化，价值重新分配，互联网企业正在成为价值链的主要部分。
　　
　　新的价值链主导者有着和传统电信运营商不同的特征。互联网讲究快速创新，更愿意通过与产业链上下游开放合作的方式，快速提供整合的业务方案来保持创新的速度。Google每个季度必须投放10到12个新服务，“尽早投放、经常投放、尽快投放”是Google的口号，也是他们保持增长曲线的秘诀。这种为了创新、不断试错的发展方式，使得互联网业务与传统业务相比具有极大的不可预测性——常常会有一个业务突然爆发，拥有大量的用户，形成巨大的流量和入口，但也可能快速湮灭在互联网新业务的大潮中。
　　
　　互联网对基础网络设施提出新需求
　　
　　互联网企业特别是移动互联网的发展对基础网络设施提出了新需求。就目前来看，这些需求可以分为四个方面：
　　
　　1、更简单。2013年美国的云通讯公司Twilio营收5000万美元，估值5亿美元。这家公司所提供的服务可以简单地比喻为“打包运营商”。他们给所有应用程序提供API（应用程序编程接口），让应用程序仅加入几行代码就能够在其应用程序中添加语音和短信功能。Twilio的发展显示了互联网企业的强烈需求：需要能够方便地将网络功能元素与其他功能要素进行组合，从而产生多种新的不同功能、不同性能的系列产品，并zui终形成更为的产品形态，这就需要基础网络功能简单易用、界面友好。
　　
　　2、更开放。互联网公司业务设计方式已经从“以用户为中心”开始向“用户参与式”转变，通过用户深度地参与业务设计，更快更准确地把控和满足用户需求。因此，互联网企业希望网络更加开放，更简单地实现调用和配置，也能更方便地通过产业链上下游的合作来完成拼图，构建整个系统。Facebook在2013年建立internet.org并主动加入了GSMA，通过这些组织，Facebook可以增强与运营商的沟通，并联合各国运营商以及多家终端厂商形成合作联盟，zui大程度地扩展协作，形成更好的服务体系。
　　
　　3、更灵活。互联网业务快速迭代，要求网络必须具备快速灵活的拓展架构，方便配合其业务变化的现实需求。Amazon的AWS服务就更好地满足了自身对网络与流量的灵活扩展需求。在打折季时需要*流量，而平时流量变化则不明显。通过云技术，Amazon实现了对网络、存储能力的灵活扩展、动态调度,进而提高了资源的使用效率。目前Amazon服务可以在保持原系统可用性基础上，独立地进行扩展操作，不需要大规模的重新配置就可以快速推出新服务。
　　
　　4、更广泛。产业互联网将带来工作方式和环境的全新变化。人们可以通过虚拟的、移动的方式开展工作，这就需要将无处不在的传感器、嵌入式终端系统、智能控制系统、通信设施通过CPS（Cyber-PhysicalSystems）形成一个纵横交错的智能网络，使人与人、人与机器、机器与机器以及服务与服务之间能够实现横向、纵向和端对端的高度互联与集成，让物理设备具有计算、通信、控制、远程协调和自治等五大功能，从而实现虚拟网络世界与现实物理世界的深度融合。
　　
　　基础网络设施及其运营者面临巨大挑战
　　
　　互联网已经成为第四次工业革命的核心推动力，伴随着这次工业革命的发展，人类生活的方方面面都在发生改变，互联网将逐步主导通信产业，传统的电信基础设施将面临巨大挑战：
　　
　　挑战一：
　　
　　网络功能设计复杂，耦合度高，可扩展性差
　　
　　现有架构设计过于复杂，进而导致难以快速升级和优化。传统的电信网络与业务是紧耦合，更多考虑标准化、稳定性和安全性。一方面，为了保障业务的不宕机，网络在设计之初就按5个9的标准要求建设，设计的网元和接口众多，整个网络很“重”。以IMS系统为例，主要网元和功能实体达到20个左右，之间设计的流程和接口则更多。另一方面，系统中存在大量不常用功能。以语音业务为例，95%以上的功能普通用户既没用过，也没听说过。另外，网络设计为一个封闭的系统，一般先设计规范和标准，然后再进行设备开发测试，很少基于成熟的开源系统设计，一个完整的周期一般需要5年以上，即使部分功能的优化和升级也需要以年计的时间才能完成。设备、网络和业务在设计和建设时已经紧紧捆绑在一起，缺乏灵活的应变和调整能力。这为后续的重新调整和开发带来巨大的工作量，导致升级困难和迭代周期长。
　　
　　挑战二：
　　
　　缺乏集约运营和统一管理
　　
　　运营商从历*一直是按省、市、县层层划分的“城邦”体制，业务和网络都是属地化运营为主，骨干网由省公司和集团公司运营，城域网由本地网运营。各省的“被动割据”造成网络如一盘散沙，运营商的核心资源划成了一个个相对封闭的单元，也让各省网络的质量、管理水平、运维能力、开放性、技术路径各不相同，大大降低了基础网络设施的集约性和统一性。这种分割还造成了网络分段管理，业务开通和响应周期长，缺乏提供端到端的服务质量保障和完整解决方案的能力。互联网zui重要的就是“无边界运营”，网络资源作为其中重要的承载基础，如果不能形成全国一张网、一盘棋，做不到统一、集约、快速的调度，显然对互联网企业的吸引力和对提升互联网业务的良好体验都将大打折扣。
　　
　　挑战三：
　　
　　开放性和分离性不足，缺乏产品化和服务化能力
　　
　　传统电信基础设施从设计到建设都是以“从内向外”提供能力为出发点，都是基于现有网络能力体系结构、业务提供方式进行平台的架构设计，典型的“我有什么你用什么”的思路。
　　
　　另外，现有的网络设施强调整体性，功能分离性不足，缺乏模块化和开放性设计，难以灵活组合。部分网络能力还缺乏标准化的能力调用接口，用户使用时需要适应不同提供商、不同提供方式和接口。
　　
　　zui后，网络设施的设计主要面向前向用户，较少考虑面向后向用户的使用要求。由于互联网服务模式的改变，突显了基础网络能力的服务化、产品化程度不够。例如多种对时延、丢包等质量指标要求不同的业务混在一起承载，导致高质量要求的业务得不到差异化保障。这在语音、短信为主的时代也许不是问题，然而在强调互联网业务体验的今天，显然是无法满足需要的。
　　
　　挑战四：
　　
　　网络设施动态调整的能力不足
　　
　　由于网络流量突发性越来越突出，忙时和闲时的流量差别变大，数据中心的流量与运营商网络的流量时时充满变数，没有明显的规律，开发能够“随机应变”的网络就提上了议事日程。雅典信息技术学院研发中心的IaonnisTomkus指出：现在的峰均流量比为6.5:1,而15年前则为2.5:1，而且不同方向和设备上的负载并不均衡，现有基础网络设施缺乏对这种流量突变的适应性，网络总体利用率不高。
　　
　　只有有效引导流量才能提高网络利用效率，这就需要网络设施能够识别流量的流向和区分不同流量的服务质量要求。现在一方面应用种类繁多，较大的应用一般采取分布式部署，流量流向复杂；另一方面互联网公司大量采用CDN技术，流量流向与用户兴趣点变化密切相关，而这部分网络策略运营商往往并不知晓。现有基础网络设施既不能有效引导流量，平衡设备和网络的利用效率，也不具备根据流量变化的灵活调整能力，很难保障突发事件或热点事件营销时互联网企业对网络的需求。