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

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

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

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.............................

为需求导向，在建设 费用整体可控的大前提下，充分利用信息技术、数据通信传输技术、电子传感技术、无线通信与 定位技术、控制技术、计算机技术等多项高新技术的集成与应用，以信息的收集、处理、发布、 交换、分析、利用为主线，尽可能为广大消费者提供传统酒店无法实现的优质化服务、体验型服 务、互动类服务，为智慧型酒店的建设和转型提供强大推力。 网络建设助力酒店商业布局优化 酒店运营提高收益的方法无 进行人脸识别级的高清视频监控。交换机/PoE 交换机负责为无线接入点和 IP 摄像机远程供电，并 将办公数据、无线数据和视频监控数据传输至区域内的汇聚交换机，汇聚交换机将数据包汇聚后， 通过光纤上传至内部网络。 数据通道负责数据的转发以及网络设备的管理。网络中所有的无线接入点均由无线控制器进 行管理，并接受无线管理器下发的策略和配置。核心交换机和负责高速的数据交换和转发，出口 路由器作为网 兆到万兆之间。下图是智慧酒店有线局域网的网络拓扑： 有线局域网将网络分成 2 个部分，内部网络和外联网络。按照级联的层级，内部网络一般分 成接入层、汇聚层和核心层；不同层级选用不同性能的交换设备，层数越高性能越强，即核心交 换机强于汇聚交换机，汇聚交换机强于接入交换机，接入层、汇聚层多采用单线路连接；核心层 按照设计规划可进行冗余化部署，实施双线路和双设备以提升系统的稳定性和可靠性。外联网络 一般分为内部网络和互联网，通过核心路由器进行路由和地址转化。

............37 三、量子互联网分组交换技术.............................................................. 42 3.1 基于量子封装网络的分组交换方案....................................... 42 3.2 经典帧辅助的混合分组交换方案.......................              0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 CNOT . 两比特的量子门还有控制 Z 门、控制相位门和交换门。在量子计算中， 通常会用量子线路的形式来表达门操作序列。图 4 所示为几个单量子 比特门和两量子比特 CNOT 门的量子线路表示。 图 4. 量子门操作线路图。（a）泡利 X 门，也称为比特翻转操作。（b）  和 y  。 图 6. 量子隐形传态。ψ为需要从载体 1 传送到载体 3 的量子态。 量子隐形传态在量子通信和计算中有很多重要的应用。除了可以 直接传递未知量子态，还有一个重要应用是纠缠交换。如果粒子 1 和 另外一个粒子 4 处于纠缠态，那么通过隐形传态，也就是对粒子 1 和 2 做 Bell 态测量，可以实现粒子 3 和 4 之间的纠缠。该操作通常被应 用于量子中继中扩展量子信道。

件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本 文件。 GB/T 20271 信息安全技术信息系统通用安全技术要求 GB/T 21062.3 政务信息资源交换体系 第3部分：数据接口规范 GB/T 21062.4 政务信息资源交换体系 第4部分：技术管理要求 GB/T 29245 信息安全技术政府部门信息安全管理基本要求 GB/T 34678 智慧城市技术参考模型 3 术语和定义 养老公众用户主要包括老年人、家属、社会大众等； 注2：技术要素是支撑智慧养老建设过程中各项功能所需要的技术要素，分为横向、纵向要素。横向要素包括物联 感知、网络通信、计算与存储、数据与服务、智慧养老应用；纵向要素包括资源交换、运维管控、安全保障； 注3：建设周期主要包括规划阶段、建设阶段、验收阶段和运营阶段。 6 智慧社区居家养老系统架构 总则 智慧养老建设中的技术要素以 ICT、安全等技术为视角，建立横向五层体系、纵向三项支撑体系， 养老数据层设计 7.3.1 数据共享与交换 智慧社区居家养老服务信息平台政府监管机构和社区及第三方机构的数据共享与交换。资源交换的 机构数据包括但不限于各级民政、卫计、公安、人社、残联、财政等系统数据。智慧养老共享交换方式 如图3所示。所有居家养老服务的数据以API的形式依托养老数据层提供标准的数据接口服务。 图3 数据共享交换方式 7.3.2 数据与服务融合层 数