下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
网络切片这一概念首先是在无线网络中被提出的，是面向丰富多样的5G业务需求提出的重要架构创新。无线网络切片相关的技术研究主要由3GPP主导。IP网络切片相关的技术研究主要由IETF主导，包括架构、协议的标准制定等方面。其他一些标准组织也开展了针对网络切片的研究工作。本节将分别介绍3GPP、IETF及其他标准组织在网络切片方面的研究情况。
在3GPP中，PCG（Project Coordination Group，项目协调组）是最高管理机构，负责全面协调工作，如3GPP组织架构管理、时间计划、工作分配等。技术方面的工作由TSG（Technology Standards Group，技术规范组）完成。
目前3GPP共3个TSG，分别为TSG RAN、TSG SA（Service and System Aspects，业务与系统方面）、TSG CT（Core Network and Terminal，核心网与终端）。每一个TSG下面又分成多个WG（Working Group，工作组），每个WG分别承担具体的任务，目前共有16个WG。TSG RAN有6个WG，TSG SA有6个WG，TSG CT有4个WG，如图1-13所示。
图1-13 3GPP的组织架构
作为移动通信网络标准化的主导者，3GPP从2015年开始启动5G相关的标准研究和制定工作。在3GPP众多的工作组中，参与网络切片研究的工作组主要集中在TSG RAN和TSG SA中，如表1-2所示。
与网络切片相关的主要是TSG SA中的SA WG1（业务）、SA WG2（架构）、SA WG3（安全）、SA WG5（电信管理），以及TSG RAN中的RAN WG1（无线层1规范）和RAN WG2（无线层2&3规范）这些工作组。表1-2列举了3GPP中与网络切片研究相关的几个工作组。
表1-2 3GPP中与网络切片研究相关的几个工作组
通过表1-2可以看出，3GPP定义了5G网络切片的整体架构，以及5G核心网与接入网的网络切片技术和标准。
IETF定义的网络切片可以作为5G端到端网络切片中的承载网切片部分，也可以应用在5G之外其他有网络切片需求的网络场景中。
IETF针对网络切片的技术研究和标准化工作从2016年开始。华为首先在IETF发起了对IP网络切片问题的思考和对网络切片架构的讨论，并率先提出了基于IETF核心技术的重用和增强的网络切片实现框架VPN+ [2] ，将IP网络切片作为一种增强的VPN服务。IETF还定义了IETF网络切片的概念、术语和通用架构。IETF网络切片主要基于IP及相关的技术实现，因此本书也将IETF网络切片称为IP网络切片。同时，IETF还定义了基于VPN、TE（Traffic Engineering，流量工程）和SR（Segment Routing，段路由）等技术的增强实现网络切片的技术架构及协议扩展，包括支持网络切片的数据平面封装协议扩展、控制协议扩展以及用于实现网络切片管理和部署的管理接口模型。
在华为和多家网络设备商、运营商的共同推动下，IETF首先进行了基于SR的网络切片数据平面和控制平面的关键技术及协议的研究。之后，为了解决海量网络切片的可扩展性问题，IETF又开始对可扩展网络切片技术进行研究，还提出了跨域网络切片、层次化网络切片等的相关需求、场景和技术研究方向。
虽然目前网络切片的主要研究和标准化工作在3GPP和IETF中开展，但其他标准组织也有相关的工作在开展，主要包括如下一些标准组织和项目。
BBF（Broadband Forum，宽带论坛）主要进行承载网与5G网络切片管理器对接的承载网切片管理接口的需求描述和信息模型定义。
ETSI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准组织）的ZSM（Zero-touch Network & Service Management，零接触网络和服务管理）工作组进行端到端网络切片生命周期的自动化管理相关的标准化工作。
OIF（Optical Internetworking Forum，光互联论坛）、IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，电气电子工程师学会）和ITU-T（International Telecommunication Union-Telecommunication Standardization Sector，国际电信联盟电信标准化部门）主要进行与网络切片相关的二层及以下的转发平面技术研究和标准制定，这些技术可以作为IP网络切片实现其架构的底层技术，提供网络切片之间的转发资源隔离能力。
CCSA（China Communications Standards Association，中国通信标准化协会）也积极开展和IP网络切片相关的技术研究与标准制定工作，涉及的内容包括5G端到端网络切片与IP网络切片的对接、IP网络切片架构以及基于VPN+的网络切片技术实现要求等。图1-14展示了各个标准组织在网络切片方面的研究和标准化工作。
图1-14 网络切片标准全景
IPv6是网络层协议的第二代标准协议 [3] ，最初也被称为IPng（IP Next Generation，下一代IP） [4] 。它是IETF设计的一套规范，是IPv4（Internet Protocol version 4，第4版互联网协议）的升级版本。由于IPv6是IETF的核心协议，因此IPv6网络切片是IP网络切片的一种主要实现方式。
IPv4是目前广泛部署的互联网协议。在互联网发展初期，IPv4以其简单、易于实现、互操作性好的优势而得到快速发展。但随着互联网技术的迅猛发展，IPv4设计的不足也日益明显，比如地址空间不足、处理报文头及报文选项的复杂度高、地址维护工作量大、路由聚合效率低，以及对安全、QoS（Quality of Service，服务质量）、移动性等缺乏有效的解决方案等。
IPv6的出现，针对性地解决了IPv4的一些问题。但是，在过去的一段时间里，IPv6的部署和应用非常缓慢。归根结底在于IPv6缺乏有效的应用牵引，而IPv4地址不足的问题也因为CIDR（Classless Inter-Domain Routing，无类别域间路由）和NAT（Network Address Translation，网络地址转换）等解决方案的应用得到缓解。5G和云等新业务的兴起，使IPv6迎来了新的创新和发展机遇。
5G和云对IP技术创新的影响可以用一句话来总结：5G改变了连接的属性，云改变了连接的范围。IP网络的本质就是连接。5G业务的发展对网络连接提出了更多的要求，例如更严格的SLA保障、确定性时延等，改变（或者说增强）了连接的属性，要求报文携带更多的信息来指导和辅助报文的转发，这些要求都可以通过IPv6扩展得到很好的满足。云业务的发展使业务处理所在位置更加灵活多变，而一些云服务（如电信云业务）更是进一步打破了物理网络设备和虚拟网络设备的边界，使得业务与承载融合在一起，这些都改变了网络连接的范围。为了更好地应对连接范围的变化，需要基于IP建立网络连接，这是因为IP的可达性是IP网络的基础，基于IP可达性建立的连接会更加快速和灵活。而在IP技术发展历史上大获成功的MPLS需要使用额外信令，并且需要全网升级，因此很难满足5G和云发展的需求。IPv6不仅具备Native IPv6的可达性，而且通过IPv6扩展报文头可以非常方便地支持功能扩展，实现更多种类信息的封装，这也是IPv6网络切片技术得以发展的重要基础。
SR是一种源路由协议，支持在路径起点向报文中插入转发指令来指导报文在网络中的转发，从而支持网络可编程 [5] 。SR的核心思想是将报文转发路径切割为不同的分段，并在路径起点向报文中插入分段信息以指导报文转发。这样的路径分段被称为“Segment”，并通过SID（Segment Identifier，段标识）来标识。SR在支持流量工程等方面相比传统的RSVP-TE（Resource Reservation Protocol-Traffic Engineering，资源预留协议-流量工程）协议更有优势，比如简化了控制平面和网络状态等。
目前SR支持MPLS数据平面和IPv6数据平面。基于MPLS数据平面的SR被称为SR-MPLS，其SID为MPLS标签；基于IPv6数据平面的SR被称为SRv6（Segment Routing IPv6，基于IPv6的段路由），其SID为IPv6地址 [6] 。
SRv6支持在头节点插入转发指令，指导数据包转发。如图1-15所示，SRv6结合了SR在头端进行网络编程和IPv6报文头可扩展性两方面的优势，为IPv6网络切片创新带来了新的机会。
图1-15 SR+IPv6=SRv6
从一般意义上理解，SR提供了一种具有高可扩展性的路径服务，即通过组合节点SID和链路SID等信息，提供不同的SR路径来满足不同业务的特定需求。从这个角度来看，SR与IP网络切片的目标是一致的，并且SR可以直接作为实现专线型切片的技术。
换个角度来看，在SR网络中，节点SID是一个虚拟节点，邻接SID是一个虚拟链路，将节点SID和链路SID组合在一起，就是一个虚拟节点和虚拟链路的集合，从而形成了一个虚拟网络。所以，SR也是一个可方便提供虚拟网络的技术，可以用于实现组网型的IP网络切片。