作者简介：Domi
引言
天下武功，无坚不催，唯快不破。网络江湖，亦如是。‘快’，始终是江湖侠客刀光剑影亘古不变的追求。设备底层转发加速技术历经ASIC、NPU芯片到智能网卡到FPGA，Linux内核到用户态DPDK转发，软转到P4硬件流量卸载；业务上层加速技术更是百花齐放，从TCP单边加速到双边加速，拥塞控制算法从BIC到CUBIC再到BBR，从TCP到MPTCP、0-RTT TCP，甚至颠覆性变革从TCP到QUIC等。值得注意的是现实网络应用中，TCP流量占比近70%，且呈增长态势，故而上层业务多拿TCP说事，也就见怪不怪。
凡此种种，说的是武功的‘器’与‘技’。同是独孤九剑，同是降龙十八掌，同样的招数，有的武者使出来平平无奇，有的武者使出来惊天动地，登峰造极者不滞于物，草木竹石均可为剑，更多的是侠客气运内功的不同。接着上篇《漫谈业务切片与网络加速》埋下的引子，谈谈网络江湖的内功——加速网络的建设，窥探加速网络应具备的几个功能属性。
多网融合
天龙八部里，后期武力最高者非虚竹莫属，既得无涯子七十年深厚内力，又含“北冥神功”以及“小无相功”。后又习得“逍遥派”几大绝招“天山折梅手”、“天山六阳掌”、“生死符”，后又学习了“降龙十八掌”，简直bug级存在，这就是融合的威力。
时至今日，传统广域网建设已比较完善，家庭宽带网络、移动通信网络、企业专线网络以及各类专网等支撑了全球互联互通。网络的发展背负了沉重的历史包袱，推倒重来进行革命性变革，几不可能，全链条网络设备更新换代，同时要实现多厂商协议兼容互通，不是一朝一夕或投资几万亿就能搞定的事。单是IPv6，推出了这么些年尚未全面普及，通信界的 “超级网红”SRv6被赋予未来网络的灵魂，但未来却难以预料，更不用提所谓的NewIP。很多时候工程上和科学研究上是不同的，科学讲究的是完美的理论体系，工程研究的是可行和成本可控的技术方案。太完美，实现起来价格太高最终也会失败。这里围绕全球庞大互联网规模，尝试屏蔽多广域网差异，进行适当改造，探索融合多接入，构建多业务深度融合网络，为用户提供广覆盖、一致性、连续性体验。
固网宽带网络和移动通信网络，一个高铁，一个飞机，完全隔离。对用户来讲，体验割裂，离开家门或宽带网络不好，不得不切换为移动网络；反之，则需要切换为宽带网络。通信技术的迅猛发展，更兼提速降费背景之下，两者用户体验趋同，资费趋同。将至刚至柔的两种武功，合二为一，刚柔并济，大道融合，它不香么？
试想如下架构，在用户侧部署融合HCPE（Hybrid CPE）设备，运营商侧部署融合接入网关HAG（Hybrid Access Gateway），宽带网络及移动网络无需升级改造便可实现固移深度融合。一旦实现融合，为网络的吞吐量、可靠性、可用性、可玩性等带来无限想象空间。
图1宽带及移动网络融合
融合CPE逻辑上对用户暴露一个IP，设备内部两个子IP通过L3 OverLay隧道方式分别穿越宽带网络及移动网络，逻辑上直通融合接入网关。
图2 HCPE发起L3隧道方式实现多网融合
如果将L3隧道继续向上收缩，融合CPE基于L3网络，不感知隧道存在，运营商网络侧发起隧道建立，亦可采用如下方式实现融合。
图3 网络侧发起L3隧道方式实现多网融合
或许隧道方式过于粗暴，基于特定应用的多网融合，可基于L4 MPTCP（MultiPath TCP）实现融合。MPTCP在无线网络环境中作用尤为突出。除了信道的反向多路复用机制带来的数据传输率的增益，当用户进入或退出覆盖范围时，链路可以被添加或丢弃，不会中断端对端TCP连接。这样，链路切换的问题便通过传输层中的抽象，在端点处得到解决，而没有用到网络或链路级的任何特殊处理机制。近些年，QUIC以其更短的链接耗时、更出色的拥塞控制，逐步得到应用。尽管QUIC基于UDP，由于其天然的多路复用机制，只需根据QUIC链接会话标识即可实现类似MPTCP的多网融合，这里不再赘述。
图4 基于L4的多路TCP（MPTCP）融合架构
以上粗浅介绍了多网融合方案，多网智能调度选择、隧道技术选型、负载分担、无缝切换等，继续埋个雷，后续文章展开。
推而广之，当有多张WAN网络时，多网融合可抽象为如下架构，一言以蔽之，三个要素：流量分发、汇聚及策略控制。当策略控制施加更弹性、更智能的管理方式时，多网融合将发挥无穷威力。
图5 多WAN融合抽象架构
或许上面描述的正是当下行业最热的SD-WAN。伴随着网络虚拟化和公有云云计算的加速发展以及4G/5G的蓬勃发展，大量的厂商涌入SD-WAN领域，传统的路由器厂商把MPLS扩展加上TE流量工程叫SD-WAN，流控和应用交付厂商把流控设备和广域网加速产品加VPN加集中控制器成为SD-WAN，安全厂商把防火墙加VPN加集中网管称为SD-WAN，互联网和云计算厂商随便找代工厂生产OpenWRT盒子能够连接入云也叫SD-WAN。
玩着玩着，厂商也就迷失了SD-WAN最初的愿景。所谓潮水退去，才知道谁在裸泳，能将SD-WAN玩的出神入化，独树一帜的，数来数去也就那几家。
确定性转发
“小李神刀，冠绝天下，出手一刀，例不虚发”，飞刀普普通通，在李寻欢的手中便是“小李飞刀”，百发百中，技冠群雄，我想这是对确定性的最好描述。当加速网络具备确定性转发能力时，一切将收放自如。
刚刚过去的一年里，华为提出了NewIP数据网络协议架构创新，发布了论文《NewIP：开拓未来数据网络的新连接和新能力》。将确定性IP技术列为重中之重。确定性网络（DetNet）是一项帮助实现IP网络从“尽力而为（best-effort）”到“说到做到”，控制并降低端到端时延的技术；其网络服务的确定性除了有快速精确的时延还有高可靠性（不丢包、低抖动）。
NewIP通过引入周期调度机制，要求全网网络设备严格时钟频率同步，来严格避免微突发的存在，从而保证了确定性时延和无拥塞分组丢失。数据报文只需携带周期信息，通过查表转发即可实现确定性转发。感兴趣的小伙伴可研读相关论文。
图6 传统IP与NewIP结构对比
传统IP的瘦腰结构很大程度上是历史原因导致的，也有它缓慢演进的历史规律，形成了TCP/IP协议族，它的成功只在于这一点，当然带来的争议也在于这一点。华为提出了未来网络的“新腰”，如果要把这个腰动了，上下都得改，这是一个非常耗时耗力的浩大工程，能否实现，何时实现，各道友们自己感受下。如前文所述，我们探讨下，不做颠覆性改造，我们可否实现确定性转发？
当老司机开车去某地时，习惯性打开导航，哪里拥堵就绕开，一目了然轻松选择哪条路线既定时间内到达目的地。如此的自然，平平无奇的背后，却赋予了确定性内涵。
图7 地图导航示例
细品地图导航，老司机并不需要全部记住或清楚每个路口状况，只需关注拥堵的几个路段，避开即可。嗯，就是这么简单。可怜的是传统网络设备却难以做到，网络设备只能承诺自己将报文转发出去了，至于是否到达，何时到达，怎么到达一概不知。
当我们构建了一张IP网络，上海节点至莫斯科节点拥堵，上海节点至香港节点畅通，香港节点至莫斯科节点畅通，要确定性实现上海流量到达莫斯科的目的，很自然可选择转发路径：上海—香港—莫斯科。
当全球拥有数十上百节点，搭建成网时，到达某一目的的流量，通过绕行或避开中间节点，类似地图导航，将存在确定性的转发时延，形成确定性网络。那么问题来了，整个Internet IP都是基于目的地址的路由，如何做选择？如何做到像地图导航一样智能化实现基于网络质量的快速寻路？控制关键转发节点路径，自然会想到IPinIP技术，谷歌B4广域网事实也部分采用了该方式。随着网络层次的叠加及关键转发节点的增多，隧道的层层封装，设备的性能及芯片支持都成问题。
图8 IPinIP转发示例
航班机票可以联程，聪明的人类知道对联程航班的行李如何贴标签，这个灵感顺利的用到了网络上，那就是Segment Routing。例如我们给上海发往莫斯科的行李打上 HK（香港）->MOC（莫斯科）的标签，行李自然就随着这个标签经香港转运回来了。SR详细参考：《Segment Routing将助力SDN重塑新型网络》。有关SR在确定性转发中的具体应用，后续展开详述。
节点布局
如果说多网融合是武侠秘籍的融会贯通，确定性转发是修为精进百炼成金，那么节点布局则是基本功，是强健的体魄。限于篇幅暂不展开，继续埋雷，后续文章详述。
Google B4是一种横跨整个地球的连接到Google数据中心的广域网，基于SDN架构，网络带宽利用率提高了3倍以上，接近100%，仍是目前最成功的SDN网络。
图9 Google B4网络架构
图10 Google B4网络节点分布
结语
无涯子对虚竹说：“你体内已积蓄为师七十余年功力，学习本门武功，必会事半功倍，一日千里。本门内功深身，乘天地之正，御六气之辩，以游于无穷，是为逍遥。此为本门内功精要，也是为师数十年心得。”从此，虚竹开启开挂小和尚之旅。
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