全書條理清晰，針對性強，既適於對雲網融合和算力網絡技術感興趣的科研人員閱讀，也可作為高等院校計算機、通信、電子工程等專業研究生的專業課參考書。

在計算與網絡發展緊密結合、技術相互促進、產業協同合作的背景下，我國率先提出了“算力網絡”的概念，中國聯通研究院作為國內算力網絡研究開展較早的科研機構之一，專門組織多位專家撰寫了本書。全書分為9章，第1～2章回顧了雲網融合的發展歷程，算力網絡提出的背景、技術內涵與業界研究進展。第3章論述了算力網絡架構與技術體繫。結合該技術體繫，第 4～7章分別從算力網絡的控制與轉發、編排與調度，算力建模與交易及其他關聯領域方面闡述了相應的關鍵技術。第8章對算力網絡主要應用場景進行了闡述。第9章面向未來演進，從機遇和挑戰兩方面對算力網絡的產業發展進行了預測。全書條理清晰，針對性強，既適於對雲網融合和算力網絡技術感興趣的科研人員閱讀，也可作為高等院校計算機、通信、電子工程等專業研究生的專業課參考書。

曹暢，博士後，高級工程師，現任中國聯通研究院未來網絡研究中心高級專家，智能雲網技術研究室主任，第七屆中國通信學會信息通信網絡技術委員會委員，中國通信標準化協會CCSA“網絡5.0技術標準推進委員會”架構組副組長，主要專業領域為IP網絡寬帶通信、SDN/NFV、新一代網絡編排技術等，已發表論文30餘篇，獲得專利授權10餘項。

唐雄燕，中國聯通研究院副院長，首席科學家，“新世紀百千萬人纔工程”，北京郵電大學兼職教授、博士生導師，工業和信息化部通信科技委委員兼傳送與接入專家咨詢組副組長，北京通信學會副理事長，中國通信學會理事兼信息通信網絡技術委員會副主任，國際開放網絡基金會ONF董事；主要專業領域為寬帶通信、光纖傳輸、互聯網／物聯網、SDN/NFV與新一代網絡等。

張帥，工學碩士，中國聯通研究院未來網絡研究中心工程師，主要從事新型IP網絡技術、雲網融合、未來網絡架構等創新領域的研究工作，目前擔任CCSA TC614網絡5.0技術標準推進委員會需求組副組長。

李建飛，工學碩士，現就職於中國聯通研究院未來網絡研究中心，長期從事算力網絡、確定性網絡、AI算法應用以及智能邊緣計算等相關技術的研究，發表論文多篇，獲授權專利10餘項。何濤，工學碩士，現就職於中國聯通研究院未來網絡研究中心，長期從事IP網絡及算力網絡研究工作，已發表論文6篇，授權專利5項。

李銘軒，工學碩士，現就職於中國聯通研究院未來網絡研究中心，長期從事雲計算領域前沿技術和標準的研究工作，已發表論文20餘篇，授權專利10餘項，牽頭發布國家及行業標準10餘項。

劉瑩，工學碩士，現就職於中國聯通研究院未來網絡研究中心，長期從事數據通信轉發面研究工作，已發表論文2篇。

張傳彪，工學博士，現就職於中國聯合網絡通信集團有限公司科技創新部，主要研究方向為下一代光網絡、先進光纖光學器件等，已發論文10篇，參與多項國家自然基金和國家重點研發課題研究。

屠禮彪，工學碩士，高級工程師，現就職於中國聯合網絡通信集團有限公司網絡部，集團數據網專業專家人纔，長期從事IPv6/IPv6+、智能城域網、IP城域網專業領域的建設和管理工作。已發表論文8篇，曾獲信產部科學技術進步獎二等獎、聯通集團科技創新進步獎一等獎、第十七屆通信行業企業管理現代化創新二等獎。

第1章 雲網融合技術發展回顧 1

1.1 雲網融合發展的背景與趨勢 1

1.2 SDN技術的發展歷程 4

1.2.1 學術研究與互聯網引入期 4

1.2.2 技術推廣與開源標準發展期 7

1.2.3 運營商試點與規模應用期 11

1.3 NFV技術的發展歷程 18

1.4 雲網業務的發展趨勢 22

1.5 本書結構 25

本章參考文獻 26

第2章 算力網絡與雲網融合2.0 29

2.1 電信網絡發展階段分析 29

2.2 算力網絡的定義與內涵 33

2.2.1 雲、邊、端算力資源多級分布 35

2.2.2 算力網絡的服務模式 37

2.3 算力網絡與雲網融合的關繫 39

2.4 算力網絡產業化進程 41

本章參考文獻 43

第3章 算力網絡架構與技術體繫 45

3.1 算力網絡架構 45

3.2 層間接口說明 53

3.3 算力網絡技術體繫 55

3.3.1 算網協議控制 55

3.3.2 算網轉發設備 57

3.3.3 算力編排與調度 58

3.3.4 算力資源建模 59

3.3.5 算力服務與交易 60

3.3.6 其他關鍵技術 61

3.4 算網技術體繫與現網技術的關繫 62

本章參考文獻 63

第4章 算力網絡控制與轉發關鍵技術 64

4.1 SRv6技術 64

4.2 APN6技術 72

4.3 算力信息交互技術 77

4.3.1 交互的必要性 77

4.3.2 分布式交互技術 79

4.3.3 集中式交互技術 81

4.4 確定性網絡技術 83

4.5 數據中心網絡技術 93

4.6 可編程芯片技術 101

4.7 網絡操作繫統技術 109

本章參考文獻 116

第5章 算力網絡編排與調度關鍵技術 118

5.1 雲原生技術概述 118

5.2 資源調度和服務編排技術架構 123

5.3 資源調度層協同機制 125

5.4 服務編排層功能解析 132

5.5 服務編排技術實現 133

5.6 基於Serverless的服務編排機制 134

5.7 面向FaaS的服務能力開放 137

本章參考文獻 138

第6章 算力建模與交易關鍵技術 140

6.1 算力資源建模技術 140

6.1.1 算力度量 142

6.1.2 算力分級 144

6.1.3 面向業務體驗的算力、存儲、網絡聯合服務 145

6.1.4 不同業務場景服務能力需求分析 146

6.2 算力服務與交易技術 151

6.2.1 可信算力交易平臺 151

6.2.2 可信算力交易流程 153

本章參考文獻 154

第7章 其他關聯技術 156

7.1 雲光協同 156

7.2 超低時延與高可靠性 161

7.3 網絡安全 167

7.3.1 網絡信息安全的必要性 167

7.3.2 網絡信息安全防護體繫 168

7.3.3 安全技術 170

7.3.4 鋻權及管理繫統 173

7.4 網絡AI與智能運維 174

7.4.1 自動駕駛網絡技術 174

7.4.2 智能運維技術 175

7.5 IT支撐技術 179

7.5.1 多雲管理 179

7.5.2 集群聯邦 183

7.5.3 Prometheus統一監控 186

本章參考文獻 187

第8章 算力網絡主要應用場景 189

8.1 新媒體 189

8.2 車聯網 191

8.3 智能安防 193

8.4 CDN 194

8.4.1 CDN簡介 194

8.4.2 CDN的應用場景 196

8.4.3 CDN的發展趨勢 197

8.5 工業互聯網 199

8.5.1 發展背景 199

8.5.2 算網融合分析 200

8.5.3 應用場景 201

8.6 智慧家庭 202

8.6.1 發展概述 202

8.6.2 應用場景 203

本章參考文獻 204

第9章 算力網絡發展展望 205

9.1 算力網絡在業界的發展展望 205

9.2 電信運營商相關工作介紹 207

9.3 算力網絡的發展新機遇 208

9.4 算力網絡面臨的挑戰 209

9.5 全國一體化算力網絡發展規劃 211

本章參考文獻 214

縮略語 215

序（一）

互聯網是二十世紀最偉大的發明之一，從其誕生到現在已有五十多年，依然是未來全球科技與經濟發展的主要驅動力。當前互聯網發展的主戰場正在從消費型互聯網轉向產業型互聯網，促進著產業間的融合、創新。在這個過程中，越來越多的傳統服務業和垂直行業正在成為互聯網和信息通信服務的新領域，網絡操作繫統、5G/B5G、雲計算、大數據、人工智能、確定性網絡等新一代信息技術正在推動全社會的數字化轉型。作為數據在雲、網、邊、端流動過程中的關鍵環節，信息通信網絡將從純粹的管道角色，轉變成承載更多價值可能性的數字經濟中樞。

基於上述認識，我國信息通信產業積極思考雲網融合時代的業務特征和網絡特性，在全球率先提出了“算力網絡”的概念。一般來說，算力網絡的作用是將動態分布的計算與存儲資源充分連接，通過網絡、存儲、算力等多維度資源的統一協同調度，使海量的應用能夠按需、實時調用泛在分布的計算資源，實現連接和算力在網絡的全局優化，提供一致的用戶體驗。從雲網協同到算網一體，網絡的作用和價值將發生變化。對於“雲網協同”，網絡以雲為中心，從雲的視角看“一雲多網”，對網絡的主要需求是連通性、開放性，服務質量要求是盡力而為，網絡是支撐角色。對於“算網一體”，網絡以用戶為中心，從用戶的視角看“一網多雲”，網絡需要支持低時延、安全可信的通信，服務質量要求是具有確定性，網絡成為價值中心。

進入2021年後，算力網絡的研究與應用在業界明顯加速。5月24日，國家發改委正式印發了《全國一體化大數據中心協同創新體繫算力樞紐實施方案》，明確提出要構建數據中心、雲計算、大數據一體化的新型算力網絡體繫，促進數據要素流通應用，實現數據中心綠色高質量發展。在同年6月舉行的“第五屆全球未來網絡發展大會”上評選出的16項未來網絡領先創新科技成果中有5項和算力網絡直接相關，成果獲獎單位覆蓋了國內三大電信運營商。在國際標準領域，算力網絡已經在包括ITU-T、IETF、ETSI和BBF在內的多個重要組織中完成了立項，研究工作從國內走向國際舞臺。

在此背景下，為推動算力網絡研究並形成特色解決方案，大量的學術研究及工程技術人員都期望能夠快速學習和了解該領域的相關知識。然而，當前市面上並沒有一本全面繫統講解算力網絡的圖書，本書很好地填補了這個空白，滿足了當前相關科研人員與工程技術人員的實際需求。

本書由國內算力網絡研究的主要發起單位之一、中國聯通研究院組織相關專家撰寫，對該領域研究思路和研究成果進行了繫統總結。長期以來，中國聯通公司高度重視算力網絡研究工作，在標準研究、產業合作和應用落地領域均有頗多建樹。通過閱讀此書，讀者既可以了解算力網絡的背景與發展脈絡，又可以根據書中提供的技術方案與應用場景開展實驗，對其他從事該方向的研究人員也具有重要的參考借鋻意義。為此，推薦本書給相關有意願和志向，努力進行開拓性研究的科技工作者、工程技術人員、高校師生。

中國工程院院士、網絡通信與安全紫金山實驗室主任 劉韻潔

序（二）

隨著5G、大數據、人工智能、區塊鏈等信息通信技術的推廣應用，經濟社會向數字化轉型升級的趨勢越發明顯。自2020年以來，國家發布了以“新基建”為導向的一繫列政策，旨在通過加快建設數字化基礎設施，提升各行業的“連接+計算”能力，引領重大科技創新、重塑產業升級模式，為社會發展注入更強動力。“連接+計算”能力的提升，需要計算和網絡兩大產業的有機協同，相互配合、優勢互補。

中國聯通研究院（以下簡稱聯通研究院）作為中國聯通公司研究體繫的主體單位，很早就注意到以雲網融合為代表的計算、網絡兩大產業協同發展趨勢。從2015年開始，聯通研究院先後結合SDN/NFV、Segment Routing和AI等技術，支撐中國聯通公司構建起包含產業互聯網（CUII）與智能城域網的新一代承載網基礎設施，實現了用戶便捷入雲、雲間互聯及彈性連接服務。2019年11月，聯通研究院發布了業界首部《算力網絡白皮書》，闡述了對未來算力業務形態、平臺經營方式、網絡使能技術等方面的觀點，對算力網絡的技術研究和產業推動產生了重要影響。2020年11月，聯通研究院牽頭發起成立了“中國聯通算力網絡產業技術聯盟”，旨在聯合產學研合作伙伴，促進算力網絡的標準完善、應用創新和生態繁榮。從“雲網融合”到“算網一體”，網絡需要為雲、邊、端算力的高效協同提供更加智能的服務，網絡基礎設施和算力基礎設施必須走向深度融合，聯合構成數字經濟的基石，賦能全社會的發展和進步。

2021年3月23日，中國聯通公司正式對外發布了CUBE-Net 3.0網絡創新體繫和網絡轉型計劃，其核心內涵是：打造連接數據與計算、提供智能服務的新一代數字基礎設施，使能千行百業的數字化轉型和智能化升級。以CUBE-Net 3.0網絡創新體繫為指引，聯通研究院專門成立了算力網絡核心攻關團隊，目前已在算力網絡的體繫架構、關鍵技術、應用場景等方面取得了一繫列重要成果，本書內容就是該團隊對這些成果的詳細論述。

希望本書通過總結產學研領域算力網絡的研究成果和聯通研究院的相關創新工作，為行業發展起到拋磚引玉的作用，推動網絡與計算深度融合，助力構建面向未來的算網一體化服務新格局。

中國聯通研究院黨委書記、院長 李紅五

前 言

當今世界正經歷百年未有之大變局，在新冠肺炎疫情肆虐的大背景下，世界政治經濟格局加速演進，國際形勢的不穩定性、不確定性更加突出。為了應對上述深刻變化，推動經濟社會的高質量發展，我國做出了大力發展數字經濟的戰略抉擇。近年來，線上零售、線上教育、視頻會議、遠程辦公等新業態、新模式是數字經濟發展的成功體現，而這些業務的順利開展都離不開雲計算與網絡通信兩大核心技術所形成的數字基礎設施的有力支撐。可以預見，未來隨著數字經濟發展的持續深入，以雲和網為代表的數字基礎設施建設將更加深刻地影響和改變經濟社會的發展模式和人們的生產生活方式，將成為科技創新和經濟增長的重要引擎。

在雲、網兩大數字基礎設施中，信息通信網絡的重要性正在凸顯。新一代信息網絡正在從以信息傳遞為核心的網絡基礎設施，向融合計算、存儲、傳送資源的智能化雲網基礎設施發生轉變。算力網絡正是為應對這種轉變而提出的新型網絡架構。算力網絡基於無處不在的網絡連接，將動態分布的計算與存儲資源互聯，通過網絡、存儲、算力等多維度資源的統一協同調度，使海量的應用能夠按需、實時調用泛在分布的計算資源，實現連接和算力在網絡的全局優化，提供一致的用戶體驗。

因此，從發展趨勢來說，算網一體是雲網融合的延續，算力網絡是實現算網一體最重要的技術手段。中國聯通高度重視雲網融合與算網一體工作的推進，2015年發布面向雲端雙中心的解耦集約型網絡架構CUBE-Net 2.0，並在之後研發和建設了國內首個面向行業客戶上雲服務的產業互聯網（CUII）。2019年，中國聯通公司發布業界首部《算力網絡白皮書》，提出算力網絡的內涵、願景和意義，倡導計算與網絡深度融合。2020年，中國聯通公司主導成立了國內首個算力網絡產業技術聯盟，並在國際、國內標準組織中主導了多項研究。為了讓更多的讀者了解算力網絡的技術細節和產業發展脈絡，中國聯通研究院組織相關領域專家組織編寫了本書，旨在結合“新基建”等最新政策導向與5G/B5G時代可能的商業模式創新，對算力網絡的架構設計、功能模型、關鍵技術等進行詳細分析和論述。

全書分為9章，第1章主要回顧了過去十年來雲網融合技術的發展歷程，第2章結合業務向雲、邊、端延伸的趨勢，以及國家“新基建”的政策導向，論述算力網絡的出現背景及算力網絡何以支撐雲網技術由1.0走向2.0。第3章從中國聯通視角，結合以往雲網融合項目實施的成功經驗，分析了算力網絡架構與技術體繫。第4～7章結合該技術體繫分別論述了算力網絡的控制與轉發技術、編排與調度技術、算力建模與交易技術及其他關鍵技術，並對中國聯通和產業界的主要工作成果進行了說明。第8章對算力網絡的主要應用場景進行了闡述。第9章面向未來演進，從機遇和挑戰兩方面對算力網絡的產業發展進行了預測。

本書既適合通信、計算機、互聯網領域的相關從業人員閱讀和參考，還適合通信工程、電子信息和計算機科學等相關專業的高校師生閱讀。在本書的編寫過程中，中國工程院劉韻潔院士、中國聯通研究院李紅五院長給予了頗多指導，並欣然為本書作序。同時，本書的撰寫也得到中國聯通算力網絡產業技術聯盟相關單位的大力支持，在此一並深表感謝！

由於算力網絡目前還處於產業發展的初期，相關技術仍在快速發展中，加之編著者的知識水平有限，書中難免存在疏漏，懇請各位讀者批評指正。

編著者