为什么我们的通信网络还有这么多故障

这几天，大家都在关注日本电信运营商KDDI的大规模通信故障。

这个故障影响很大，涉及到日本全境范围，共3915万用户。而且，故障持续的时间很长，差不多花了两天，才算基本恢复。

故障的具体原因，就不再重复分析了。

今天这篇文章，我想把话题放大一点，和大家深入聊聊——都2022年了，为什么我们的通信网络还有这么多故障，以及，我们到底有没有终极解决方案。

█ 通信故障：一场持续百年的博弈

故障是通信网络的天然属性。就像人会生病一样，通信网络自诞生以来，就伴随着故障。或者说，我们就是在解决故障的过程中，才创造了通信网络。

一百多年来，无数的通信人，都在与故障进行坚持不懈的斗争和博弈。他们努力研发了各种技术，采用了各种手段，和通信故障抗争。

从宏观上来说，抗争的效果是显著的。在经验的不断积累下，在工艺和技术的不断进步下，通信网络发生故障的概率在不断下降。

年轻的读者可能并不知道，20多年前，固定电话拨不通（有电话的家庭都不多），和停水停电一样，是常见现象。10多年前，手机拨不通，上网上不去，也是常见现象。

近十年来，这些现象变得越来越少见。偶尔发生一次，大家反而会觉得很奇怪。网络断了，很多人的第一反应是手机坏了，或者欠费了，赶紧重启或充值。不是吗？

我们现在所处的信息社会，通信网络和水电一样，是重要的基础设施。我们的工作和生活，还有各行各业的运转，都离不开通信网络。

在这样的前提下，通信运营商作为国企，作为网络的建设和维护者，会始终把网络的安全稳定放在第一位。

针对网络稳定，工信部给运营商们设定了严格的考核指标。如果某省某市出现了网络故障，一把手肯定要担责，仕途堪忧。

运营商领导的压力，会传递到员工身上，也会传递到设备商和外包商身上。

现在市场竞争如此激烈，一旦出事，要么就是巨额的赔款，要么就是丢掉这个省的市场份额，这是设备商和外包商无法承受的损失。

所以说，整个通信行业对于通信网络的安全稳定，重视度肯定是足够的。关键，还是能力和执行的问题。

█ 通信网络的弱点，究竟在哪？

首先，我要和大家说一下通信网络的安全级别定义。

根据场景不同，通信网络的安全分为不同等级。从低到高，分别是家庭级、企业级、电信级。

通信系统的安全等级

像我们家里用的路由器什么的，都属于家庭级。这种设备的安全性可靠性很低，说坏就坏，很容易导致网络中断。

企业级呢，就是单位里面用的网络设备。根据网络规模和用户数量，企业级设备有较高的安全性可靠性，不太容易中断服务。

电信级的要求，就更高了。像移动、电信、联通，它们的网络，要为上亿的用户提供服务，绝对不允许轻易出现故障。通常来说，电信级的可靠性，要达到5个9以上的标准。

今天我说的通信网络，指的就是运营商面向公众的公共通信网络，既包括蜂窝移动通信网络，也包括固网宽带网络。它们都属于电信级。

蜂窝移动通信网络和固网宽带网络的架构其实是类似的，主要区别在于接入网部分。

蜂窝移动通信网络是无线接入网，接入设备是基站。而固网宽带网络是有线接入网，接入设备是PON设备（无源光网络设备，包括光猫）。

我们就以蜂窝移动通信网络为例，进行分析。

公共通信网络，服务的是数以亿级的用户群体，所以，通常会采用金字塔级的架构，核心网为核心，传输网（承载网）为骨干，接入网为四肢。

大家一眼就能看明白，这种架构，最大的弱点，就在于核心网和传输网（尤其是骨干网）。

核心网是管理中枢，是网络的心脏和大脑，一旦挂了，就整个网络挂了。所以，核心网工程师（比如当年的我）是风险和压力最大的岗位。

传输网（承载网）呢，是通信网络的血管和神经。末梢还好说，坏了最多影响一小块，但是，如果心血管和脑血管坏了，怎么办？那也是彻底瘫痪。

这次KDDI发生的故障，还有2021年10月DoCoMo发生的故障，以及2020年英国四大运营商的故障，2020年美国CenturyLink的故障，都和核心路由器有关。说白了，就是心脑血管出了问题，整个人（网络）就瘫了。

相比之下，接入网这边出大问题的概率很低。个别基站“掉站”，最多影响几百几千人，范围很小，投诉可控。

如果接入网出现大规模故障，那极有可能是设备商的软件版本问题，或者硬件批次问题。这种情况的概率极低。

█ 为了防范故障，通信人都做了些什么？

那么，为了保证通信网络的安全平稳运行，防范故障的发生，我们通信人都采用了哪些办法呢？

首先，是顶层架构设计的完善。

网络的架构，是网络安全之本。一个好的架构，既要考虑性能和容量，也要考虑成本，还要考虑安全和冗余。

这里请大家务必记住一点：通信设备作为一个复杂的产品，不管你怎么设计或堆料，它都存在故障的可能，只是概率高低、时间早晚的问题。

对于可能出现的故障，与其严防死守，不如重点考虑发生故障之后，该怎么办。

所以，引入备份机制，是应对故障最有效的手段。

大家都学过“概率与统计”，1个设备出现概率的故障如果是1%，那么，两个设备同时出故障的概率，就是1%×1%=0.01%。没错吧？

为了保证绝对的安全，网络架构设计时，会采用POOL（池）组网的方式，如下图：

好几个设备共同组成池子（POOL），各自负责业务，如果有一个坏了，其它的立刻顶上，保证业务不受影响。

核心设备，通常有两个或两个以上，分别在省会城市的不同区域，物理上就离得很远。

此外，在做网络架构设计时，重要的设备网元通常会放在安全级别更高的核心机房。

例如，移动通信网络里面最最最重要的、负责存储和管理用户数据的HSS（就是以前的HLR，里面有每个用户的手机号码、鉴权数据、业务信息等），就存放在省会城市的核心机房。同时，维护人员会定期进行数据的物理异地隔离备份。

这几年，因为地质灾害，加上战争或恐袭等因素考量，运营商甚至开始做异省份的备份。

例如，去年郑州洪灾，当时核心机房被淹，HLR退服，就紧急启用了放在邻近省份省会城市的HLR，实现业务的临时恢复。

不同的容灾级别

第二个办法，底层的主备机制。

刚才我们说的是顶层设计的冗余机制。具体到机房、机架、单板、线缆，也都有主备的设计，可以称之为底层的主备机制。

如果去过机房，你就会发现，机柜上的机框，插着各种各样的单板。而这些单板，基本上都是成对出现的。

也就是说，某一类型的单板，通常都会有两块。

网线和光纤也是一样，你几乎看不到单根的线缆，都是成对的。

这样做的原因，就是为了互相备份。如果某块单板坏了，那另一个单板就能继续工作，保证业务不受影响。同时，系统会进行报警，提醒工作人员尽快更换。

电源也是一样，电信机房所有机柜设备，肯定都有至少两路电源输入。

除了市电以为，重要机房还会设置蓄电池、UPS、发电机等应急供电设备。

第三，完善的管理制度和法规。

技术永远都不是影响网络安全稳定的唯一要素。对通信网络威胁最大的，其实是人，而不是技术。

对于这一点，我相信每一个通信人都会有相同的感受。

在管理流程和制度方面，在工程技术规范方面，我们有过无数次血的教训。

为什么升级方案要反复评审？为什么工程规范要那么严格？为什么要建立备件仓库？为什么割接步骤要double-check，甚至triple-check？为什么重大操作后要安排值守？为什么重要节假日要封网？……

这些都是前人踩雷总结下来的经验。

除了内部管理制度和流程标准之外，针对现在经常发生的通信网络蓄意破坏事件，国家也建立了越来越严格的法律法规，进行处罚。

像非法施工铲断光纤、蓄意破坏基站、剪断光纤，都将受到法律的制裁。

█ 通信故障背后的深层次原因

有合理的网络架构设计，有齐备的主备机制，又有完善的制度和规范，为什么还会发生这么多故障？

接下来，我来说点深层次的原因。

首先第一点，估计也是大家最认同的一点，那就是通信行业的内卷环境。

这些年，恶意竞争、低价中标盛行，设备商和分包商既要抢单，又要维持利润，只能拼命压低成本，比如产品设计成本、用料成本、施工材料成本。更主要的是，人员工资成本。

成本不断压缩，势必影响产品可靠性以及工程质量。过低的工资，导致大量经验丰富的人才流失。分包商为了完工，只能招聘应届生，简单培训（甚至没有培训）之后，派到现场干活。

这些人员缺乏必要的培训和实践，素质水平和技术能力不足，成为很大的风险点。

有些极个别素质低的，被压迫狠了，直接删库跑路，也不是没有可能。

前些年，为了确保一线员工不被克扣待遇，有厂商甚至和分包商签订合同，约束外包员工的收入底线。

除了低价竞争之外，影响网络运行安全的另一个重要因素，是不断增加的技术复杂度。

越先进的技术，复杂度越高，可靠性越低。随着技术的演进，运营商的网络规模变得越来越大，组网也越来越复杂，出现问题的概率大大增加。

通信网络的潮汐效应是非常明显的。闲时和忙时有时候会有十倍甚至百倍的差异。如果出现意外事件（灾害等），话务量激增，更可能是千倍的差异。

运营商不可能做千倍的冗余设计。所以，如果没有合理的旁路设计或阈值设计，网络出现拥塞的概率是极高的。（这几年的几次重大故障，都有信令流量拥塞的因素。）

目前运营商的复杂组网，自己都没几个人能完全看懂。时间久了，人员一流动，就更陌生了。

通信网络本来就是一门玄学，问题千奇百怪，谁敢说自己能算准每一种可能性？

第三个潜在的网络安全风险，也是我最担心的风险，那就是外部的网络攻击。例如黑客、病毒和系统漏洞。

如今，通信设备基本上都IP化、云化了，网络越来越开放，也有的直接部署在公有云上，和外界的物理隔离越来越弱，比以前更容易受到攻击。

现在的攻击者，水平也比以前高很多，手段也更加多样化，对网络的威胁极大。

当然，运营商和设备商在防范网络攻击方面，投入也很大。

现在，所有厂商都关注“安全加固”这个概念。顾名思义，安全加固就是封堵系统漏洞，使得系统更加稳固。运营商会采用第三方工具，或聘请第三方厂家，对现网设备进行安全扫描，寻找安全漏洞，然后要求设备商进行整改和封堵。

这种“道高一尺，魔高一丈”的博弈，会长期持续下去。

但是，个人认为，目前防御的一方，在人员安全意识、技术能力方面，都存在很大问题。后续，我们遇到的安全事件，会越来越多。

希望有关单位和部门不要把安全放在嘴边，真正花点功夫提升自己的人员素质，加强培训。不然真出了事，补救就太迟了。

█ 最后的话

日本KDDI的故障不是第一次，也肯定不是最后一次。通信网络故障，就像击鼓传花，谁也不知道自己是不是下一个。

现在，厂商们都提出要引入AI，让人工智能来接管网络，以此降低网络的故障率。也有的厂商，在网络云化的基础上，搞灰度升级（即局部升级），也能大幅降低网络风险。这些都是好的趋势。

我觉得，在与通信网络故障进行斗争的道路上，我们还有很长的路要走。路漫漫其修远兮，通信人当上下而求索。

好了，以上就是今天文章的全部内容。感谢大家的耐心阅读，我们下期再见！

谢谢！

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审核编辑 ：李倩