网络：重温历史、举目未来

我们现在每天都在使用网络，但网络是什么，有人认为它是一条“线”，有人认为它是一个“点”、一个“面”。举个例子，从北京市西五环外八角地区去往天宁寺桥，我们既可以选择莲石路直达；也可以选择走阜石路，途径三里河东路后经过白云桥到达；还可以走长安街经过南礼士路到达等。

由此可知，通过一张承载我们的交通路线，可以到达我们想去的地方。网络既是这样，它是由网络设备节点、线路组成的信息系统之间数据通信、客户端与服务器端通信的数据转发平面，它是IT系统里的基石、是奔向前方的“路”。

重温网络发展的历史，我们不得不会提到一些常用词语：以太网（Ethernet）、传输控制协议/网际协议（TCP/IP协议）、因特网（Internet）、STP生成树、路由协议等，就是这些让网络技术发展的历史精彩丰富，使网络发展的步伐坚实可靠。首先我们来聊一聊两个从发展初期到今日变成不可替代的基石内容：

最初的以太网采用无源传输媒体即同轴电缆作为总线传输信息。以太网(Eternet)是以CSMA/CD（波侦听多路访问/冲突检测）方式工作的典型网络，1975年由美国Xerox公司的ALTO研究中心和Stanford大学合作研制，并以历史上用于表示传播电磁波的物质以太(Ether)来命名。1980年9月DEC、Intel和Xerox三个公司合作制定有关以太网的工业标准，提出Ethernet规范V1.0即著名的蓝皮书《以太网:数据链路层和物理层规范1.0版》。1982年，公布规范V2.0。

由于以太网标准由上述三个公司制定，又被称为DIX规范。1982年底3Com公司率先将以太网产品EtherLink投放市场，随后，DIX规范为工业界广泛接受，成为事实上的工业标准。因为DIX仅涉及OSI的最底两层，因此，凡是这两层设计遵循DIX规范的局域网都被称为以太网。第一个以太网以2.94Mbps速度运行，而后第一个进行商用推广使用的以太网技术以10Mbps速度运行，伴随网络技术应用的发展，以太网的速度也呈现指数级增长，目前较为常见的1Gbps、2.5Gbps、10Gbps、40Gbps、100Gbps，传输距离甚至可达上百公里。并且由于建设&维护成本较低、使用简单，在绝大多数网络建设组网场景中已几乎替代ATM、SDH网络。

在我们日常生活中，保存了两种较为常见的以太网接入形式：

①、有线电视同轴电缆

最贴近生活的同轴电缆传输终端设备，例如歌华有线电视，自1998-99年进入百姓家庭，使用同轴电缆进行信号输入，利用红白黄三色线缆或者HDMI输出至电视机呈现画面。

②、RJ45、WiFi等

生活与办公场景下，几乎每天都会通过RJ45网线和WiFi无线信号使用以太网连接企业内部终端或者自己的电脑、手机、IPAD等。

我们每天执行很多协议：询问和回答问题、商业谈判、协同工作等。计算机也会执行各种协议。一系列相关协议的集合称为一个协议族。指定一个协议族中各种协议之间相互关系并划分需要完成的任务设计，称为协议族的体系结构或参考模型。TCP/IP是一个实现因特网Internet体系结构的协议族，它来源于ARPANET 参考模型。

1970年，ARPANET主机开始使用网络控制协议(NCP)，这就是后来的传输控制协议(TCP)的雏形。1972年，Telnet协议推出。Telnet用于终端仿真以连接不同的系统。在二十世纪七十年代早期，这些系统使用不同类型的主机。1973年，文件传输协议(FTP)推出。FTP用于在不同的系统之间交换文件。1974年，传输控制协议(TCP)被详细规定下来。TCP取代NCP，它为人们提供了更可靠的通信服务。1981年，Internet协议(IP)(又称IP版本4[IPv4])被详细规定下来。IP为端到端传递提供寻址和路由功能。1982年，美国国防通信署(DCA)和ARPA建立了传输控制协议(TCP)和Internet协议 (IP)作为TCP/IP协议套件。1983年，ARPANET将NCP替换为TCP/IP，至2023年TCP/IP协议年满“40岁”。1984年，域名系统(DNS)推出。DNS可将域名(如www.abc.com)解析为IP地址(如192.168.1.1)。1995年，Internet服务提供商(ISP)开始向企业和个人提供Internet接入。1996年，超文本传送协议(HTTP)推出。万维网使用HTTP。1996年，第一套IP版本6(IPv6)标准发布……

TCP/IP通过分层设计，每层只负责通信的一个方面，此设计为了允许开发人员分别实现系统的不同部分。最常提到的协议分层概念基于开放系统互联标准即OSI，也正因为这样，产生了我们最为熟知、学习计算机网络无法规避的一个重要知识点——OSI 7层模型。

每一层级使用的方式也有明显区别。例如1层——物理层，我通常会使用接口型号、链路类型、速率等进行区分；

2层——数据链路层，通常我们泛指使用交换机设备组建的“2”层网络，使用生成树协议保障每个广播域内的稳定、冗余、防止环路故障。若核心节点网络设备为树根，终端接入节点为树梢、树叶，此时整个网络数据帧如同养分，由树根→树梢、树叶，形成一条不可逆的输送路径。

另外还包含近几年又重新火热起来的IS-IS链路层路由协议，作为Segment Routing应用的底层网络协议。IS-IS是一种链路状态协议，使用SPF（Shortest Path First，最短路径优先）算法进行路由计算。为了支持大规模的路由网络，IS-IS在路由域内采用两级的分层结构。一个大的路由域通常被分成多个区域（Areas）。

3层——网络层，以IPv4&IPv6地址作为标识，使用多种路由协议作为通信方式，如直连路由、静态路由、动态路由，动态路由又包含RIP、EIGRP、OSPF等，包括现今最流行的SDN网络亦是通过“3”层的路由学习、转发实现。

到这里，我们大致聊完了对“1-3”层的简单理解，这也是一个非常重要的Flag，因为在过往30年、甚至今天，大多数情况下对网络工程师的定义依然是在这三层。网络工程师即需要扎实的基础知识、敏捷的反应、清晰的思路、冷静的头脑同时需要有良好的身体素质，因为在网络实施中设备上下架、机房环境应急处理、通宵割接调试等这些情况是经常发生的。

依据应用系统、主机操作系统、虚拟化、云平台等建设需求复杂性&难度的增加，网络的“管辖范围”也成纵向扩展趋势。如BGP的邻居Establish、HTTP类应用系统的会话创建、网络层负载均衡、应用层负载均衡、DNS、CDN…都是在路由与交换知识基础上向第4～7层技术延申。

注：以上部分历史时间节点内容主要摘自《TCP/IP详解·卷1》，其余内容总结于个人2014年CCIE-RS课程笔记及工作记录。

现今对于企业的网络技术发展水平一般通过骨干网/广域网建设作为考量因素之一。拥有骨干网意味着在总部/分支机构节点的网络建设已形成一定规模,需要通过同城或者异地的冗余链路，使各网络节点实现基础通信。从而在全国或全球范围内，形成“星形”、“环形”拓扑。

光大集团骨干网第一期建设已经稳定运行接近五年，1.0时代承载了各重要网络区域的流量转发并先后部署了集团官网、光大E信、数据港、邮件系统、审计、全面风险、党建、OA、HR、视频云、运管等应用。实现集团总部、一级成员企业及重要成员单位的网络接入，用于分支节点访问集团IT系统资源。

自1982年第一版RIP动态路由协议问世，随着网络技术的不断发展愈趋复杂，新的路由协议不断涌现。

随后IT系统及应用范围不断扩大，为满足更加庞大的使用需求，EIGRP、OSPF、ISIS、BGP等主流动态路由技术不断产生。并在特殊重要场景下更是衍生出MPLS、BGP MPLS-VPN、MPLS-TE等技术，为整个IT行业安全稳定运转支撑将近20-30年。

IP/MPLS技术在过去多年间一直在做“加法”，功能不断丰富的同时也带来了实施和使用上的复杂性。采用现有技术应对更加敏感的业务需求时将是很大的挑战。

随即Segment Routing的概念和技术体系由Cisco于2013年首次提出。截至2022年初，短短不足十年间，国内网络厂商将此项技术进行大力推广和优化，足以应对市场内政企、金融等行业领域的使用需求。目前Segment Routing的使用已成为当今ISP运营商及企业广域网领域的最佳实践方式。

集团骨干网1.0时代既是使用了标准的OSPF、BGP、MPLS-VPN等技术作为全集团信息数据交互的转发平台。通过BGP MPLS-VPN技术实现各“CE”角色实例的地址前缀分发，使用RT标签的导入、导出实现路由交互。伴随需要维护的IP、标签信息剧增，将同样面临复杂性提升的问题。

现有架构示意如下：

Segment Routing的应用将完全改善和引领新的集团骨干网架构设计，使用IPv6地址作为数据平面转发时，Segment列表以IPv6地址压入数据包报头中。

SRv6中的Sgement用128位IPv6地址进行标识。从信令角度研究，与现有MPLS数据平面相比，使用及理解更为简单，不需要通告除IPv6地址以外的信息。一个IPv6地址不仅可以标识为路由器，还可以是接口、设备、业务或APP系统等。另外IPv6可以进行地址汇总，而MPLS则不具备。

反观集团骨干网场景中的实践内容，基于成熟的组网架构及技术演进，使用SD-WAN控制器及配套解决方案完成骨干网SRv6的数据转发平面升级。骨干网各角色节点将采用全新的IPv6互联地址设计及ISIS&IPv6动态路由协议，使路由自治域呈现“星型+环状”的拓扑结构。

在SRv6底层IGP选择了ISIS作为underlay网络协议的首选。当然，理论角度可以选择OSPFv3（OSPF IPv6），但是ISIS工作在数据链路层，扩展性更强，通过定义不同TLV字段（类型/长度/值）从而实现支持不同的网络层协议。

并且优于OSPF的是可以同时兼容IPv4和IPv6协议，双IP协议栈部署时，更加简洁。

纵观整体，集团骨干网未来可期。