作者：闫浩

IP网络从1982年TCP/IP 成为互联网前身的ARPANET标配以来，随着互联网的发展而迅猛扩展。在数据网络方面基本已经一统天下，做到了 everything over IP。IP网络作为承载互联网，物联网，云计算以及VR，AI等未来各种无限可能的数据服务的底层网络，其灵活性，扩展性以及对业务的支持可编程需求要求网络更快的完成自身演进。
从IP网络的整体发展看，从网络的基本可以清晰的分为三个阶段，当然这三个阶段的网络在现实世界是并存的。

• 纯IP网络 （IP战胜了其他网络层协议，成为数据网络的主流）
• MPLS based 网络
• SDN 网络

纯IP网络

回退到几十年前，IP网刚诞生时，IP协议和IP网络还是有很多竞争对手的，比如IPX，Appletalk，Netbios，这些现在听着很久远的协议当时还是很流行的。比如IPX在企业网就远比IP流行。当年的网络和网络设备复杂性很大程度体现于支持多种网络层协议，支持从E1到OC-12，OC-48的多种网络速率和接口类型。IP以及Ethernet仅是众多选择中的一种。
APPANET 选择TCP/IP组合后，IP的简单易用，Ethernet的低成本，再加上互联网的病毒式传播，短短的20年。这三者的强力组合就像 Intel + 微软一样，横扫数据网络。 可以认为应用层发轫的Everything Over IP 水到渠成，到了2000年左右，语音网络，视频网络和数据网络，已经可以说是 Everything Over IP了。
纯IP网络主要在统一网络层协议和简化传输介质上贡献显著。

纯IP网络的转发

• 从本质上说是逐跳基于目的IP地址转发
• 完成这个动作的方式是通过 IGP + BGP 路由协议来实现
• 附加的网络调控手段：PBR，ACL， IP-Based QoS

这个阶段的网络主要实现连通的目的，通过IGP和BGP路由协议，获取AS域内和域间路由。构成网络的路由器或交换机根据路由表，形成转发表。当IP报文到达接口，入方向的芯片提取IP报文头，根据目的IP查找转发表，找到出端口。
多年来，大多数企业网，园区网以及相当多运营商的公众网都采用这种方式。优点是简单，大多数设备都支持。随着路由协议的大规模使用和设备的大规模部署，作为整体系统的健壮性，可扩展性和稳定性以及建网成本都有了很大的优化。相应的网络设备芯片体系也日趋完备。
但从服务的角度则看起来乏善可陈。当业务对网络有连通以外的要求时，比如要基于源地址进行选路时，设备可以通过PBR（Policy-based routing）实现。但这并不是一种普世的服务，对于少量，临时，非做不可的需求，可以用CLI在某些节点配置，但没有人会疯狂到在全网通过PBR去做路由。网络工程师通常称PBR这样的实现叫做“Feature”。
在那些年里，厂商们各自都有很多Feature。用于炫技，用于投标，用于教育客户。用于不那么完美的解决某些实际问题。
Feature 有两个隐含的意思：

• 不是随便的阿猫阿狗就能实现的，是一种能力
• 起了这个Feature是对网络和设备而言都有代价有条件的

另一个现象是当某些需求用Feature无法满足，或者是设备的性能瓶颈，或者是功能瓶颈时，网络工程师又设计出各种appliance，叠加了特殊功能的各种大box和小Box，最著名的就是防火墙，还有4-7层交换，广域网优化等。这些设备说到底，还是在对IP报文的处理上，解决了“基于目的地址寻址”以外的问题。
总结来说，在纯IP网络时代，是靠路由协议+feature+appliance满足基本需求的。

MPLS based网络

在IP协议和IP网络PK掉ATM时，尽管ATM协议的复杂和设备昂贵等诸多原因导致了市场的失败。 IP网也由衷的羡慕ATM实现的虚电路的优势，对于无连接的IP来说，如果能形成一个按需的虚电路，能够根据用户的特点提供不同的服务质量和转发路径，是非常有吸引力的事情，再加上当时转发性能的一些瓶颈，综合因素促成了MPLS的诞生和流行。
当MPLS开始规划化使用和部署时，两个基本概念是代表了运营商期盼已久的事情。

FEC转发等效类

FEC(Forwarding equivalence class) ，对于相同分类的一组数据报文，提供相同的转发处理方式。 这里所说的相同分类，相同的目的地址仅是其中的一种，基于不同的标准进行自由的网络转发一直是网络工程师的愿景之一。

LSP：Label-switched path

LSP 基于FEC对报文的分类，实现了端到端的对IP报文封装，在每跳基于Label进行转发的单向虚电路，正如IP网络向Frame Rely,ATM, SONET/SDH 学习的初衷，MPLS把网络分为Core 和Edge两个部分，其基本想法是Edge设备封装各种需求，Core部分仅完成标签转发。
在全网通过Label的分发机制，从Edge节点通过Label替代目的IP地址，在网络的提供了转发平面的抽象。
MPLS的强大之处在于基于标签交换，开发了一系列服务。

• VPN服务：L3VPN，L2VPN，VPLS
• TE：Traffic Engineering 服务
• Multicast 服务

其中最成功的要算部署相当广泛的L3VPN服务。其背后原因可能是三层网络隔离而出现的巨大市场需求。即使在没有L3VPN的互联网，IPsec，SSL VPN等技术也发展起来。
其他的VPN如VPLS，尽管有一定的使用。但由于其市场需求有限，且有一些MPLS网络共性的缺点和自身弱点，始终没有大规模实施。
MPLS 当年雄心勃勃，在IETF有多个WG，无数RFC在同时演进。但复杂套着复杂，最后很多内容变成曲高和寡的纸上文章。至少在能接触到的中国运营商和企业网层面无法大规模落地。

MPLS服务的共性弱点

多层协议累加带来的复杂度和协议之间的配合问题

以实现VPLS的网络为例，至少需要如下协议：

• IGP - 最底层的PE的/32 路由
• LDP - 用于外层标签，PE的寻址
• BGP - 用于Internet服务，尽管不是VPLS必须的，但IP服务的BGP，其实也是运营商的标配。
• MP-BGP - 用于topology发现和提供内层标签

当多层协议并存时，网络服务的脆弱性来自每台设备上的每个协议是否能正常工作。同时，不同协议之间的配合存在问题时，也可能导致问题，比如经典的LDP和IGP之间的同步问题。
另外VPLS自身也存在一些弱点，比如：

• 需要Full-Mesh
• 在转发平面实现MAC地址 learning
• 不支持CE的Multihoming

MPLS-TE

TE最希望解决的问题是IGP路由协议相同的最短路径视角造成的流量过于集中在少量路径上，需要提高整个网络的利用率。因此TE需要建立和维护大量的端到端tunnel。维护这些tunnel的代价可谓不菲。而在分布式的网络架构下，TE始终没有解决好tunnel计算/维护/排障的问题，TE也局限在部分运营商网络内使用。
当然我们经过了多年之后，我们也知道理想中的FEC不过是存在想象中的美好，现实中99.9%的报文仍然是按照目的地址进行转发。受限于芯片，设备，协议/标准化，设备，操作等诸多因素制约。
通过对MPLS服务的简单分析，我们很容易看出，MPLS用Label较好的解决了转发平面的抽象，但并没有解决控制平面抽象。正是其控制平面的复杂性给网络带来的影响削弱了其部署范围。 控制平面的复杂性究其本质，还是每个协议各管一段，各满足一种需求造成的。要做VPN，需要L3VPN 或VPLS，要做流量工程，需要TE，要做QoS，需要IP or MPLS Qos 等等。 如果这些都要，你的设备是否都同时支持？你是否敢都部署？你是否愿意运维这张网络？相信大多数网工无论是运营商，集成商还是厂商背景的面对这些问题都一脸苦笑。
所以很多技术很多年后，还是被称为Advanced Technology，而非普世应用。很多时候，泛泛的说，能否实现某个功能？能，但能的前提条件太多：网络设计考虑，大量配置的复杂度，设备硬件性能支持，多厂家互通时不同设备对相同feature的配置方法和缺省行为，互操作性和兼容性，排障的可操作性。
久而久之，能就成了个理论上的，理想化的说法。 而非实打实可以简单落地的能力。

Segment Routing 是否是白衣骑士？

这两年，SR横空出世，让人眼前一亮，很有些传统网络救世主的样子，SR有两个显著的优点超越了前一阶段的MPLS 相关协议。

• 确实是非常精巧的运用了MPLS和IGP协议，大幅度省略了对标签分发协议的需求。简化了协议和网络设计。
• SR不负责路径的计算，只负责转发。中间node真正做到了仅基于Label转发，通过在头端设备的多层压栈把路径地图内嵌在数据包头。好似带着几个锦囊出发，每到一个关键节点，再打开一个锦囊，查看下一关键节点名字和路径。 SR因此超越了最短路径算法对报文的转发限制又无需维护繁琐的无数tunnel。SR更像一个航海大师，只要有明确的航线（路径）就能按照要求去航行。

但很明确的是，SR虽好，仍然需要有人去计算和设计路转发路径。谁更合适来做？显然是SDN。

SDN网络

控制平面和具体的网络设备解耦，是SDN最重要的特点。控制平面只有在解耦后才能形成强大的大脑，对千变万化的业务层需求进行适配和编排后，再用不同方式下发成设备的转发。毋庸置疑，控制平面是否集中，集中后又如何保持HA和对全网拓扑变化的快速收敛都是问题。
从这个层面看，控制平面集中与其说是SDN的特点，不如说是这个阶段SDN为了实现而付出的必然而且必要的代价。
从某个角度说：路由需要完成的内容主要是以下三项:

1. 建立拓扑，相当于网络地图
2. 传递不同Node的路由信息，相当于不同村庄的居民
3. 根据不同需求，计算出的从甲地到乙地的路径

从这3点看，SDN天然比路由协议有优势。因为天然就有全网视图，因为天然就已知各Node的信息。因为对接业务编排，能够综合各种需求，进行全局的选路计算。但从落地情况看也不完全如此，主要是第1点，在拓扑变化时，SDN的收敛能力在现阶段不如传统路由协议快速有效。

网络服务 vs. 网络为你而服务

简单梳理完网络的三个发展阶段，我们可以比较清楚的看到网络的变化是从最初提供可达性的IP网络，到有基本网络分割服务的MPLS 网络，到以需求为中心，能够按需提供服务的SDN网络。
事实证明为每一种需求单独创造协议是行不通的，既增加控制平面的复杂性又不具有快速演进的能力。
网络一直被应用所诟病和抱怨的是，部署速度和同时满足多种需求的灵活性。 网络越大就越趋近于简单，基础的可达服务，而非能为某个application，某个临时连接，或者某个重要用户提供的即时定制服务。提供这样服务的代价在设计层面是不可规模化的，在运维层面是全手工打造的，在排障层面是灾难性的。
如何让网络在更多维度，更细颗粒度上为上层工作，除了有统一的北向接口，能够用一个大脑理解拓扑，管理设备，设计路径是一切成为的可能的基础。

转自微信公众号：DAHONetworks