中國聯通SDN的思考和應用實例

程瑩

摘要：通過對電信級軟件定義網絡（SDN）網絡的主要設計目標、目標部署架構，以及引入SDN場景的介紹，認為SDN的引入需考慮業務和網絡發展的實際需求以及對應技術的成熟程度，在不同域的網絡逐步進行。網絡重構并不意味著完全摒棄傳統網絡，而是需要漸進式地繼續堅持IP基礎技術體系，推動網絡向IT化轉型。

關鍵詞： 軟件定義網絡；云計算；目標部署架構；數據中心

軟件定義網絡（SDN）的應用，已逐步從最初的數據中心網絡擴展至通信網絡的多個領域?？刂婆c轉發相分離的核心思想，一方面通過控制器處理能力的提升和北向接口的開放使得網絡更加智能化，另一方面電信級轉發能力要求迅速實現硬件的標準化，從而降低建設成本。

對于傳統電信運營商而言，SDN的部署和應用不應是簡單替代傳統網絡的“革命式”轉型，而應在傳統網絡基礎上，逐步演進[1-3]。對新建網絡可采用基于SDN技術的解決方案，對傳統網絡則可通過SDN控制器及編排器與網管系統相結合，逐步實現對網絡的統一控制。

以中國聯通的實際部署為例，SDN的引入需根據業務和網絡發展的實際需求以及對應技術的成熟程度，在不同域的網絡逐步引入，不可一蹴而就。

1 電信級SDN網絡目標部署架構

1.1 主要目標

以中國聯通為例，運營商引入SDN的主要目標為實現網絡的智能化和自動化，打造以軟件為核心，面向客戶、業務和服務的網絡[4]，具體內容包括：

（1）通過標準化的接口，進行網絡能力的抽象；通過操作系統化的控制平面，將網絡能力開放；提供網絡可編程能力，實現快速的業務創新、管理創新；通過業務應用程序（APP），實現用戶自主業務的開通以及調整。

（2）通過集中的控制平面，以全局視野，進行快速集中的路徑計算，實現全局資源、路徑、流量的高效調度、配置和優化；快速進行業務的發放和動態調整，縮短用戶業務需求的響應時間。

（3）通過集中的控制平面，標準化的轉發設備，靈活適應業務和資源的動態調整需求，靈活滿足各種組合型業務需求及部署。

（4）減少設備上協議及控制功能，降低設備成本。提高設備的標準化、互通兼容性，實現網絡與供應商解耦，降低網絡建設成本。通過靈活快速的資源調度以及優化，提升全網資源的利用率，從而降低網絡服務的成本。

1.2 目標部署架構

傳統電信運營商通?；A網絡覆蓋范圍大，以中國聯通為例，現網是按照地市、省內骨干、省際骨干3個層次組網和分域管理的。隨著云計算和數據中心的發展，業務網絡將逐步向以數據中心為核心，實現3級數據中心分層分域組網。SDN控制平面、管理平面、編排協同平面與之相對應，宜采用分層分域的方式部署到各級數據中心中，從而保證網絡的可擴展性、可靠性、安全性。

依據前述演進策略，SDN的轉發平面根據業務仍可保持現有網絡的分層級設計，分為地市、省內/省際骨干2～3個層面，其中地市轉發平面可根據網絡節點的多少分為接入/匯聚/核心層。

傳統運營商可能的SDN目標架構如圖1所示。其中，分域、分層的SDN網絡需要由不同的控制器來控制，并通過跨專業的編排協同層完成跨層編排和調度，這樣的設計根據需要可能分為多級，從而實現端到端的服務。業務編排/協同器以面向客戶和業務的管理控制為主，能夠根據預定的業務模板，將用戶錄入的業務需求轉化為針對不同域的控制命令，下發給各域控制器，實現相關業務的配置，從而能夠實現多個不同域或不同專業、不同廠商之間控制器的協同。

運營支撐系統（OSS）內的工單、電子運維、客戶管理等子系統需要與SDN的控制平面、編排協同平面和應用平面交互信息，這種信息交互應通過外部接口實現。

SDN網絡與傳統網絡相比，在專線業務提供等方面發生較大變化，如將提供客戶在線自助業務訂購、自助帶寬調整、臨時帶寬調整、帶寬日歷等實時新業務。需要業務支撐系統（BSS）在計費、出賬、訂購、確認、退訂等方面進行改造，實現對業務開通實時性、業務需求實時變化、自助實時賬單查詢等功能的支持。

2 數據中心交換網絡引入SDN場景

SDN技術最早應用于數據中心內和數據中心間的網絡中，目前用于數據中心交換網絡的SDN交換機技術較為成熟。因此，運營商引入SDN網絡也常常是從數據中心的相關場景開始。

以中國聯通為例，數據中心的布局包括骨干基地數據中心、區域中心數據中心、邊緣數據中心3層架構，骨干基地數據中心和區域中心數據中心規模都比較大，數據中心內建有獨立的交換網絡，這些數據中心內的交換網絡可按照一個域進行SDN改造，如圖2場景1所示[5]。邊緣數據中心一般利用城域機房建設，利用多個城域機房的空間組建數據中心（DC）資源池，滿足業務發展的需要。邊緣數據中心池多個機房間通過二層VXLAN網絡將多個數據中心內的交換網絡連通，數據中心資源池的所有交換網絡設備也可以按照一個網絡域進行SDN改造，如圖2所示。

2.1 場景1：骨干和區域數據中心場景

骨干和區域中心數據中心一般可單域組網，每個數據中心內的交換網絡按一個網絡域組網，通過單域控制器進行控制。

2.2 場景2：城域數據中心資源池場景

城域數據中心則可采用多機房虛擬數據中心的方式，即多個機房虛擬成一個數據中心。多個數據中心局點的交換網絡作為一個完整的網絡域，可以通過一個單域控制器進行控制。在南向接口尚不規范和開放的情況下，需要每個廠商配套建設單域控制器，通過多域控制器實現對整個數據中心資源池中的交換網絡的控制；當南向接口已經規范并開放后，則可采用單域控制器實現對數據中心資源池的所有交換設備的統一控制。

在向SDN網絡演進過程中，新建機房可直接采用支持SDN的交換設備。已有數據中心可以根據業務發展情況（機架出租型、云數據中心等）和需求，逐步采用SDN的設備進行替換升級。

3 本地綜合承載傳送網引入SDN場景

本地綜合承載傳送網（UTN）屬于本地層面的網絡，基于IP/多協議標簽交換（MPLS）技術標準體系，并且支持MPLS-TP標準協議，對運營商網絡具有普遍的適用性。中國聯通自2012年起已在全國300多個本地網中大規模開展了UTN的建設，主要定位于承載2G、3G以及長期演進（LTE）等移動回傳業務，核心匯聚層主要定位于邊緣流量的匯聚和轉發，接入層位于網絡邊緣，用于提供靈活的業務接入[6]。

在UTN領域引入SDN，可促進運維簡化，實現全網虛擬化，集中控制路由策略，便于跨層、跨域互通。UTN引入SDN宜以本地網為單位，是一個支持SDN功能的轉發設備與現有UTN網絡共同組網逐步演進的過程。其中，新增網元可以采用支持SDN相關規范和功能的產品，現有網元應通過對網元和網管系統的南、北向接口進行功能升級和擴展，將網絡能力開放給單域控制器或多域控制器，實現SDN控制器對新老網元的統一控制。

UTN引入SDN技術的網絡架構如圖3所示。

3.1 實驗性部署階段

在初期實驗性部署階段，管理平面和單域控制器都在本地部署，通過多域控制器實現多域網絡協同控制。這個階段又分為2個過程：第1個過程是針對新型采用SDN技術的UTN設備組建試驗網進行試驗驗證，控制器僅對新增的SDN-UTN設備實現控制，并通過迭代開發實現功能完善；第2個過程是進行現網UTN網絡網管功能和設備功能的升級和擴展，開發網管與控制器的接口，更好地實現控制器對現有網絡和新建設備的統一控制。

3.2 規模部署階段

在規模部署階段，單域控制器和網管可根據各省具體情況，按地市部署或按省集中部署，通過多域控制器實現對每個本地網的統一控制。

跨本地網的業務，需要經過IP承載網，這需要待IP承載網采用SDN技術升級后，由編排協同器實現對跨UTN、IP承載網的相關業務的統一協同控制。

4 結束語

在傳統電信網絡日漸式微的今天，全球主流運營商紛紛加入了IT化、軟件化的轉型。SDN/NFV等網絡技術正逐漸成為構建新興網絡基礎設施的主要技術選擇，云計算、物聯網等業務的逐步成熟也促進了電信網絡重構。然而，網絡重構并不意味著完全摒棄傳統網絡，長期以來傳統架構的網絡技術和運營模式勢必保持相當長時期的慣性，漸進式地繼續堅持IP基礎技術體系的同時，推動網絡向IT化轉型是更為穩健的一種方式[7-9]。

在變革轉型的過程中，新的網絡架構勢必對運營商的傳統管理模式以及運營策略產生較大的沖擊，主要表現在：

（1）網絡運營模式正在從以設備為中心向以軟件為中心轉型。隨著控制和轉發的分離，網絡硬件資源正在逐步通用化，軟件功能也在逐步定制化。軟件功能從硬件中剝離后，采購模式將從縱向的軟硬件一體的標準化網元采購，轉變為橫向的通用基礎硬件、通用基礎軟件和定制化軟件的獨立采購。與此同時，與采購配套的售后技術服務也將隨之改變，軟件和硬件的維護和升級能夠實現獨立進行。

（2）在基礎的標準框架基礎上，快速迭代的需求必將使得開源生態越來越繁榮。新時期的標準化和開源將互相滲透影響，代碼事實標準將逐漸成為新的業態，越來越多的大型應用系統將基于開源搭建。

（3）業務開發和運營向一體化（DevOps）方向轉型。傳統的電信業務從需求到上線需要經過需求分析、標準定制、開發驗證、測試采購、部署交付、維護優化等一系列繁復流程，且整個過程所需要的職能分散在運營商的不同部門，需要大量時間用于跨部門、廠商的協同。由于SDN、NFV、云計算等基礎技術為屏蔽硬件差異化提供了可能，業務上線和運營的小版本敏捷迭代需求將應運而生，開發和運營的環境將逐步能夠融為一體。

基于上述分析，運營商在向新的網絡架構和運營模式轉型的過程中，從以SDN為代表的支撐技術中獲取了控制承載分離、軟硬件解耦等優勢的角度分析，也勢必需要為新的業務形態進行全盤配套考慮。

參考文獻

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