SDN技術(shù)在運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)中的應(yīng)用實(shí)踐

高樂(lè)文，高麗華，任新宇

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司黑龍江分公司，黑龍江 哈爾濱 150080）

1 SDN技術(shù)的概念

SDN技術(shù)是一種新穎的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，包括基礎(chǔ)設(shè)施、控制以及應(yīng)用3個(gè)層次。這一概念最初是由斯坦福大學(xué)項(xiàng)目研究小組提出的，主要通過(guò)Openflow基本技術(shù)分離網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)平臺(tái)和設(shè)備控制，通過(guò)將數(shù)據(jù)層與控制層分開(kāi)開(kāi)放編程接口，從而有效控制和透明管理上部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使該平臺(tái)形成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模型。

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，LTE和5G業(yè)務(wù)得到了較好發(fā)展，因此各項(xiàng)業(yè)務(wù)接口對(duì)IP承載網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量及其靈活性提出了更高要求。實(shí)際運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行了相關(guān)測(cè)試和場(chǎng)景模擬，希望能夠促進(jìn)SND技術(shù)、主流運(yùn)輸技術(shù)和現(xiàn)今網(wǎng)絡(luò)之間的結(jié)合，并以此為基礎(chǔ)，研究更多SDN衍生技術(shù)，以便從多個(gè)角度對(duì)SDN技術(shù)的相關(guān)特征進(jìn)行有效驗(yàn)證。運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)絡(luò)由3個(gè)方面組成，在進(jìn)行實(shí)際測(cè)試工作的過(guò)程中需要認(rèn)真挑選設(shè)備型號(hào)，確保其匹配性，并通過(guò)多次模擬試驗(yàn)及時(shí)發(fā)現(xiàn)使用過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行優(yōu)化。利用SDN技術(shù)優(yōu)化IP承載網(wǎng)絡(luò)，能夠提高運(yùn)行的高效性，從而提升其經(jīng)濟(jì)效益。

現(xiàn)階段，IP承載網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量逐漸增加，各大網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越關(guān)注IP網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)工作。例如，谷歌率先在跨數(shù)據(jù)中心融入SDN技術(shù)，有效促進(jìn)了SDN技術(shù)在IP網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)用。通過(guò)優(yōu)化SDN技術(shù)，有效提升了谷歌平臺(tái)數(shù)據(jù)中心的利用效果和網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性，降低了運(yùn)營(yíng)成本[1]。

2 SDN技術(shù)發(fā)展對(duì)運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)的影響

目前，通過(guò)分布式路由計(jì)算，根據(jù)傳統(tǒng)TCP/IP協(xié)議如BGP和MPLS，執(zhí)行從運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)絡(luò)中流量的切換。網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的部署需要人工干預(yù)及嚴(yán)格和高度規(guī)劃的執(zhí)行，是一個(gè)預(yù)先規(guī)劃的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)。為了應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)變化，在規(guī)劃階段需要整合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和設(shè)備能力，以便在服務(wù)期內(nèi)滿足最大的流量需要，這意味著網(wǎng)絡(luò)在非占用時(shí)間的使用率很低。PTN網(wǎng)絡(luò)代表運(yùn)營(yíng)商使用的傳統(tǒng)IP承載網(wǎng)絡(luò)，在過(guò)去四五年間迅速發(fā)展，并為許多基站和收藏服務(wù)提供了空間。它的網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)是統(tǒng)計(jì)多路復(fù)用、中央質(zhì)量控制系統(tǒng)和提供電信操作保障的中央網(wǎng)絡(luò)。而SDN的發(fā)展是以智能控制、中央控制以及平臺(tái)開(kāi)放為特征，旨在改善互聯(lián)網(wǎng)客戶的體驗(yàn)。目前，SDN技術(shù)已經(jīng)成為大多數(shù)IP承載網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用運(yùn)營(yíng)商的一個(gè)共同選擇，目的是通過(guò)更精確和區(qū)別化的運(yùn)輸能力來(lái)提高傳統(tǒng)的PTN網(wǎng)絡(luò)的成本效益。下面將具體分析SDN技術(shù)對(duì)IP承載網(wǎng)的影響。

2.1 簡(jiǎn)潔有效的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)管理

SDN架構(gòu)中的IP承載網(wǎng)絡(luò)能夠通過(guò)控制級(jí)別積極獲取網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的狀態(tài)信息，并自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)級(jí)別的轉(zhuǎn)發(fā)行為，有利于減少對(duì)手動(dòng)干預(yù)的需求，使網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的管理更加簡(jiǎn)單和有效，并減少網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的管理費(fèi)用。

2.2 提高鏈路實(shí)用率，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本

通過(guò)SDN技術(shù)，IP媒體網(wǎng)絡(luò)可以有效使用鏈路調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)速率，提高鏈路使用率，使得網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投入更具前瞻性和可預(yù)測(cè)性，并減少建設(shè)資金的投入。

3 SDN技術(shù)在運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)踐意義

3.1 提高網(wǎng)絡(luò)的使用率

運(yùn)營(yíng)商主要利用通信終端和用戶終端的峰值預(yù)測(cè)IP承載網(wǎng)絡(luò)的帶寬和路徑。開(kāi)關(guān)和路由器之間的容量相對(duì)固定，因此只能根據(jù)所述路由器在上行鏈路和下行鏈路上的實(shí)際故障來(lái)重建路徑。在操作期間，路徑選擇競(jìng)爭(zhēng)和終端之間的資源競(jìng)爭(zhēng)普遍存在，加大了網(wǎng)絡(luò)故障的自我修理難度，從而導(dǎo)致執(zhí)行操作出現(xiàn)故障。這種情況下的網(wǎng)絡(luò)利用率通常在30%以下。當(dāng)在IP承載網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)用SDN技術(shù)時(shí)，SDN控制器作為網(wǎng)絡(luò)控制的大腦，對(duì)網(wǎng)絡(luò)有更清晰的結(jié)構(gòu)視圖和組織圖，可以通過(guò)路由器選擇、計(jì)算操作、降低保護(hù)帶寬度參數(shù)以及進(jìn)一步澄清網(wǎng)絡(luò)等行為，保障在發(fā)生故障時(shí)允許預(yù)先計(jì)算的備份網(wǎng)絡(luò)信道中的切換不中斷，從而實(shí)現(xiàn)以最少的資源達(dá)到最佳的網(wǎng)絡(luò)使用效果。這有利于網(wǎng)絡(luò)的改善，使網(wǎng)絡(luò)利用率超過(guò)了99.9%。

3.2 提升服務(wù)質(zhì)量

目前，我國(guó)運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)內(nèi)容、應(yīng)用以及服務(wù)層之間的連接是耦合狀態(tài)，特征在于固定寬帶互聯(lián)網(wǎng)、云端以及移動(dòng)通信連接級(jí)別都是不同的耦合狀態(tài)，資源的使用效率低下。SDN技術(shù)可以對(duì)全局網(wǎng)絡(luò)組織產(chǎn)生更直觀的效應(yīng)，允許應(yīng)用層接收反饋的信息，并允許用戶從IDC與用戶端之間的最佳連接中選擇IDE服務(wù)器，不僅減少了資源投資，還提高了服務(wù)質(zhì)量。因此，網(wǎng)絡(luò)多樣化是大幅提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)效率的一個(gè)重要因素。

服務(wù)器感知平衡負(fù)荷下的實(shí)用場(chǎng)景如下。在運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)絡(luò)中，系統(tǒng)服務(wù)器通常能夠根據(jù)服務(wù)器的實(shí)際可用性和資源利用情況自行選擇服務(wù)器，并在服務(wù)器下方合理分配負(fù)載。但是，這一過(guò)程容易忽略網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，導(dǎo)致服務(wù)器空閑，給某些路線造成擁塞問(wèn)題，嚴(yán)重影響信息的傳輸?；赟DN技術(shù)的承載網(wǎng)絡(luò)不僅能夠在選擇服務(wù)器時(shí)獨(dú)立選擇目標(biāo)，而且能夠科學(xué)使用非活動(dòng)服務(wù)器，實(shí)時(shí)檢測(cè)控制器的操作條件，在傳輸信息的路徑中選擇高容量路徑，并在端部之間平衡數(shù)據(jù)負(fù)載。

3.3 促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品化發(fā)展

目前，IP承載網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)更新和設(shè)置方面發(fā)展速度較慢，增加了后期運(yùn)營(yíng)工作的資金投入。另外，產(chǎn)品和OSS/BSS等系統(tǒng)之間聯(lián)系較多。因此，我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品在不同程度上影響了服務(wù)定價(jià)，很難滿足網(wǎng)絡(luò)用戶的實(shí)際需求。

在SDN技術(shù)中，控制層和應(yīng)用層能夠促進(jìn)API之間的自行操作，擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的范圍。此外，服務(wù)領(lǐng)域的創(chuàng)新提高了網(wǎng)絡(luò)效率，特別是在裝載和集中方面，提供了有效的全網(wǎng)絡(luò)審計(jì)服務(wù)，滿足了各種用戶的需要?；谌謶?yīng)用需求的視覺(jué)影響圖像，可以為網(wǎng)絡(luò)資源和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供更有利的價(jià)格，提高操作者的經(jīng)濟(jì)利潤(rùn)。實(shí)踐中，SDN技術(shù)的集成提高了運(yùn)營(yíng)商的利用率和資金流動(dòng)性，有效降低了運(yùn)營(yíng)的資金投入，為企業(yè)創(chuàng)造了一個(gè)全新的生態(tài)系統(tǒng)，可使網(wǎng)絡(luò)服務(wù)更好地滿足用戶的需要。在此期間，用戶可以根據(jù)價(jià)格優(yōu)化原則選擇運(yùn)營(yíng)商的帶寬。運(yùn)營(yíng)商能夠充分利用SDN技術(shù)自動(dòng)創(chuàng)建用戶資源視圖，再利用大數(shù)據(jù)技術(shù)加密服務(wù)將定價(jià)發(fā)送到帶寬交換點(diǎn)。消費(fèi)者和云服務(wù)公司也可以根據(jù)優(yōu)化價(jià)格原則，自由選擇云服務(wù)運(yùn)營(yíng)商[2]。

4 SDN技術(shù)在運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)中的應(yīng)用實(shí)踐

除了Google平臺(tái)倡議將SDN技術(shù)納入數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)之外，中國(guó)聯(lián)通公司于2015年推出了一套基于SDN和NFV技術(shù)的立方Net2.0網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)已逐漸成為網(wǎng)絡(luò)改組的先進(jìn)結(jié)構(gòu)，使得我國(guó)的技術(shù)更具現(xiàn)代化。中國(guó)聯(lián)通公司高度重視創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型CUBE-NET2.0業(yè)務(wù)，2018年3月為OTT客戶和企業(yè)出版了新的協(xié)同CloudNetwork產(chǎn)品，標(biāo)志著聯(lián)通企業(yè)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新的開(kāi)始，也是我國(guó)運(yùn)營(yíng)商向用戶提供綜合服務(wù)的第一步。目前，全球多個(gè)機(jī)構(gòu)已經(jīng)成功完成了SDN網(wǎng)絡(luò)的部署。例如：美國(guó)GEN和Internet2、歐盟的FIRE以及日本的JGN2plus等科研機(jī)構(gòu)，完成了基于OpenFlow的網(wǎng)絡(luò)部署；Google和Facebook等全球互聯(lián)網(wǎng)公司部署了自己的SDN內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，其中Google更是將OpenFlow技術(shù)大規(guī)模運(yùn)用在自己的全球數(shù)據(jù)中心骨干網(wǎng)中。此外，全球各大運(yùn)營(yíng)商也在積極嘗試將SDN部署在數(shù)據(jù)中心，如德國(guó)電信和日本NTT等運(yùn)營(yíng)商。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用SDN技術(shù)主要圍繞數(shù)據(jù)中心互聯(lián)和數(shù)據(jù)中心內(nèi)部?jī)煞N部署場(chǎng)景。例如：在數(shù)據(jù)中心之間部署基于SDN控制的流量工程；在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部署SDN技術(shù)，實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的動(dòng)態(tài)遷移，同時(shí)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)策略的同步遷移和多租戶隔離等。

5 SDN技術(shù)在運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)應(yīng)用中的注意事項(xiàng)

將SDN技術(shù)應(yīng)用于運(yùn)營(yíng)商的IP承載網(wǎng)絡(luò)，需要優(yōu)化和改進(jìn)相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，加大對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)演變的重視。由于承載網(wǎng)絡(luò)相對(duì)活躍，應(yīng)考慮網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的可靠性和安全性等因素，并在此基礎(chǔ)上分階段發(fā)展。首先，利用現(xiàn)有技術(shù)手段優(yōu)化和改進(jìn)SDN技術(shù)，科學(xué)部署中央和骨干層，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和BGP路由編程程序，實(shí)現(xiàn)連接業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)和靈活的動(dòng)態(tài)導(dǎo)向。其次，在逐漸確立SDN技術(shù)優(yōu)勢(shì)后，完成IP協(xié)議和SDN技術(shù)的共存，將TCP/IP協(xié)議的傳統(tǒng)技術(shù)如BGP和MPLS等納入IP承載網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)保留傳統(tǒng)的路由計(jì)算方法，整體改善路由性能。最后，建立一個(gè)簡(jiǎn)單的SDN結(jié)構(gòu)，在TCP/IP協(xié)議的框架內(nèi)提取傳統(tǒng)的BGP和MPLS技術(shù)，有利于根據(jù)技術(shù)的可靠性和安全性等要素提供簡(jiǎn)單的SDN結(jié)構(gòu)。

6 結(jié) 論

目前，隨著我國(guó)信息技術(shù)的迅速發(fā)展，SDN技術(shù)能夠使運(yùn)營(yíng)商IP承載網(wǎng)絡(luò)建立的系統(tǒng)更加有效、靈活以及開(kāi)放，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)化，提高了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)服務(wù)的整體效率和質(zhì)量，促進(jìn)了我國(guó)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品開(kāi)發(fā)的發(fā)展和進(jìn)步，為使用者提供了豐富、實(shí)用以及便捷的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，有效滿足了使用者的個(gè)性化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。