S D N在傳送網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探討

中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司成都分公司 辛榮寰

S D N在傳送網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探討

中訊郵電咨詢設(shè)計院有限公司成都分公司 辛榮寰

未來幾年4G業(yè)務(wù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)將持續(xù)高速發(fā)展，高清視頻流量等寬密集型業(yè)務(wù)流量占比不斷增長。運營商希望用較低的成本構(gòu)建安全可靠、配置零活、響應(yīng)迅速的網(wǎng)路，來應(yīng)對未來業(yè)務(wù)流量的高速增長，并希望通過更加精確的、差異化的承載能力來提高網(wǎng)絡(luò)盈利能力。而SDN技術(shù)已被大多數(shù)運營商寄予厚望。本文通過對SDN含義、核心本質(zhì)、特征、優(yōu)勢進行詳細說明，分析其在傳輸網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用-T-SDN。

SDN；OpenFlow；應(yīng)用層；控制層

1.前言

隨著電信業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，未來幾年4G業(yè)務(wù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算、大數(shù)據(jù)將持續(xù)高速發(fā)展，高清視頻流量等寬密集型業(yè)務(wù)流量占比不斷增長。但傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)面臨幾大問題：

（1）分布式最短路徑算法帶來的網(wǎng)絡(luò)擁塞問題；（2）目前各廠家的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都過于復(fù)雜；

（3）傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議眾多，網(wǎng)絡(luò)管理運維困難；

（4）網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新業(yè)務(wù)的部署速度太慢，一個新的創(chuàng)新應(yīng)用一般需要至少3-5年才能真正得到部署。

很幸運，現(xiàn)在已經(jīng)找到了目前系統(tǒng)性的解決以上問題的最好方法，那就是SDN。SDN由于自身獨有的優(yōu)勢技術(shù)，已經(jīng)被大多數(shù)運營商寄予厚望。

因而各運營商如何在網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)先部署SDN，是靈活有效降低運營成本和滿足未來業(yè)務(wù)發(fā)展需要的關(guān)鍵。

2.SDN的含義

相對于當(dāng)前分布式的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，SDN作為一種全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，重在構(gòu)建一個扁平化、簡潔、集約、柔性、開放的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

2.1 SDN的基本概念

SDN是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)新，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實現(xiàn)方式，OpenFlow是其核心技術(shù)，通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)作為管道變得更加智能。SDN的基本架構(gòu)分為三個層面：從上到下分別為應(yīng)用層、控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層。

SDN的架構(gòu)可以類比為人的身體：控制層類似于人的大腦，主要起到對人身體的總體管控的作用；基礎(chǔ)設(shè)施層的設(shè)備類似于人的四肢，在控制層（大腦）的控制下進行各種操作；應(yīng)用層類似于各種創(chuàng)新的想法，控制層在應(yīng)用層的驅(qū)動下對基礎(chǔ)設(shè)施層進行指揮從而達到其所需的效果；南向接口和北向接口則分別類似于人體內(nèi)的神經(jīng)和腦電波，主要作用是上傳下達各種信號。從類比中可以看出：作為四肢的基礎(chǔ)設(shè)施層，其處理性能一定要高，而其本身可以不做更多的思考而成為“傻”設(shè)備；作為大腦的控制層，其控制邏輯一定要周全，能夠根據(jù)全局的網(wǎng)絡(luò)視圖作出合理的資源調(diào)配決策；作為創(chuàng)新想法的應(yīng)用層，其工作是充分利用大腦提供的能力完成各種花樣翻新的任務(wù)，同時針對自身需要向大腦提出新的能力需求。

應(yīng)用層主要負責(zé)網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一管理，以及基礎(chǔ)API的應(yīng)用開發(fā)；控制層主要功能是接受轉(zhuǎn)發(fā)器注冊，收集拓撲和資源，計算內(nèi)部通道并下發(fā)至所有轉(zhuǎn)發(fā)器，接收外部協(xié)議報文并計算業(yè)務(wù)路由，為轉(zhuǎn)發(fā)器下發(fā)路由表等。基礎(chǔ)設(shè)施層主要功能是管理通道自組織，完成向控制器注冊和資源收集上報，外部協(xié)議報文轉(zhuǎn)發(fā)至控制器，接收控制器路由表等。

2.2 SDN的核心本質(zhì)

SDN的本質(zhì)是把網(wǎng)絡(luò)軟件化。是對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的一次重構(gòu)，使得未來網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)僅僅通過SDN控制器的編程、增加和升級控制器上的軟件程序就可以完成新業(yè)務(wù)部署，快速滿足客戶靈活多變的需求。

只有少量用戶業(yè)務(wù)需求是過去做不到的，而大量需求沒有SDN也能做，只是SDN會使事情做得更快、更簡單。用戶對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求是沒有變化，而是在質(zhì)量屬性需求發(fā)生了變化，比如快速新業(yè)務(wù)上線需求、簡化網(wǎng)絡(luò)需求降低運維難度和費用，因此SDN只是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的一次重構(gòu)。

2.3 SDN的主要特征

目前流行的三種SDN分別為：ONF SDN、ETSI NFV和 Open-Daylight，它們在業(yè)界都擁有眾多的擁護者，從而權(quán)威性不容置疑。雖然這三種不同的架構(gòu)存在不同之處，但在定義上存在共性，從中可以總結(jié)出SDN具備的三大主要特征。

（1）轉(zhuǎn)控分離：

通過統(tǒng)一和開放南向接口，將基礎(chǔ)設(shè)施層的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的差異徹底屏蔽掉，從而使底層網(wǎng)絡(luò)對上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的透明化成為現(xiàn)實。分離邏輯網(wǎng)絡(luò)和物理網(wǎng)絡(luò)后，可以在根據(jù)業(yè)務(wù)需求在邏輯網(wǎng)絡(luò)上進行操作，不必收到物理設(shè)備位置的限制。除此之外，多租戶共享也能在邏輯網(wǎng)絡(luò)上得以實現(xiàn)，租戶網(wǎng)絡(luò)的定制需求也能得以實現(xiàn)。

（2）集中控制：通過對邏輯上集中的控制，從而能夠獲得網(wǎng)絡(luò)資源的全局信息，并根據(jù)不同業(yè)務(wù)的需求進行全局調(diào)配和優(yōu)化資源，例如負載均衡、流量控制等。同時，集中控制可以使整個網(wǎng)絡(luò)可以在邏輯上被看成一臺設(shè)備，而僅對這臺設(shè)備進行運行和維護，而不用現(xiàn)場配置具體的物理設(shè)備，這樣能大大提升網(wǎng)絡(luò)控制的便捷度。

（3）開放接口：南向和北向接口作為兩個開放的接口，可以通過這兩個接口將應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)無縫的集成起來，從而使得網(wǎng)絡(luò)能由應(yīng)用告知如何運行才能更好地滿足應(yīng)用的需求，應(yīng)用的需求包括業(yè)務(wù)的帶寬、業(yè)務(wù)的時延要求等。除此之外，用戶還能通過這兩個接口自行開發(fā)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，從而調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源，縮短新業(yè)務(wù)的上限周期。

3.SDN在網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用原則和優(yōu)勢

企業(yè)和電信運營商正在想方設(shè)法應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)。他們希望其網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)業(yè)務(wù)策略動態(tài)地進行調(diào)整并做出響應(yīng)。他們希望能夠自動實施這些策略，這樣他們就可以減少網(wǎng)絡(luò)運行所需的人工操作和人力成本。他們希望可以在其網(wǎng)絡(luò)中快速部署和運行新的應(yīng)用，從而讓業(yè)務(wù)見到成效。而且，他們還希望在推出新功能的同時不會中斷已有的業(yè)務(wù)。這是一項很難完成的任務(wù)，但是，SDN有望應(yīng)對這些挑戰(zhàn)。以下是SDN的6個原則以及能為客戶帶來的優(yōu)勢：

（1）清晰地將網(wǎng)絡(luò)軟件劃分為4個層（平面）：管理、服務(wù)、控制和轉(zhuǎn)發(fā) ― 提供架構(gòu)基礎(chǔ)，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)中的每個平面。

（2）將管理、服務(wù)和控制平面的相關(guān)部分集中起來，以簡化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，并降低運營成本。

（3）利用云實現(xiàn)靈活的擴展和部署，推動基于使用的定價機制，以便更快地提供服務(wù)，并關(guān)聯(lián)價值與成本。

（4）在管理系統(tǒng)中創(chuàng)建一個網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、服務(wù)和集成的平臺，以實施新的業(yè)務(wù)解決方案。

（5）推動協(xié)議標準化，以支持多個供應(yīng)商異構(gòu)技術(shù)之間的互操作性，從而帶來更多的選擇并降低成本。

（6）將SDN原則廣泛應(yīng)用于包括安全在內(nèi)的所有網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)服務(wù) ― 從數(shù)據(jù)中心和企業(yè)園區(qū),直至電信運營商所使用的移動和 有線網(wǎng)絡(luò)。

4.SDN在傳送網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用探討和價值

4.1 T-SDN的應(yīng)用和價值

（1）自動化：將原離線離散的多個規(guī)劃和運維工具有機連接，打通端到端業(yè)務(wù)流程，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化運營，縮短業(yè)務(wù)上市時間。

（2）虛擬化：設(shè)備虛擬化，實現(xiàn)遠程集中管理和控制，簡化運維。資源虛擬化，提供差異化帶寬服務(wù)（VTS），增加客戶粘性并帶來增值收入。

（3）協(xié)同性：IP+光多層協(xié)同，多域大網(wǎng)集中管理，提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率，節(jié)省建網(wǎng)成本。

（4）彈性：通過傳送設(shè)備的軟件編程控制，實現(xiàn)線路速率自定義，提升管道的頻譜效率；L0/L1/L2多層自協(xié)商，實現(xiàn)基于業(yè)務(wù)感知選擇最佳映射路徑。

（5）開放性：開放式平臺，簡化OSS集成，加快新設(shè)備&新技術(shù)的引入，提供豐富的APP應(yīng)用和各類虛擬增值業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)管理更敏捷。

4.2 SDN在應(yīng)用中需要考慮的問題

（1）SDN轉(zhuǎn)發(fā)平面的設(shè)計問題，隨著Open fl ow的規(guī)約不斷發(fā)布，交換機的流表也從最初的單表結(jié)構(gòu)變?yōu)槎啾斫Y(jié)構(gòu)，流表項匹配字段也支持ipv6、MPLS等，這就意味著Open fl ow交換機的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜。

（2）控制平面的可擴展性：隨著網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)量的增加，需要多控制器的解決方案，而控制單元的數(shù)量和他們之間的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的協(xié)同和交互如何實現(xiàn)，還需要深入研究。

（3）SDN在控制邏輯上具有一致性。雖然控制平面可以在整個網(wǎng)絡(luò)集中部署控制邏輯，但是數(shù)據(jù)平面轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備卻依然是一個分布式的系統(tǒng)，延遲是可能存在的，難以保證一致性，有可能造成斷路，丟包的問題。

（4）運算壓力大、軟件復(fù)雜度高、系統(tǒng)穩(wěn)定性存在隱患：為了滿足網(wǎng)絡(luò)的可編程性的需求，應(yīng)用程序需要得到大量對環(huán)境的控制權(quán)限，但這種控制權(quán)極易導(dǎo)致系統(tǒng)的崩潰。

（5）控制器接口尚未標準化。

（6）網(wǎng)絡(luò)集中控制固有的安全隱患，SDN安全問題的獨特性在于SDN管理的集中性和開放性。控制面安全（監(jiān)聽）、應(yīng)用層安全（蠕蟲，惡意軟件），通過授權(quán)、訪問控制等來解決控制層面的問題，通過控制器提供的編程接口進行鑒定應(yīng)用層的應(yīng)用。

5.總結(jié)

目前SDN技術(shù)雖然尚不夠成熟，在運營商網(wǎng)絡(luò)中還沒有得到大規(guī)模的商用。但SDN有著自身得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢，其轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離的特點可有效降低設(shè)備硬件成本；控制邏輯集中的特點可使得網(wǎng)絡(luò)具有全局的視圖實現(xiàn)全局優(yōu)化，實現(xiàn)多網(wǎng)融合和集中管控；網(wǎng)絡(luò)能力開放化可促進更多的業(yè)務(wù)創(chuàng)新和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)創(chuàng)新。這三大驅(qū)動力推動著SDN的發(fā)展，也使得SDN在傳輸商網(wǎng)絡(luò)中具有廣闊的發(fā)展前景。

[1]曹芹．SDN對運營商的價值．電信網(wǎng)技術(shù)．2013．

[2]曾鴻孟．通信運營商面向SDN架構(gòu)演進分析．通信世界．2015．

[3]樊勇兵,黃志蘭．SDN技術(shù)和產(chǎn)業(yè)分析及運營商應(yīng)對策略建議．電信科學(xué)．2015．

[4]房秉毅,楊紹光．SDN技術(shù)在混合云網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用研究．郵電設(shè)計技術(shù)．2015．

[5]董飛宇,鄭凱． SDN+NFV環(huán)境下運營商網(wǎng)絡(luò)變革與業(yè)務(wù)創(chuàng)新．通信世界．2015．

[6]曹暢．中國聯(lián)通UTN網(wǎng)絡(luò)引入SDN的思考．通信世界．2016．

辛榮寰，高級工程師，本科，主要從事有線傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計及規(guī)劃的研究工作。