智能化技术及应用 | 以全可编程交换机构建智能网络

随着社会的高速发展，5G、大数据、人工智能等新一代技术正逐步应用到当今社会的各个领域，深刻地改善人们的生活，人类社会将逐步迈入智能社会，而作为智能社会中各个元素相互链接联系的底层基础网络也必然是智能网络。可编程交换机除了可以对数据进行快速转发，还可以对流量和网络状态信息进行彻底的探测，从而为构建智能网络提供坚实的基础。然而究竟如何构建智能网络，这样的智能网络又需要什么样的交换机进行支撑呢？实际上，伴随网络智能化需求越来越迫切，当前以云巨头和互联网厂家为代表的大型数据中心越来越多地采购可编程交换机，来满足其快速的业务变化要求，进而构建智能网络。

构建智能网络，为何要全可编程交换机？

智能网络，是计算机技术应用产生的一种成果，通过综合各种网络技术将相关设备连接起来，能够自动分析最佳结果，达到使用目的。智能网络需要将AI或者机器智能应用于网络，网络中AI的主要应用场景有：流量预测、分类和路由、网络异常和故障预测、网络故障溯源、网络资源管理和调度、网络智能运营服务等等。这些应用的实现都需要收集和分析大量的流量状态信息和网络状态信息，而传统交换机由于采用固定的ASIC芯片，只能提供固定功能的检测信息，无法提供对网络进行彻底的或者弹性的检测信息，所以限制了AI在网络中的应用。

交换机可编程分为控制平面可编程和数据平面可编程。全可编程交换机，是控制平面和数据平面都可以编程控制，使用者可以定义交换机处理数据包的方式，交换机没有绑定任何特定的网络协议。交换机出厂时转发芯片ASIC的内容是空的，客户根据自己需求自行编程完成定制化的需求，并可以根据业务需要随时进行在线编程升级。

相比传统交换机，全可编程交换机可以提供详细的网络检测信息，给网络分析提供必要的检测数据。全可编程交换机通过编程可以实现带内网络遥测INT功能，可以采集数据路径中端到端的实时状态信息。通过编程在源端点交换机的包中嵌入指令，列出要从网络收集的网络状态类型，每个交换机在数据包通过时在包中插入请求的网络状态。如图1所示。

图1 网络遥测INT功能示意图

全可编程交换机通过编程使用INT功能对每个数据包提供深入的可视性，可以检测出网络中几乎所有的异常情况，包括微突发、拥塞问题和负载均衡等问题，并可以具体知道网络中每个包的4个方面信息：经过了哪条路径；传输规则是什么；在每个节点延时了多久；一同排队的有哪些包。

全可编程交换机全面收集的流量和网络状态信息给网络智能提供了数据基础，网络AI通过这些基础数据的分析得出优化结果对网络进行反馈控制，流量控制、拥塞控制、负载均衡、安全防御、网络运维等功能都可以智能化决策控制，从而实现网络智能化。

揭秘可编程的智能网络架构

智能网络有三个重要特征：弹性、自适应性和集成性。“弹性”指的是网络可以方便地进行规模上的扩容或缩小；“自适应性”包括识别应用、服务灵活、快速响应、自动防御和自动优化升级；“集成性”表现在设备模块化并实现系统级管理。智能网络赋予网络所有者“可控、可管、可查”，有助于降低总成本、提高网络效率、增加业务灵活性。

智能网络架构拓扑上和传统网络架构基本一致，最大的区别是智能网络需要具有网络AI层功能，如图2所示。图中网络AI功能集中在一起，放在网络AI层中（每个交换机节点也可以配备有AI功能），图中的交换机为全可编程交换机。网络AI根据要实现的功能需求，收集需要的网络状态信息数据，对收集数据进行分析处理，并结合历史经验库，给出预测和处理建议，根据不同业务得出AI优化后的网络参数配置并反馈到网络中，实现网络的智能优化。网络AI可以对交换机进行全面的配置和编程，从收集数据到反馈配置网络的这一过程是不断地实时进行的，从而保证智能网络在每一时刻保持最佳状态。

图2 智能网络架构

大数据、人工智能正在逐步融入网络，未来网络的发展方向是网络智能化。全可编程交换机以自身独有全面INT功能优势为智能网络提供基础支持，以全可编程交换机构建智能网络已成趋势，亟待发展。

如今紫光股份旗下新华三集团已率先研发出对应的全可编程交换机产品和解决方案，来帮助客户构建智能网络。新华三先知网络架构SNA引入闭环，融合AI、大数据等技术，实现网络从设计、部署、运维的全生命周期智能化管理，在园区、数据中心等实际应用场景中帮助客户实现多维度、多场景、多区域的网络融合。同时在AI的应用能力上AD-NET 5.0实现了包括本地AI、设备AI、云端AI的全面智能化应用。未来，新华三将基于“AI in ALL”智能战略和“数字大脑计划2020”实践指引，以无处不在的AI体验，为客户数字化转型提供更加智能的网络服务。