鄔賀銓：開發IPv6潛力服務算網協同發展

2022年9月8日-9日，在廣州南沙經濟技術開發區管理委員會指導下，由全球IPv6論壇(IPv6 Forum)和下一代網際網路國家工程中心共同主辦的2022全球IPv6峰會成功舉辦，本屆峰會以“加速產業生態建設，推進全球IPv6規模部署”為主題，透過線上線下結合的方式面向全球同步直播。

會上，中國工程院院士、推進IPv6規模部署專家委員會主任鄔賀銓著重強調了IPv6在算網協同中的重要應用，他提到，“算力作為新型資訊基礎設施，在雲網邊端實現計算、儲存和網路資源的最佳化配置。IPv6在算網協同中起到直接溝通、互聯和異構連通等關鍵作用，將全面服務算網協同大發展。”

▲中國工程院院士、推進IPv6規模部署專家委員會主任 鄔賀銓

AI加速算力需求

2020年OpenAI釋出AI語言GPT-3模型，引數1750億個，45TB資料，模型大小700G，需要百億億次浮點計算，微軟專門為OpenAI打造的超級計算機擁有28.5萬個CPU核以及1萬個GPU，供OpenAI在上面訓練所有的AI模型，訓練一次的成本大約1300萬美元。

2012～2019年，算力需求6年中擴大了30萬倍，即每3.5個月翻番。

油氣勘探相當於給地表做CT，一個專案的資料100TB~1PB，需巨大的算力支撐。高速列車具有複雜的3D外形和大長細比，很難在風洞中進行1:1模型試驗，可在模擬雲平臺進行數值分析與驗證。

電影《阿麗塔》中主角的每一幀畫面需要分解為千萬個小畫面，例如13萬根髮絲需逐根渲染，800人的團隊，動用3萬臺電腦，整體渲染4.32億小時，費用超1.7億美元。

計算任務型別多樣性

資料分為熱資料和冷資料。熱資料，例如遠端醫療、自動駕駛、工業網際網路等資料，對時效性敏感，適於當地就近處理。

冷資料，例如醫療影像資料需儲存15～30年。歷史資料有價值需儲存但不會頻繁呼叫，適於西部儲存。

大塊連續I/O密集任務需要快速儲存、索引、備份海量異構的Web頁面、使用者訪問日誌及屬性;提供資料融合和互操作性功能的SaaS應用;需要整合生產各環節大量異構資料的企業商務智慧應用，適於採用多執行緒。

小塊隨機CPU密集任務，圓周率精確計算、影片編解碼等，適於採用多程式。

建模需要用到大資料塊，例如油氣勘探資料近PB規模，但實時性要求不高。

推理可以只使用小資料塊，例如機器視覺的少樣本學習、可利用知識圖譜、遷移學習、智監督學習等處理的資料，實時性要求高。

算網融合

2022年5月，全球超算第一名能力為1.1EFlops，中國超算數量佔全球超算500強的34.6%。

鵬城雲腦II現有算力100P，目標1EFlops，商湯智算中心算力將近5EFlops，成都智算中心設計規模達到1FFlops。

按照工信部規劃，到2023年國家樞紐節點算力規模佔比超過70%。

算力網路是一種按業務需求，在雲網邊端間按需分配和靈活排程計算/儲存/網路資源的新型資訊基礎設施。

客戶按路徑遠近、算力容量與使用成本及效能等來選擇雲節點。客戶透過通訊網路向IDC發出計算請求，利用IDC提供的付費或免費的模型演算法、資料和算力，也包括客戶自有模型、演算法和資料。計算結果透過網路返回客戶。

SRv6透過IPv6報頭在資料面快速實現路由的組織及雲資源排程，成為雲網邊端算等的統一承載協議，最佳化網路資源，配置效率可提高60%。

存算分離可採用開放儲存體系和磁帶儲存介質，儲存器可池化，同時支援多伺服器和多雲，高利用率，降成本與能耗。

I/O往復頻繁，不適應實時性高的熱資料，適於冷資料。

存內計算技術以RAM代硬碟，在RAM內完成所有運算，避免I/O瓶頸，實現複雜且成本高，適於對熱資料處理。例如自動駕駛可以在車內同時完成存與算。

資料中心的互聯

虛擬機器遷移、資料中心雲化和平行計算等需要跨資料中心協同;東西部資料樞紐間需要傳送冷資料及計算結果;同一資料中心的主備用系統間也需要資料同步和災備。

資料中心間互聯(DCI)方法：

• 都會網路範圍，對大客戶可基於傳輸專線提供獨佔頻寬DCI服務，對小客戶在IP都會網路提供共享頻寬的DCI服務，例如MPLS VPN;

• 對於跨骨幹網的互聯，運營商傳統採用SDH over WDM方式，但容量與靈活性都受限。FlexE over WDM可改進顆粒性。

• 網際網路企業都選擇租用裸纖上自建WDM系統的方式來滿足100G以上互聯需求，考慮到主要是點到點互聯，因裝置資源無法共享而敏感於成本，同時希望可按需快速部署，開放光互聯應運而生。

控制面和資料面解耦，可引入SDN理念實現光網路管控，達到軟體開放原始碼、介面規範標準、資料模型統一、控制轉發分離和網路能力開放的目的。

資料面的光層與電層解耦，光模組採用伺服器裝置形態，刀片式插拔，以標準介面適配多廠家網路裝置，便利擴容，減少體積與功耗。

算力對通訊網路的要求

彈性，既要大規模組網適應高吞吐量，又要按需計算，例如氣象中心每天需要計算1～2次，每次計算2小時，計算時需要非常大的頻寬。

高效，大計算任務需要使用伺服器叢集，叢集內部存在計算協同，當網路有丟包時，增大了因協同等待而產生的時間開銷等，使算力持續下降。據實驗統計，0.1%的丟包會引起算力損失50%，需要有擁塞通知與避免技術，對於實時性很強的計算在無損前提下還要追求低時延。

感知，需要感知應用需求，為不同的應用提供差異化的SLA保障，還為其中重要的應用提供實時效能的檢測，保證使用者體驗。

安全，資料需要安全輸送到算力節點並安全返回計算結果，提供對算力租戶之間資料的安全隔離、對外部攻擊和資料洩漏防護、終端安全接入等。

經濟，最佳化資源配置，為客戶提供最合適的算力接入和使用環境。

低碳，最佳化排程，降低能耗，使用綠色能源。

算力的排程

很多計算任務具有隨機性，雖然天氣預報需要每天計算，但是每天也只是集中計算幾小時。資料中心的利用率具有潮汐現象，每個資料中心如果按峰值配置，算力利用率顯然不高，如能跨資料中心排程，則可獲得集約化效益，前提是需要實時感知資料中心的能力。

感知資料中心的算力，資料中心的算力發揮與採用晶片型別(CPU或GPU等)和存算架構有關，例如I/O密集任務與CPU密集任務適於採用不同的架構;存算比過低即儲存能力不足也會影響算力的發揮。

感知上層即PaaS和SaaS的能力，配備演算法軟體不同對計算任務的支援能力就不同，不同的AI任務(卷積網路、深度學習、遷移學習等)所需的軟體也不同。例如對於一些Gordon Bell獎的科學工程計算專案，資料中心只有20%的算力可用，計算能力調優是關鍵。

感知資料中心內部與資料中心間光互聯傳輸系統的實時效能，考慮成本、遠近和資料安全等因素。

由於資料中心的業主不同，運營者也不同，算力與網路也很難有統一的作業系統，可利用IPv6地址擴充套件欄位攜帶的能力可以承載各類感知資訊。

IPv6應用感知網(APN6)

傳統IP報頭僅含源和目的地地址，網路無法識別該IP包承載的業務型別和服務等級(SLA)要求。APN6利用IPv6擴充套件報頭嵌入業務要求，以此為依據來組織通道，未來還可利用IPv6擴充套件報頭嵌入所承載的資料屬性，支撐對跨境資料流動的管理。

利用APN，企業敏感資料在本地處理，一般資料上雲處理，在多雲場景下按APN選最合適雲。

同時捕獲多路影片的AR需要邊緣計算與APN來提供與其頻寬、時延、可靠性需求相應的網路服務。

對資料中心而言，希望有反映算力要求的效能標誌，而且僅有EFlops還不足以衡量，最好能反映I/O密集型任務還是CPU密集型任務、大檔案連續資料塊還是小檔案隨機資料塊等。

基於IPv6的隨流檢測(iFIT)

傳統的檢測方式採用傳送檢測報文的間接測試方式，不能保證檢測報文與真實業務路徑一致，丟包檢測精度只能達到10-3。

iFIT(隨流檢測)技術無需外掛探針，將OAM指令攜帶在IPv6擴充套件報頭中。根據染色位元經受的時延、誤碼等來獲得鏈路效能，測量結果嵌入報頭的指定欄位，處理節點根據報頭中的OAM指令資訊，收集資料上報。

可檢測丟包、時延、路徑還原，還可開發對跨境資料流動管理能力。

算力網希望實現任意規模的分鐘級全網鏈路監測，毫秒級虛擬網路拓撲查詢。

iFIT可檢測IP流通道的效能，但對於上雲的應用，IP通道的終點在資料中心伺服器的網路層，資料中心內的計算與儲存效能需要對映到iFIT欄位。

利用SRv6最佳化接入算力節點的路徑

SRv6(分段路由)在IPv6地址擴充套件頭中指定流量轉發路徑，支援低時延、組播、快速倒換和高可靠併發。

• 根據應用型別可提供專線產品和網路切片。

• 基於算力節點位置選擇對應的WAN和上雲路徑。

• 基於資訊保安標識，選擇算力節點，保證內部資料安全。

• 可按需配防火牆/入侵檢測路徑，為視訊會議配加速器。

透過確定性IP控制抖動和保證可靠性

在IPv6報頭中新增Flow Label欄位，入PE按業務流的QoS要求放行網路可滿足該條件的流。同時透過SRv6向入PE下發路徑，同一個流的前後資料包需要路徑繫結，支援沿途資源預留。

傳送時間劃分為等長的週期T，資料包按週期進行排隊和轉發，最大的抖動控制在2T。

SRv6路徑規劃，雲化引擎獲取網路狀態和報文流的抖動要求並計算路徑，對允許接入的流預留資源，形成面向連線的路徑。

邊緣整形技術，在入PE對一條流的多個報文進行整形，放入合適的門控佇列中。

門控排程技術，多個門控用於確定性IP流，每隔10us輪流開啟一個門控，小量門控對普通IP流永遠開放。

週期對映技術，入PE在T0週期內的報文透過計算轉到P1的T2週期，同時加入的還有來自其他入PE的報文。

雙發選收技術，為提高可靠性在入PE複製流到另一路徑，在出PE擇先選取。

SRv6與傳送承載

MTN(城域傳送網)基於SPN(切片分組網)提供接入網至核心網間多層次多顆粒度的傳送承載。

L1乙太網，FlexE將MAC層速率適配到50/100/200/400GE的L1，提供通道物理隔離及低時延交叉連線。

L2 TDM，FG-SE將MTN鏈路5Gbps幀劃分為480個10Mbps時隙，也可以10GE介面直接連L1。

L3 IP包，支援MPLS-TP或SRv6-TP的IP包分組資料包傳送，實現業務軟隔離。

IPv6在算網協同中的作用

網際網路選擇TCP/IP來遮蔽底層傳輸系統的差異和支援各類IP化的業務，無需控制面信令，實現不同業主的異構網路即插即用。

IPv6透過對地址的開發進一步發揮資料面互通異構網路的作用，避免了控制面的複雜性和時延。

5G的核心網在分離控制面與資料面功能的同時，強化資料面UPF功能並下沉。

SDN需要用到控制面的功能，但主要是路由和切片的計算。

網際網路到現在也沒有采用複雜的網路作業系統。

雲與網的資源異構，而且面臨業主不同難以協調的挑戰，雲與網很難共用統一的作業系統。

如果算網協同的目的是透過網路排程算力資源，則只需在laaS層互聯多雲，即IDC間互聯，透過開發IPv6地址所承載的資料面網路層功能就可實現，從而無需算網作業系統。

面向算力應用的IPv6需定義和承載該業務流對算力規模的需求和效能;顯示資料中心實時可提供的算力、所具有的模型與演算法;監測與呈現資料中心間傳輸鏈路的效能。

客戶的需求與資料中心可供應能力由網路來傳遞，網路也可據此最佳化對通道的選擇。