漫谈广域网边缘技术面临的挑战和解决方案

　　广域网边缘化，早已成了趋势，历经短短数年，手机已经由简单的通讯工具，演变成移动互联网时代最为无可替代、无所不包的神一般的存在了；如今，智能手机系统异常复杂，但这种复杂性并没有反映在用户界面中。所以，用户可以通过智能手机做得更多，压力更小，错误更少。这也正是SD-WAN背后的核心理念，它可以很好地适应当今的业务需求。

　　越来越多的企业，像苹果和特斯拉一样，依靠不断创新，使得产品或服务赢得用户的认可、追捧。为了创造并保持这样的竞争力，企业需要更加灵活、敏捷的业务能力，业务敏捷性依赖于IT敏捷性。为了提高IT的敏捷性，传统的IT技术不断被新技术所取代，虚拟化、云计算、微服务、SDN…… 汹涌澎湃的技术革新浪潮也不可避免地波及了广域网技术领域。

　　传统的广域网边缘基础设施面临的挑战：

　　广域网接入节点分布广泛、数量众多，部署周期长、维护难度大

　　● 由于网点分布广、数量大，现场缺乏有效的IT支持能力，加之传统的路由器采用命令行的配置方式，因此会造成部署周期长，程维护能力差，变更复杂，配置难度大、风险高，等诸多问题；

　　● 随着业务向公有云、混合云的迁移，如何实现分支机构与云中虚拟数据中心的高效连接，将是网络架构师面前新的难题。

　　传统的网络技术、简单僵化、难于满足业务敏捷性的要求

　　● 传统的路由方式（OSPF、PBR），只能机械、刻板地基于目标IP地址， 而非业务内容进行路径选择；传统方式只选择所谓的最优路径，无法在诸多网络品质（带宽、延迟、丢包率，等…）上不对称的传输路径间进行动态、只能的流量调度。

　　● 企业都在为传统的广域网的价格、性能和灵活性而苦苦挣扎，而公共云应用程序的激增更是加剧了这种情况的恶化，46%以上数用户的网络架构仍旧遵循全网统一互联网出口的模式，一方面将造成访问互联网流量占据50%~80%的MPLS/VPN或专线带宽，另一方面严重制约了对公有云应用的访问性能；

　　广域网带宽与性能需求迅猛，成本压力不断攀升

　　● 不断增长的带宽需求是一把双刃剑，虽然可以提升传输效率，另也会严重加剧IT的运维成本，尤其针对长途、甚至跨国的广域网；

　　● 所以拓展带宽来源（如互联网、LTE）、优化传输性能（带宽优化、延迟优化），已经到了IT乃至公司决策层关注的层面；

　　缺乏网络流量与性能，实现实时的可视化监控

　　● 传统的方式下，需要部署大量的广域网探针或广泛地启用Netflow技术，才能实现对网络流量与性能的可视化管理，因为需要大量的成本投入，并加重网络设备的工作负担，因此严重制约了广域网管理水平与效率。

　　广域网边缘基础设施解决方案

　　“广域网边缘基础设施实现企业的分支机构与总部DC之间的网络连接。这个领域从传统的接入路由器演变而来的，正在经历一个革命性的变化。”（摘自： Gartner广域网边缘基础设施市场指南 （2017年3月））

　　● 在制定广域网边缘发展策略的过程中，应该综合网络、安全、云架构等相关团队，而不宜仅局限在网络范围内，以孤立、渐进的方式推动网络变革；

　　● 在遇有更新或替换广域网接入设备的契机时，建议采用SD-WAN解决方案或基于vCPE的平台，而不宜延续传统路由器基础上的设备更新。

　　● 在分支机构的推动SD-WAN解决方案，可简化网络结构，扩大广域网传输资源、降低运维成本；

　　● 在更新网络边缘设备、续签线路或网络管理服务合同，或尝试减少分支机构设备蔓延的情况下，探索vCPE产品作为传统的、特定于任务的设备的替代品。

　　总体来说，广域网边缘的技术发展正面临两种重要的技术趋势：软件定义广域网（SD-WAN）、超融合架构下的多业务集成。

　　1、SD-WAN技术

　　借助SD-WAN技术，广域网技术正在由传统“两点一线”的封闭方式，向灵活的的、连接混合（云）多数据中心的、开放方式演进。并能根本地解决传统广域网面临的一系列挑战，诸如通过集中管理（Controller）和零接触部署（ZTP），简化部署、管理与维护；通过Auto VPN可以帮助企业在互联网上面拓展带宽资源，提高传输效率，控制带宽成本；通过DPI/流量规则（Traffic Path Rule）和通讯质量的测量，实现面向业务/应用的或基于链路质量的路径选择；通过对流量的感知与统计，实现在流量与性能的可视化管理……

　　集中管理与控制（零接触部署）

　　在SD-WAN架构下，设备的管理平面、控制平面与数据转发平面分离，并通过SD-WAN控制器实现对全网SD-WAN网关的集中管理和控制，包括实现设备注册、VPN通道创建、选路规则、安全策略、流表的分发，流量统计、链路质量的监测…等一系列功能；而网关则负责与underlay网络的衔接，向控制器上传相关的underlay网络信息，同时根据控制器下发的转发策略，实现数据的转发。

　　几乎所有的配置工作都是由控制器完成，因此 SD-WAN网关可实现零配置部署，即SD-WAN网关设备，被发送到分支位置后，经过简单连线、加电，即可自动地向控制器进行注册，自动地获取并完成一系列的配置，并开始转发数据。

　　SD-WAN控制器的管控范围，已经延伸到了分支机构的有线局域网（SD-LAN）和无线局域网（SD-WIFI）上，因此，可以分为小型分支机构提供更完整的基础设施整合方案。

　　AutoVPN

　　在Riverbed SD-WAN网关上，无需繁琐的手动配置，即可以自动在多个站点间构建一个安全的、全连接的VPN。

　　AutoVPN可以分为三层VPN（Route VPN） 、二层VPN（Switch VPN），并可以根据需要选择全连接方式（Full-Mesh）、半连接方式（Partial-Mesh）或星型方式（Hub-Spoke）。

　　通过VPN方式，可以帮助我们在既有的underlay网络上，创建可控的overlay网络，从而实现对更灵活的网络控制策略；同时，在互联网环境下，提供站点间、站点与公有云、私有云之间的安全、灵活的连接方式。

　　路径选择

　　SD-WAN网关通过DPI，自动识别应用类型并基于应用或业务（而非IP地址）的路径选择， 例如，将所有视频应用程序的流量发送到最高容量的线路上；通过Internet宽带线路发送软件更新；或者通过安全的VPN发送所有的业务流量；在高等级路径失败的情况下，流量会自动选择备份路径；

　　同时，SD-WAN网关可以监控overlay路径服务质量，包括丢包、延迟、延迟抖动，并基于链路服务质量的变化，进行路径选择。

　　可视化监控

　　通过SD-WAN控制器的管理界面，可以实时查看所有部署SD-WAN网关的站点，以及站点之间VPN Tunnel的状态，VPN Tunnel通过颜色显示正常与否；并可点击任一条VPN Tunnel，显示双向的流量信息。

　　当网络管理员发现某一条VPN Tunnel上的流量非常大，客户抱怨网络传输很慢，则管理员可以钻取到该段路径上，通过查看该路径上吞吐量、应用占比、协议流量统计、用户流量统计等，可快速定位异常流量的类型、来源IP、用户ID，管理即可通过流量规则或安全策略，进行相关处理。

　　2、超融合多业务网关

　　简单说，就是在广域网边缘基础设施的概念下，综合考虑所有关于网络、安全、云服务等领域的相关服务需求，采用SD-WAN的网络架构，以单一的物理产品形态，整合所有vCPE资源（传统路由、SD-WAN、WAN优化、安全/VPN、流量与性能可视化管理），提供完整的广域网边缘基础设施解决方案，从而突破传统网络方式下的各种难以逾越的挑战，最大化地实现对于广域网边缘基础设施的控制、优化与可视化监控。

　　广域网优化NFV

　　广域网优化是广域网环境下的关键技术，着力解决广域网带宽传输能力不足、高延迟/高丢包环境中传输协议或应用协议效率低下，等困扰广域网环境下的性能问题，提高传输效率与客户体验。

　　广域网优化技术主要在三个层面上：数据消减、传输协议优化、应用协议优化。通过数据去重和压缩技术，最大程度地削减需要实际通过广域网传输的数据量，重复数据削减量可达95%以上，一方面提升了传输效率，一方面降低或抑制了频繁的带宽扩展需求。通过连接池、虚拟窗口扩展（VWE）、高速TCP（HS-TCP）、极速TCP（MX-TCP） 等技术实现传输层优化；通过减少跨越广域网的应用层频繁往返交互，实现应用层优化；协议层优化、应用层优化在既有的传输带宽上，最大化地提高传输效率与客户体验。

　　网络优化的效果，一方面体现在数据消减的比例，通常会在60%~95%之间，比例越大，说明带宽的使用效率越高，在满负荷的条件下甚至可以达到数倍带宽的传输效果；另一方面，则体现在客户体验的提升，比如原来传送一个文件要十几分钟，现在只需要30秒，原来打开一个网页要1分钟，现在只需要十几秒…… 针对不同的应用，客户体验的优化效果也不尽相同，但基本在5倍到200倍的范围内。

　　集中存储网关NFV

　　为分支机构提供集中存储的网关服务接口，可将所有待存储的数据（包括超融合结构下各NFV的image数据）在本地先缓存下来，再以存储数据块（block）的形式，将数据搬回到数据中心集中存储空间内，如同苹果手机向iCloud进行手机数据备份，一旦在分支机构出现软件或硬件问题，即可一键恢复，从集中存储复原数据，将系统恢复到原来的状态。借助存储缓存、广域网优化、数据推送等技术，可以使用户获得良好的、近似本地性能的数据存取体验。

　　总结

　　再来看看智能手机吧，作为移动互联网边缘的个人信息基础设施，很难有人说清楚它到底集成了多少种功能，电话通讯、社交媒体、移动支付、点餐、叫车、购物、照相、导航、游戏……每一种功能都是以一个个App的形式存在于手机的界面上，而每增加一项功能，也仅需到网上商店中，选择并下载一款新的App而已。所有的软件image、配置信息、用户数据在存储于手机本地外，还都可以备份到云存储上去，所以当手机遗失或坏掉时，用户在获取一部新的手机后，仅需一键恢复，就可以在新的手机上恢复原来所有的App应用、配置及数据。实现上述功能的智能手机，系统的复杂性远远超过历史上所有存在过的个人终端，但是这种复杂性并没有反映在用户界面上，相反，用户获得了直观、简单、容易的操作体验，这是人类追求的使用体验，以简单的方式，完成结构复杂、风险易错、庞杂无序的工作。

　　超融合机构下的多业务网关就像是部署在分支机构的一部智能手机 ，路由器、SD-WAN网关、广域网优化、集中存储网关、防火墙，等NFV就像是这部手机上的各种App，通过对这些App的编排，用户获得了所期望的功能与体验，却无需了解其中的复杂性。