SDN技術在數據中心網絡中的應用研究

李志敏 曹廣山

隨著科學技術的進步和信息技術的不斷發展，我們已經進入互聯網高速發展階段。現時代，各個國家都在研究人工智能，一切的設備和操作都向著智能化方向發展，網絡也不例外。SDN技術在數據中心網絡中的應用十分廣泛和重要，本文就SDN技術的定義和結構進行了介紹，對比傳統的數據中心網絡，結合實際分析和探討，得出了相應的結論。

一、SDN的發展及體系架構

隨著互聯網的快速發展，信息服務也向著智能化和高速化發展，SDN技術就是信息服務和網絡中新興起的一種技術，新架構。SDN的最初概念在美國斯坦福誕生，是一種新興的網絡架構，隨著創新進步，它的核心技術被分離出來，然后應用在了信息服務和網絡中，起初可以很好的進行網絡流量的控制，隨后又逐步發展出來更多功能，擴展了它的能力，為日后網絡架構的創新提供了更加精良的環境。近些年來，我國網絡服務商和網絡設備制造商不斷利用SDN技術，讓它實現綜合化和商業化，所以實現的技術和接口變得更加錯綜復雜，也就導致了SDN成了一個統稱，一種可以編程的網絡架構，涉及十分廣泛。SDN中有個非常重要的標準組織叫ONF，它在2016年發布了對SDN的重新定義，是一種滿足四種條件的網絡架構。第一是控制和轉發分離原則；第二是集中化控制原則；第三是網絡業務的可編程，第四是開放的接口。也可以總結為網絡控制實體的獨立、資源的高效利用、業務生命周期的可擴展以及網絡的結構。SDN的體系架構并不復雜，都是由各種group組成的，大致都分為服務端和客戶端。控制器是它的核心，主要負責協同和虛擬化工作，它的主要通信方式就是通過A-CPI進行，可以和高層次控制器或者應用通信。它的資源控制和管理主要通過D-CPI進行。

二、SDN的應用

（一）數據中心網絡架構

SDN在數據中心網絡中的應用非常廣泛。這種網絡架構主要分為四個層面，和網絡協議層類似的層面，主要分為控制層、轉發層、編排層和應用層。首先，對于控制層，它是最主要的一部分，由一個及以上的控制器組成，可以調度不同控制域的網絡資源，然后使用這些資源滿足應用程序和與服務對資源的請求。對于應用層，它主要分為兩大部分云管理平臺和應用程序，有一部分傳統也有一部分SDN的網絡管理能力。這里的網絡管理功能，指的是在傳統網絡設備存在的基礎上使用的SDN設備，SDN的數據中心的網絡管理就包含傳統和現代SDN網絡管理兩大塊，SDN網絡管理系統不同于傳統就是它既可以獨立建設也可以和傳統網管合作集成。對于轉發層和控制層，轉發層就是SDN的轉發設備，其中也可能有些傳統的轉發設備，總之傳統的是不可能被完全頂替掉的。編排層就是編排器對多個SDN的控制協同，目的是實現云服務中網絡資源部署的自動化。

（二）SDN的網絡功能

SDN數據中心的網絡功能主要分為四個部分，分別是服務的自動化、組網的可擴展、資源的可調度和運維的自動化。服務的自動化就是指通過云平臺的對接，這種基于SDN的數據中心應該具備一定的智能化能力，比如感知網絡資源的需求，自動設置最優的處理方案并部署實施，最終進行結果的交付。如果其中的需求有變更，SDN網絡也能感知到，然后根據需求的變更動態調整當前的狀態，設計最新的方案解決問題，真正的做到云計算的“按需服務”。如果業務中止，SDN網絡可以在最短的時間內回收網絡資源，并且將這些狀態反饋給云平臺，整個過程都是計算機網絡智能化應該具備的最基本的能力。組網的可擴展性可以從四大方面考慮。第一，從用戶角度，用戶的數量和規模一定是持續增長的，SDN數據中心網絡就應該支持增長。第二，從設備本身的角度考慮，設備從最初的制造上就應該具備高擴展性，可以支持不同的廠商，就像編程技術中的跨平臺性能，越高越好。第三，從系統的建設角度考慮，就是邏輯層面的可擴展性，其中，控制平面的高擴展性是必須的。第四，網絡規劃角度層面，SDN數據中心網絡能夠實現各種數據的互聯，提高數據的關聯性。對于資源的可調度，基于SDN的數據中心網絡，可以實現底層數據的調度，應對靈活多變的需求。它可以實時維護全局的資源視圖，根據實地鏈路條款，對設備的轉發邏輯進行調整。它還可以根據控制平面策略，對數據資源調整，可以支持定制化服務鏈來引導業務流量。最后是運維的自動化，良好的自動化運維能力是基礎，這樣能夠大幅度減少網絡配置人員的工作量，提高控制和修復網絡的能力。

三、SDN部署方案

（一）總體技術概括

SDN技術的發展讓它更加復雜，它不是簡單意義上的替換，而是把傳統的網絡架構作為基礎，讓它進化、演進的結果。新建立的網絡可以建立在SND上，傳統的網絡可以使用它對網絡更加智能的控制。現在很多地方都部署了大型數據中心來為以后大數據和人工智能的發展打下基礎。總之，SDN數據中心網絡的部署方案大致分為五個部分，分別為搭建架構、單DC構建機架資源整合共享能力、構建安全與增值業務資源池、跨DC構建機房資源整合共享能力和DCI廣域流量調優。

（二）部署詳細介紹

首先，我們需要搭建網絡的整體架構，這相當于一個草圖。根據數據中心的規模然后選出大致的設備，配置合適的路由，然后滿足多個機房資源的共享就可以完成初步的搭建工作。其次，我們要部署SDN的控制器、網關、支持網關的接入交換機，讓它成為網關的邊緣設備，然后再基于網關和SDN來創建域以及部署需要的管理軟件。然后我們需要構建安全池和增值業務資源池，構建資源池的核心就是通過SDN控制器業務鏈來解決方案，進行更加集中的控制管理，讓資源實現“按需使用”，同時實現價值增值系統VAS的資源共享，提升業務的創新能力。對于跨DC構建機房資源整合共享能力，最開始需要做的就是升級軟件，把機房部署在市級地區，然后布置網關、交換機、基于網關和SDN的域，在市之間配置VXLAN網關的大二層隧道來實現資源的遠程遷移和共享，之后構建集群化的云平臺，實現存儲管理、網絡拉通管理功能。總結已經構建的物理和邏輯功能，即為用戶搭建的云網絡可以提高虛擬交換的組網能力，并且能夠提供擴展空間，增加業務。資源的配置更加合理，可以根據用戶的需求達到“按需分配”的目的，提高資源的利用率，降低整個項目的開發成本。這樣開發的好處還有促進商業模式的轉型，增強安全業務等等。其次是DCI的廣域流量調優設置，一般都是通過流量的分析通過SDN數據中心網絡技術對流量實現智能的調度，包括出口路由器和主干上的流量控制，能夠優化流量調度，提升寬帶的利用率，不僅能夠節省流量還能節省用戶的開銷。之后需要優化用戶的體驗，主要是帶寬和業務邏輯的調整，并且調整模式也要轉變，有手動調控編程自動化智能調控，最終提升效率。

（三）技術難點分析

雖然SDN發展迅速，但是，它的框架是可擴展的，需要不斷創新，完全掌握是不可能的，可能的方法是新技術的不斷捕獲。雖然SDN可以很大程度提高經濟收益，但是還有些因素限制它的發展，比如傳統網絡的體系已經建成了大概，如何在傳統的網絡基礎上鋪設SDN是非常困難的，如何實現新的業務，開發新的網絡構架，如何跨平臺集約化運營，實現“網絡即服務”的概念也是非常難的。在此過程中的人力物力因素也是很高的，需要很大的資本才能運營起來，一些看似很小的技術點可能需要很費勁的方法才能解決。但是，只要發展，困難絕對可以解決。

四、結語

科學在進步，時代在發展，智能化和自動化已經成為現代信息技術進步的標志。SDN技術是一種靈活的、可持續演進的網絡新架構，它可以重構網絡架構，讓網絡更加靈活和智能。隨著這種技術的應用和提高，網絡新架構和新模式的開發環境會變得越來越好，實現網絡的集約化運行更加便捷，網絡會更加智能化和自動化。應該不斷創新此技術，開發新技術，讓網絡向著更高方向發展，為人類社會做更大的貢獻。

作者單位：中國聯通山東省分公司