2022年中国运力白皮书.pdf
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1、 运力白皮书 中国运力白皮书(2022)I 中国运力白皮书(2022 年)前前 言言 2021 年 10 月,习近平总书记在主持中共中央政治局第三十四次集体学习时强调,“要加快新型基础设施建设,加强战略布局,加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施”。集信息计算力、数据存储力、网络运载力于一体的算力基础设施是信息基础设施的重要组成部分,对于夯实我国网络强国战略,支撑数字经济发展意义重大。网络运载力支撑数据要素高效流动,是优化我国算力供需关系,推动我国经济社会数字化转型的关键。本白皮书从网络运力要满足算力多元化供给、便捷化连接、普惠化使用的
2、现实需要出发,综合考虑网络运力在算力间、数据中心内部、用户入算等三个环节以及在安全能力、运营效率等维度所面临的现状和挑战,白皮书首先梳理了全球主要国家及我国出台的网络运力发展战略及政策,分析了我国骨干网、城域网、数据中心内网的发展状况和未来趋势,总结了网络运力大带宽、低时延、高可靠、弹性智能、高安全等五大特性下的热点技术。最后,对我国网络运力发展进行展望,从技术、人才、标准、产业等方面对网络运力高质量发展提出建议,推动网络运力行业全面发展。白皮书仍有诸多不足,恳请各界批评指正。如有意见建议请联系中国信通院云大所数据中心团队,邮箱:。II 中国运力白皮书(2022 年)目目 录录 1 网络运力定
3、义与内涵.1 2 网络运力产业发展分析.3 2.1 政策分析.3 2.1.1 全球各国出台网络运力战略和政策.3 2.1.2 我国网络运力相关战略和政策.4 2.2 现状和趋势分析.7 2.2.1 骨干网络.7 2.2.2 城域网.10 2.2.3 数据中心内网络.12 3 技术发展分析.16 3.1 大带宽.16 3.1.1 400GE、800GE 光模块.16 3.1.2 C+L 光频带扩展技术.17 3.1.3 超低损耗光纤.18 3.2 低时延.19 3.2.1 总线级数据中心网络技术.19 3.2.2 ROADM 和 OXC 技术.20 3.3 高可靠.21 3.3.1 多框集群技术
4、.21 3.3.2 Ason 技术和 Mesh 组网.23 3.4 弹性智能.24 3.4.1 SRv6 和 APN6 技术.24 III 中国运力白皮书(2022 年)3.4.2 OSU 和 FlexE 技术.26 3.4.3 数据中心内智能无损技术.27 3.5 高安全.28 3.5.1 加密技术.28 3.5.2 主动防御技术.28 4 中国网络运力发展展望与建议.30 1 中国运力白皮书(2022 年)1 网络运力定义与内涵 算力基础设施是集信息计算力、数据存储力、网络运载力于一体的新型信息基础设施,是新基建的核心组成部分,呈现多元泛在、智能敏捷、安全可靠、绿色低碳等特征,对于我国数字
5、经济发展支撑意义重大。当前,我国电子商务、平台经济、共享经济等数字化新模式接替涌现,工业互联网、智能制造等领域发展全面加速,为我国产业数字化持续健康发展注入强劲动力。以数据中心为核心代表的算力基础设施随着经济社会信息化实现了快速发展,为推进网络强国、数字中国建设贡献了重要力量,推动我国经济社会加快数字化转型。网络运力是以数据通信网和光传送网等网络基础设施为支撑,通过网络资源智能化管理编排调度平台,支撑数据要素在算力之间、数据中心内、以及用户与算力之间高效流动的网络运载力。网络能力是优化全国算力供需关系的关键,也成为新时代赋能数字经济发展的关键力量。近年来,国家发布多个文件加快基础网络建设,推动
6、网络质量提升,优化我国网络布局,取得了积极成效。但不断深化的产业数字化要求对网络运力在算力间、数据中心内部、用户入算等环节以及运营效率、安全能力等维度提出了新的要求,需加快技术研发和应用,推动网络运力实现大带宽、低时延、灵活智能、安全可靠,保障算力基础设施高质量发展,满足算力多元化供给、便捷化连接、普惠化使用的现实需要。提升算力间网络运力质量。提升算力间网络运力质量。在数字化转型加速的背景下,单一数据中心无法满足指数级增长的业务需求,算力间跨区域和跨集群的计算和存储资源的调度需求将持续上升,数据中心虚拟化、资源池化能力对网络运力质量的要求不断提升。但从我国网络运力发展现状来看,东部地区网络运力
7、相对较好,西部地区可再生能源丰富,气候条件适宜,但存在跨区域网络调度能力和质量不佳等问题。因此,随着各 2 中国运力白皮书(2022 年)行业对算力需求的不断增长,网络运力质量需要不断提升,实现全国算力的按需统筹和调度。提高数据中心内部提高数据中心内部网络质量网络质量。数据中心内部数据处理的过程包括数据存储、计算和应用三个环节,数据存储区的节点间通过存储网络互联,高性能计算区节点间通过高性能计算网络互联,通用计算区通过通用计算网络与外部用户终端对接提供服务。当前,数据中心内部网络成为满足实时交互需求、持续推进数字化建设、适应数据快速增长的重要途径和关键要素,需不断优化数据中心内网络质量,最大化
8、利用计算、存储和网络资源,提升数据处理效率实现数据实时访问,满足大数据、人工智能、元宇宙等新兴技术和业务的发展需求。提高用户入算网络质量提高用户入算网络质量。随着数字经济的发展,一方面有越来越多的企业开启了数字化转型之路,从大城市向中小城市、向乡镇延伸;另一方面,产业数字化也推动企业加速将核心生产系统上云。企业生产系统不同于基本的办公和互联网需求,对网络运力的质量也提出了更高的要求。因此用于连接用户和算力之间的入算网络在覆盖范围、能力和质量上都需要有进一步的提升。推动网络安全能力建设推动网络安全能力建设。数字经济快速发展一方面依靠海量数据交换和算力调度,另一方面也对网络运力安全性提出了更高的要
9、求,尤其是在和国家安全息息相关的行业。需加强网络传输加密技术和主动网络防御技术,持续提高网络监测、分析和管理能力,有效增强算力间和数据中心内部数据流通的可靠性和安全性。提高网络运营效率质量提高网络运营效率质量。人工智能、机器学习等方面的应用需求带来的海量数据的处理和传输,给当前的网络架构和管理带来一定挑战。在算力间、用户入算、数据中心内部均需要技术创新和升级,采用直连网络、超融合网络、网络切片、灵活以太网等新技术满足各类业务对网络质量、智能化管理等方面的要求,实现业务的降本增效。3 中国运力白皮书(2022 年)2 网络运力产业发展分析 2.1 政策分析 全球主要国家聚焦数字经济发展,同步推进
10、网络运力相关战略布局与落地实施。从整体上看,网络运力发展战略层级不断提升,信息基础设施等领域政策以顶层设计的形式陆续出台;网络运力发展战略落地加快,各国以发布备忘录、行动计划与路线图等方式推动网络运力实施建设;网络运力发展战略主体日渐丰富,欧盟、英国、美国、日本、韩国、新加坡等发达经济体持续强化网络运力战略布局的同时,中国、沙特等发展中国家也将网络运力战略纳入到国家长期战略发展规划中,成为网络运力战略布局的重要组成。2.1.1 全球各国出台网络运力战略和政策 欧盟欧盟 2021 年 3 月发布2030 数字罗盘:欧洲数字十年之路,提出要构建安全、高性能和可持续的数字基础设施。到 2030 年,
11、欧洲所有家庭应实现千兆网络连接,所有人口密集地区实现 5G 网络覆盖,并在此基础上发展 6G;应建成 1 万个碳中和的互联网节点,以确保该地区的所有企业能够无延迟的访问数据服务。英国英国 2022 年 1 月发布2022 年国家网络战略,该战略提出英国未来五年的行动计划,包括建设有弹性和繁荣的数字英国,降低网络风险,使企业最大限度利用数字技术的经济利益。美国美国 2020 年 11 月发布Completing the Transition to IPv6,旨在推进联邦机构的 IPv6 全面升级。该备忘录从基础设施、采购要求、USGv6 计划、网络安全等角度介绍了联邦政府对 IPv6 业务部署和
12、使用的指导,要求到 2023 财年末,联邦网络 IP 资产中使用 IPv6 的占比应达到至少 20;到 2024 年至少达到 50;到2025 年至少 80。4 中国运力白皮书(2022 年)日本日本 2022 年 6 月发布数字田园都市国家构想,该构想提出日本在 2027 年底前会将高速互联网通信光纤线路覆盖 99.9%家庭,到 2030 年底把 5G 移动通信系统的人口覆盖率提升至 99%。沙特沙特 2017 年 4 月发布沙特阿拉伯 2030 愿景,明确了沙特未来 15 年的发展目标,其中指出沙特将大力发展高速宽带等通信和信息技术基础设施,将其城乡覆盖率分别提高至 90%和 66%。韩国
13、韩国 2019 年 4 月发布实现创新增长 5G+战略,旨在以 5G 商用化为契机,带动 5G 上下游产业发展,并将 5G 全面融入整个国家社会经济当中,战略提出要重点建设 5G+创新中心、5G 验证等基础设施。新加坡新加坡 2020 年 12 月发布研究、创新和企业 2025,提出要在智慧国家和数字经济领域发展技术领导力,以建设智慧国家和锚定新加坡作为可信赖的数字创新枢纽的地位。计划于 2021 年 1 月推出两个独立的 5G 网络,在 2022 年底前建成至少覆盖半个新加坡的5G网络,并在2025年底前建成覆盖整个新加坡的5G网络。2.1.2 我国网络运力相关战略和政策 习近平总书记在 2
14、016 年 4 月召开的网络安全和信息化工作座谈会上指出,我国在互联网创新能力、基础设施建设、信息资源共享、产业实力等方面,同世界先进水平相比,同建设网络强国战略目标相比,还存在不小差距,要尽快突破互联网核心技术;,在 2021 年 10 月主持中共中央政治局第三十四次集体学习时提出,“要加快新型基础设施建设,加强战略布局,加快建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施”。近年来,我国持续加强顶层设计,国家信息化发展战略纲要、“十四五”国家信息化规划陆续出台,信息化发展战略、国家大数据战略、“互联网+”行动计划、“东数西算”工程等密集部署,网络
15、强国基础逐步夯实。2021 年 3 月,工业和信息化部发布了 “双千兆”网络协同发展行动计划(2021-5 中国运力白皮书(2022 年)2023 年),指出要适度超前部署“双千兆”网络,同步提升骨干传输、数据中心互联(DCI)能力。推动基础电信企业面向数据中心高速互联的需求,持续扩容骨干传输网络,按需部署骨干网 200/400Gbps 超高速、超大容量传输系统,加快推动灵活全光交叉、智能管控等技术发展应用,引导 100Gbps 及以上超高速光传输系统向城域网下沉。鼓励在新建干线中采用新型超低损耗光纤。鼓励开展数据中心直联网络、定向网络直联等的建设。结合业务发展,持续推动 IPv6 分段路由(
16、SRv6)、虚拟扩展局域网(VXLAN)等 DCI 核心技术的应用;推进软件定义网络(SDN)技术在数据中心互联中的应用,提升云网协同承载能力。2021 年 5 月,国家发展改革委等有关部门发布了全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案,提出构建数据中心、云计算、大数据一体化的新型算力网络体系。国家枢纽节点要加快网络互联互通,建设数据中心集群之间,以及集群和主要城市之间的高速数据传输网络,优化通信网络结构,扩展网络通信带宽,减少数据绕转时延。围绕数据中心集群,稳妥有序推进国家新型互联网交换中心、国家互联网骨干直连点建设,促进互联网企业、云服务商、电信运营商等多方流量互联互通。2021
17、年 5 月,国家统计局发布数字经济及其核心产业统计分类(2021),界定了数字经济及其核心产业统计范围。其中界定了数字要素驱动业信息基础设施建设网络基础设施建设的统计范围:指光缆、微波、卫星、移动通信、工业互联网、物联网、5G 等网络基础设施的建设活动。“分类”的出台对推动网、云、数基础设施建设有很大的指导意义。2021 年 7 月,工业和信息化部、中央网络安全和信息化委员会办公室发布 IPv6流量提升三年专项行动计划(2021-2023 年)指出要强化基础设施 IPv6 承载能力,加快数据中心 IPv6 深度改造。主要数据中心运营企业进一步完善数据中心 IPv6业务开通流程,按需扩容数据中心
18、 IPv6 出口带宽,新建数据中心应支持 IPv6。企 6 中国运力白皮书(2022 年)业自建自用的数据中心应支持 IPv6。2021 年 7 月,工业和信息化部发布新型数据中心发展三年行动计划(2021-2023 年),确定了网络质量升级行动方向。第一是要提升新型数据中心网络支撑能力。以新型数据中心高速互联应用需求为牵引,推进骨干网建设升级,持续优化国家互联网骨干直联点布局,提升网间互联质量;第二是要优化区域新型数据中心互联能力。优先支持国家枢纽节点内的新型数据中心集群间网络直连,稳妥有序推进国家新型互联网交换中心建设,促进跨网、跨地区、跨企业数据交互,支撑高频实时交互业务需求;第三是要推
19、动边缘数据中心互联组网。推动边缘数据中心间,边缘数据中心与新型数据中心集群间的组网互联,促进数据中心、云计算和网络协同发展。2021 年 12 月,国务院印发“十四五”数字经济发展规划,提出要优化升级数字基础设施。一方面要加快建设信息网络基础设施,建设高速泛在、天地一体、云网融合、智能敏捷、绿色低碳、安全可控的智能化综合性数字信息基础设施。有序推进骨干网扩容,协同推进千兆光纤网络和 5G 网络基础设施建设,推动 5G 商用部署和规模应用,前瞻布局第六代移动通信(6G)网络技术储备,加大 6G 技术研发支持力度,积极参与推动 6G 国际标准化工作。另一方面要推进云网协同和算网融合发展。加快实施“
20、东数西算”工程,推进云网协同发展,提升数据中心跨网络、跨地域数据交互能力,加强面向特定场景的边缘计算能力,强化算力统筹和智能调度。2022 年 1 月,工业和信息化部办公厅、国家发展改革委办公厅印发 关于促进云网融合 加快中小城市信息基础设施建设的通知,指出要持续完善城区光缆网络,加快建设新型 IP 城域网、光传送网络(OTN)、5G 承载网、云专网等。升级中小城市至中心城市、中小城市至乡镇、中小城市之间的光缆和传输系统,有条件的地区全面推广部署 100G OTN 设备,满足云边互联、公众宽带、政企专线等业务承 7 中国运力白皮书(2022 年)载需要。明确了增强中小城市网络基础设施承载和服务
21、能力,推进应用基础设施优化布局,建立多层次、体系化的算力供给体系,提升公众用户端到端网络访问体验,有效满足企业数字化转型。2022 年 2 月,国家发展改革委会同有关部门分两批联合复函,同意在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、成渝、贵州、内蒙古、甘肃、宁夏等 8 地启动建设国家算力枢纽节点,并规划设立了 10 个国家数据中心集群,推动数据中心合理布局、优化供需、绿色集约和互联互通。至此,全国一体化大数据中心体系完成总体布局设计,优化东西部间互联网络和枢纽节点间直连网络也成为枢纽节点的重要建设任务。2.2 现状和趋势分析 2.2.1 骨干网络 我国算力基础设施建设持续高速增长,据 2022 中国算力
22、大会发布的中国综合算力指数和中国存力白皮书显示,截至 2021 年底,我国算力核心产业规模达 1.5 万亿,衍生产业规模近 8 万亿,存储总容量已达 800EB,出货量年均增长速度已达 50%,截止 2022 年 6 月底,在用数据中心机架总规模超过 590 万标准机架,服务器规模约 2000 万台,算力总规模超过 150 EFlops。为了优化我国数据中心基础设施建设布局,国家陆续出台了关于加快构建全国一体化大数据中心协同创新体系的指导意见 和 全国一体化大数据中心协同创新体系算力枢纽实施方案,设立 8 个算力枢纽、10 个数据中心集群,优化数据中心建设布局,实现全国性算力资源调度,推动算力
23、、算法、数据、应用资源集约化和服务化创新。在网络运力方面,提出了“优化国家互联网骨干直连点布局”“优化数据中心跨网、跨地域数据交互”“积极推动在区域数据中心集群间,以及集群和主要城市间建立数据中心直连网络”“数据中心集群端到端单向网络时延原则上在 20 毫秒范围内”等具体要求。8 中国运力白皮书(2022 年)来源:国家发展改革委高技术司 图 1 国家枢纽节点 长期以来,国内运营商持续推动网络扁平化发展,缩短业务转接跳数和路由长度,形成了包含核心层、汇聚层、接入层在内的三层骨干网架构。骨干核心层采用节点间直连和全网状互联方式进行大区间流量的交换,并负责全网与国际Internet、国内其他运营商
24、的互联;骨干汇聚层负责汇接各省到骨干网的连接,以省会城市及部分重点城市为汇聚节点,负责大区内省份流量间的交换;骨干接入层负责汇聚本省省际流量和出网流量,各个地市的业务先上联核心节点,再通过核心层进行业务的转发。当前,枢纽节点的多个集群,如韶关、庆阳等,不是骨干网架构内的核心节点,若继续沿用上述骨干网架构,业务访问算力枢纽节点必须要绕转到省会经骨干节点 9 中国运力白皮书(2022 年)转接,业务传输的路径和时延就会大大增加。各集群纷纷依据枢纽节点建设方案、结合集群网络现状,编制专项网络规划,统筹协调各基础电信运营企业全面提升集群网络节点层级,建设枢纽间的直连链路。骨干网在网络运力中处于核心位置
25、,骨干网所承载的数据流量猛增对骨干网网络设备的转发性能和可靠性也提出了更严格的要求。长期以来我国西部地区的业务量较小、距离东部城市远,导致东西部的光缆部署不均衡不充分,难以保证到东部地区的路由最优、时延最短。因此未来一方面要提升国家枢纽节点间光网传输与承载能力,丰富和优化国家枢纽节点的光缆路由,实现国家枢纽节点间直联路由最短,进而缩短业务时延;另一方面要逐渐采用集群方式扩容,使路由设备在不改变网络拓扑,不影响现网业务的情况下,具备平滑升级的能力,以适应不断变化的客户需求使运维变得更加简单。来源:中国信息通信研究院 图 2 骨干网络承载能力发展情况 如上图所示,当前我国已全面建成覆盖全国的 10
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