湖南大学 中国联通研究院 中国联通软件研究院 北京邮电大学 上海交通大学 2025 年 8 月 智算中心光电协同交换网络 全栈技术白皮书 编写说明 编写单位： 湖南大学、中国联通研究院、中国联通软件研究院 北京邮电大学、上海交通大学 编写人员： 湖南大学： 陈果、梁帮博、陈禹澎、刘璇 中国联通研究院： 程新洲、曹畅、徐博华、杨斌、文晨阳、谢志普、徐洁、 黄金超 中国联通软件研究院： 练场景下，网络性能已成为制约智算中心整体效率的关键瓶颈。当前 普遍部署的纯电交换网络在互联规模、带宽密度、端到端时延与能效 比等方面逐渐逼近物理与经济的上限：算力芯片的通信需求远超传统 网络承载能力，高功耗、高成本和复杂布线问题愈发突出。 在此背景下，光交换技术凭借超大带宽、超低延迟与低功耗等特 性，正与电交换形成互补融合的“光电协同”架构，成为新一代智算 中心网络的重要发展方向。光电协同不仅能够在物理层显著提升链路 协议机制与流量调度优化；从路由层控制平面的可扩展性，到链路层 资源的智能分配；再到物理层光交换的传输损耗与延迟难题，均对网 络架构设计、协议栈演进与资源编排提出了系统性挑战。 本白皮书面向智算中心光电协同交换网络的全栈技术体系，旨在： • 梳理国家政策、AI 发展趋势与智算中心网络需求，揭示光电 协同兴起的背景； • 分析光交换与电交换的性能差异与技术互补性； • 总结光电协同网络在应用层、传输层、路由层、链路层与物理

......9 2.3 光交换.................................................................................9 2.3.1 光线路交换.............................................................9 2.3.2 光分组交换.............. .............................................11 2.3.3 光突发交换...........................................................12 3. 智算场景下光互连技术的应用研究........................................ 13 3.1 LPO 在 AIGC AIGC 算力网络中的应用..................................... 13 3.2 CPO 交换机在智算场景下的应用................................... 14 3.3 OCS 在 AI 集群参数面的应用......................................... 15 3.4 光互连技术在 GPU 超节点的应用.

卫生 局 社保 局 交换机 广域网优 化 下一代防火墙 （基础级） 交换机 检测探针 下一代防火墙 （基础级） 交换机 下一代防火墙 （基础级） 交换机 门诊区 行政区 住院区 药房区 上网行 为管理 下一代防火 墙 （基础级） 交换机 检测探针 交换机 下一代防火墙 检测探针 （增强级） 下一代防火墙 （增强级） 交换机 数据库审计 IaaS 通信网络——网络架构及通信传输 区域边界——访问控制及检测防护 计算环境——入侵防范及数据安全 管理中心——集中管控及安全审计 “ 云安全服务平台（等保场景）”创新方案 出口网络 / 安全设备 于安全服务平台 核心交换 安全运营服务 安全运营服务 安全运营服务 下一代防火墙 上网行为管理 数据库审计 下一代防火墙 日志审计系统 杀毒软件 下一代防火墙 上网行为管理 广域网优化 负载均衡 日志审计系统 漏扫 网络防病毒 防火墙（利旧） 汇聚交换机 办公终端、 AP 办 公 区 业 务 区 运 维 区 核 心 区 亏 联 网 区 负载 均衡 下一代 防火墙 上网行 为管理 负载 均衡 下一代 防火墙 上网行 为管理 探针 下一代防火墙 探针 EDR 应用服务器 数据库服务器 核心 交换 机 核心 交换 机 下一代 防火墙 网页防篡 改（利旧） DMZ

基础能力 基础 能力 机房环 境 硬件设 备 基础软 件 数据中 心安全 网络安 全 终端安 全 灾备 人员组 织架构 技术 能力 计算能力 存储能力 交换能力 安全能力 安全架构 • 应用安全、系统安全、数据安全、网络安全、物理安全的架构图 网络拓扑架构 信息交互架构 生产业务全闪存存储 ( 华为华 DoradoG2) 数据中心 B 平台设计  平台设计  基础能力  信息平台  新技术、新模式、新业态  智慧应用 一级目录 二级目录 三级目录 信息平台 信息资源平台 临床数据中心、运营数据中心、科研数据中心 信息交换平台建设标准 消息传输、数据整合、服务集成、管理监控 信息服务平台建设标准 注册服务、文档共享服务、文档存储服务、 业务协同服务、安全与隐私保护服务 互联互通 概述、基本功能 信息平台 信息平台 为医院复杂的多元异构信息化环境提供基于 SOA ESB 和标准体系的规范化系统集成解决方案。 信息资 2. 医院各信息资源（数据、系统、基础设施等）在 平台架构下得以有效整合、充分共享和扩展应用。 3. 获得高效的数据交换和流程管理能力，有效实现 医院内外的数据共享和业务协同。 4. 实现系统间的语义互操作性和语用互操作性，为 医疗大数据、智能医疗、互联网等应用奠定基础 基于电子病历的医院信息平台 以患者电子病

大数据分析平台一期实施重点 4 智慧税务大数据质量管理平台 5 6 Page 11 大数据分析平台总体架构 历史数 据查询 数据交换平台 应用集市数据区 集团零售 供应链金融 人人贷系统 基金系统 …… 系统 企业内外部半结构化、非结构化数据 大数据交换组件 数据库数据交换组件 数据区数据交换组件 数据计 算层 大数据区 沙盘演练数据区 数据应 用层 实 时 数 据 区 客户主题 协议主题 产品主题 大数据分析平台总体架构——数据交换层 数据交换层设计目标 传输组件是根据数据源存储的不同分类而设计的，本质是通过分析数据存储结构和数据存储 库的特点来针对性的设计工具，以追求卓越的性能 保证数据在平台内高速流转 保证数据交换过程中不失真 保证数据交换过程中不丢失 保证数据交换过程安全可靠 数据区数据交 换组件 数据库数据交 换组件 大数据交换组 件 智慧税务大数据系 统 NAS 存储 ETL 程序 区 Page 14 大数据分析平台总体架构——数据交换层 NAS 存储 Hadoop 集群元数 据区 数据平台 ETL 数 据处理程序区 数据平台临时数 据区 存储数据平台各个 Hadoop 集群的元数据信息，如： HDFS 文件 系统元数据 集团数据交换平台每日获取运输局推送平台提供的业务系统变 化数据，暂存在 NAS 临时数据区 金融数据平台加工计算结果返回给业务系统，暂存在

套网之间设置安全隔离防火墙 ，只允许授权的数 据相互流通 ，保证信息安全 u 以办公楼网络中心为中枢 ，通过万兆网络实现所有 楼层互联互通 ，计算机网络系统采用两层网络架 构 , 通过万兆主干光纤链路上行至核心交换机 ， 接入层 千兆 到桌面； 设备网采用单核心双电源； 办公网 、 采用双核心双电源。 mmln 计算机网络系 统 采用 ONU 部署到房间或者到桌面的形式 ， OLT 与 ONU 之间全程无源（一级架构） 无线网络控制器 Server/DB/SAN 核心交换机 负载均衡 入侵检测 路由器 防火墙 mmln 办公外网拓扑 图 汇聚交换机 汇聚交换机 汇聚交换机 汇聚交换机 汇聚交换机 ISP 服务器 、存储设备 、数据库 、运维 … … 业务网络拓扑图 千兆电缆 万兆光纤 广域网区域 服务器区 接入交换机 接入交换机 接入交换机 接入交换机 接入交换机 接入交换机 汇聚交换机 核心交换机 接入交换机 接入交换机 接入交换机 接入交换机 接入交换机 接入交换机 mmln 办公内网拓扑 图 办公内网络拓扑图

4+1 关键平台，依托平台促进行业应用繁茂落地 智能视频云平台 智能通信云平台 政务一体化平台 金融风控平台 1. 2. 3. 4. 比翼共享研发平台 1. 政务一体化平台 政务数据共享交换平台 一体化在线政务服务平台 “ 互联网 + 监管”平台 “ 放管服”的核心技术支撑 各级政府领导重视的一把手 1 号工程 跨部门跨层级的信息化平台 协同单位 : 广东 协同单位 : 江苏 主责单位：甘肃 价 系 统 执法监管可视化展示子系统 综合评价分析子系统 监管事件跟踪分析子系统 监管效能评估子系统 政务服务平台 部门监管业务系统 投诉举报业务系统 第三方平台 / 重点企业 政务数据共享交换平台 基础 设施 电子政务网络 业务专网 互联网 电子政务云 服务器资源池 存储设备资源池 安全 无证无照治理子系统 行业组织管理子系统 行政执法系统 风 险 预 警 系 统 监管对象库 关于监管智能类的投诉信 息，分发给相关部门 建什么样的内容 ---“ 互联网 + 监管”平台 建什么样的内容 ---“ 互联网 + 监管”平台 数 据 采 集 数据填报 网络舆情 库表交换 文件导入 服务接口 数据交换 数 据 管 理 数据管理 数据质量 数据安全 租户管理 各部门监管业务系统 重点企业信息系统 投诉举报业务系统 行业组织系统 政务服务平台 企业信用公示平台 信用中国

项目建设步骤 4 项目背景 31 项目建设方案 3 二 数据和平台建设 一 运行环境建设 四 运行体制建设 三 应用系统建设 中心机房 网络环境 应用支撑平台 安全设施 数据交换共享平台 综合地理 GIS 平台 无线数据采集平台 人口基础信息系统 社会矛盾联动化解系统 社区综合服务系统 组织领导机制 日常运行机制 示范带动机制 建设投入保障机制 ）安全可靠的电力保障 （ 4 ）恒温恒湿的环境保障 （ 5 ）先进的安防系统保障 移动“电信级” IDC 政务机房标配 政务网络环境 网络环境 基于已有的电子政务网络来实 现互联互通、信息交换和资源 共享。 互联网出口统一为一 个出口；核心层采用高性能路 由设备实现双机备份；汇聚层 采用环网传输结构；接入层按 需采用路由、 NAT 地址转 换、单机 VPN 等灵活多样的 形式。 应用支撑平台 IPS 和防 火墙，灵活采用透明模 式、路由模式或智能模 式，将整个电子政务网 络划分成十多个不同安 全级别的区域，并配置 相应的、严密的访问控 制策略。 路由器 核心交换机 移动服务平台 交换机 交换机 IPS IPS 防火墙 数据库服务器 普通政务应用平台 移动服务平台 DNS服务器等 虚拟化管理服 务器 核心应用服务 平台 防火墙 VRRP MAS服务器

引擎技术路线搭建XX学院信息化云平台，自主可控，使 用Nova模块进行计算虚拟化管理，用Glance模块进行虚拟机镜像管理，用Neutron进行虚拟化 网络管理，用OpenVswitch提供虚拟交换机功能，使用Cinder进行存储管理，使用Keystone进 行认证管理。通过Nova模块，通过virt-manager管理KVM虚拟机。 第 9 页 共 157 页 云平台总体架构如图 本 NAS和SAN等架构的存储解决方案，全面支持SCSI、FC，iSCSI，NFS、CIFS等存储协议，对外可 提供块存储、文件存储和对象存储服务。网络资源池是对网络设备的虚拟化，可对外提供虚拟 交换机、弹性负载均衡和虚拟路由器。这些虚拟化设备通过开放的基于OpenStack的云平台管 理平台进行管理调度，对外提供计算（NOVA）、网络(NEUTRON)和存储（Cinder）服务，打造 新型的基础设施资源。 建双活云服务节点，在鲁南云数据中心构建同城灾备中心，通过数据同步及数据备份技术手段 实现应用高可用和同城灾备。 第 11 页 共 157 页 云服务平台的资源池分别通过双光纤链路汇聚到云统一网络出口后，分别接入核心交换机 的教育网VLAN和互联网VLAN，在出口配置汇聚和网络安全设备，统一完成出口的安全管控。 2.1.4.1 平台总体架构 本项目中枣庄联通将按照相关标准和规范体系建设XX学院云平台，通过提供云服务方式构

.................................12 3.1 跨网安全访问与交换平台安全建设思路..........................................................................13 3.2 跨网安全访问与交换平台安全建设拓扑.......................................... ................................14 3.3 跨网安全访问与交换平台安全建设内容..........................................................................14 3.3.1 用户访问业务安全防护................................................ ..........................................14 3.3.2 数据交换业务安全防护..........................................................................................18 3.3.3 安全管理区安全防护.............................