S D N在傳送網絡中的應用探討

中訊郵電咨詢設計院有限公司成都分公司 辛榮寰

S D N在傳送網絡中的應用探討

中訊郵電咨詢設計院有限公司成都分公司 辛榮寰

未來幾年4G業務、移動互聯網、云計算、大數據將持續高速發展，高清視頻流量等寬密集型業務流量占比不斷增長。運營商希望用較低的成本構建安全可靠、配置零活、響應迅速的網路，來應對未來業務流量的高速增長，并希望通過更加精確的、差異化的承載能力來提高網絡盈利能力。而SDN技術已被大多數運營商寄予厚望。本文通過對SDN含義、核心本質、特征、優勢進行詳細說明，分析其在傳輸網絡的應用-T-SDN。

SDN；OpenFlow；應用層；控制層

1.前言

隨著電信業務的飛速發展，未來幾年4G業務、移動互聯網、云計算、大數據將持續高速發展，高清視頻流量等寬密集型業務流量占比不斷增長。但傳統網絡面臨幾大問題：

（1）分布式最短路徑算法帶來的網絡擁塞問題；（2）目前各廠家的網絡設備都過于復雜；

（3）傳統網絡協議眾多，網絡管理運維困難；

（4）網絡創新業務的部署速度太慢，一個新的創新應用一般需要至少3-5年才能真正得到部署。

很幸運，現在已經找到了目前系統性的解決以上問題的最好方法，那就是SDN。SDN由于自身獨有的優勢技術，已經被大多數運營商寄予厚望。

因而各運營商如何在網絡中優先部署SDN，是靈活有效降低運營成本和滿足未來業務發展需要的關鍵。

2.SDN的含義

相對于當前分布式的TCP/IP網絡架構，SDN作為一種全新的網絡架構，重在構建一個扁平化、簡潔、集約、柔性、開放的新型網絡架構。

2.1 SDN的基本概念

SDN是一種網絡架構的創新，是網絡虛擬化的一種實現方式，OpenFlow是其核心技術，通過將網絡設備控制面與數據面分離開來，從而實現了網絡流量的靈活控制，使網絡作為管道變得更加智能。SDN的基本架構分為三個層面：從上到下分別為應用層、控制層和基礎設施層。

SDN的架構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；基礎設施層的設備類似于人的四肢，在控制層（大腦）的控制下進行各種操作；應用層類似于各種創新的想法，控制層在應用層的驅動下對基礎設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的神經和腦電波，主要作用是上傳下達各種信號。從類比中可以看出：作為四肢的基礎設施層，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”設備；作為大腦的控制層，其控制邏輯一定要周全，能夠根據全局的網絡視圖作出合理的資源調配決策；作為創新想法的應用層，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，同時針對自身需要向大腦提出新的能力需求。

應用層主要負責網絡資源的統一管理，以及基礎API的應用開發；控制層主要功能是接受轉發器注冊，收集拓撲和資源，計算內部通道并下發至所有轉發器，接收外部協議報文并計算業務路由，為轉發器下發路由表等。基礎設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，外部協議報文轉發至控制器，接收控制器路由表等。

2.2 SDN的核心本質

SDN的本質是把網絡軟件化。是對現有網絡架構的一次重構，使得未來網絡業務僅僅通過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務部署，快速滿足客戶靈活多變的需求。

只有少量用戶業務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。用戶對網絡業務的需求是沒有變化，而是在質量屬性需求發生了變化，比如快速新業務上線需求、簡化網絡需求降低運維難度和費用，因此SDN只是網絡架構的一次重構。

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，它們在業界都擁有眾多的擁護者，從而權威性不容置疑。雖然這三種不同的架構存在不同之處，但在定義上存在共性，從中可以總結出SDN具備的三大主要特征。

（1）轉控分離：

通過統一和開放南向接口，將基礎設施層的轉發設備的差異徹底屏蔽掉，從而使底層網絡對上層業務應用的透明化成為現實。分離邏輯網絡和物理網絡后，可以在根據業務需求在邏輯網絡上進行操作，不必收到物理設備位置的限制。除此之外，多租戶共享也能在邏輯網絡上得以實現，租戶網絡的定制需求也能得以實現。

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

（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用和網絡無縫的集成起來，從而使得網絡能由應用告知如何運行才能更好地滿足應用的需求，應用的需求包括業務的帶寬、業務的時延要求等。除此之外，用戶還能通過這兩個接口自行開發網絡業務，從而調用網絡資源，縮短新業務的上限周期。

3.SDN在網絡中的應用原則和優勢

企業和電信運營商正在想方設法應對網絡挑戰。他們希望其網絡能夠根據業務策略動態地進行調整并做出響應。他們希望能夠自動實施這些策略，這樣他們就可以減少網絡運行所需的人工操作和人力成本。他們希望可以在其網絡中快速部署和運行新的應用，從而讓業務見到成效。而且，他們還希望在推出新功能的同時不會中斷已有的業務。這是一項很難完成的任務，但是，SDN有望應對這些挑戰。以下是SDN的6個原則以及能為客戶帶來的優勢：

（1）清晰地將網絡軟件劃分為4個層（平面）：管理、服務、控制和轉發 ― 提供架構基礎，以優化網絡中的每個平面。

（2）將管理、服務和控制平面的相關部分集中起來，以簡化網絡設計，并降低運營成本。

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

（4）在管理系統中創建一個網絡應用、服務和集成的平臺，以實施新的業務解決方案。

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

（6）將SDN原則廣泛應用于包括安全在內的所有網絡和網絡服務 ― 從數據中心和企業園區,直至電信運營商所使用的移動和 有線網絡。

4.SDN在傳送網絡中的應用探討和價值

4.1 T-SDN的應用和價值

（1）自動化：將原離線離散的多個規劃和運維工具有機連接，打通端到端業務流程，實現網絡自動化運營，縮短業務上市時間。

（2）虛擬化：設備虛擬化，實現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（VTS），增加客戶粘性并帶來增值收入。

（3）協同性：IP+光多層協同，多域大網集中管理，提升網絡資源利用率，節省建網成本。

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

（5）開放性：開放式平臺，簡化OSS集成，加快新設備&新技術的引入，提供豐富的APP應用和各類虛擬增值業務，網絡管理更敏捷。

4.2 SDN在應用中需要考慮的問題

（1）SDN轉發平面的設計問題，隨著Open fl ow的規約不斷發布，交換機的流表也從最初的單表結構變為多表結構，流表項匹配字段也支持ipv6、MPLS等，這就意味著Open fl ow交換機的結構更加復雜。

（2）控制平面的可擴展性：隨著網絡業務量的增加，需要多控制器的解決方案，而控制單元的數量和他們之間的網絡狀態的協同和交互如何實現，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絡集中部署控制邏輯，但是數據平面轉發設備卻依然是一個分布式的系統，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、軟件復雜度高、系統穩定性存在隱患：為了滿足網絡的可編程性的需求，應用程序需要得到大量對環境的控制權限，但這種控制權極易導致系統的崩潰。

（5）控制器接口尚未標準化。

（6）網絡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（監聽）、應用層安全（蠕蟲，惡意軟件），通過授權、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用層的應用。

5.總結

目前SDN技術雖然尚不夠成熟，在運營商網絡中還沒有得到大規模的商用。但SDN有著自身得天獨厚的技術優勢，其轉發和控制分離的特點可有效降低設備硬件成本；控制邏輯集中的特點可使得網絡具有全局的視圖實現全局優化，實現多網融合和集中管控；網絡能力開放化可促進更多的業務創新和網絡服務創新。這三大驅動力推動著SDN的發展，也使得SDN在傳輸商網絡中具有廣闊的發展前景。

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[4]房秉毅,楊紹光．SDN技術在混合云網絡架構中的應用研究．郵電設計技術．2015．

[5]董飛宇,鄭凱． SDN+NFV環境下運營商網絡變革與業務創新．通信世界．2015．

[6]曹暢．中國聯通UTN網絡引入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絡設計及規劃的研究工作。