軟件定義網絡在民航通信網中的應用前景分析

周烈瑜

摘 ? 要：軟件定義網絡作為一種新型的網絡設計理念，越來越受到運營商和服務商的青睞。在互聯網時代，民航系統的快速發展離不開通信網絡的高效支持。文章簡單介紹了軟件定義網絡技術和現有民航通信網絡，并嘗試探討民航通信網引入軟件定義網絡技術的應用前景。

關鍵詞：軟件定義網絡;民航通信網;段路由;網絡架構

隨著近幾年信息技術的飛速發展，5G、云計算、物聯網和邊緣計算等技術的成熟，服務模式和商業模式的升級，為企業和用戶創造更大價值的同時，也給網絡傳輸帶來新的挑戰。簡化運維、挖掘潛能、快速靈活是新一代網絡發展的必然趨勢，軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）應運而生。自2006年斯坦福大學CLean State課題研究組提出以來，SDN不僅在Facebook，Google，Microsoft、華為等互聯網企業中先行，而且在傳統的金融、廣電、基建等行業開始逐步投入使用。民航系統現有光傳送網（Optical Transport Network，OTN）的固有缺陷無法適應新技術的發展，而愈發成熟的SDN網絡是當下熱點，也為現有網絡向未來網絡的演進提供了發展思路。

1 ? ?SDN的概念分析

SDN是一種新型的網絡設計理念，其控制層和轉發層完全分離，軟硬件相互分離，控制層轉移到其他設備而不位于網絡設備中，提供統一管理和開放接口。放網絡基金會（Open Networking Foundation，ONF）定義的SDN結構包括3個層面，即轉發層、控制層和業務層[1]。

控制層基于軟件實現，集中網絡智能邏輯，負責網絡的內部交換路徑和邊界業務路由的生成，并負責處理網絡狀態變化事件;轉發層由網絡設備組成，負責執行用戶數據的轉發，過程中所需表項是由控制層生成的，不具備自主性;業務層則由網絡應用服務組成，開發應用，并根據需求修改網絡轉發行為。層間連接通過開放接口實現資源分配和網絡服務的功能。

2 ? ?SDN的特點優勢

傳統網絡的控制平面和數據平面是分布在各個設備上的，為了有效管理各個節點的設備，提高運維效率，通常需要部署網管系統作為管理平面。此外，流量控制、路徑規劃、策略調整都需要通過網元配置實現。在大型網絡系統中，這些配置維護措施既繁瑣又容易出錯，對于維護人員的技能要求較高，如果各節點、各層級的網絡設備生產廠家規范不同、操作界面差異較大、設備操作指令繁瑣，運維要求將進一步提升[2]。

傳統網絡的設備控制平面是封閉式的，不同廠家的實現機制不同，造成新功能的部署周期長，且固件更新、軟件升級需要逐臺操作，工作效率較低。一旦需求變動，路由器、交換機、防火墻和接入設備都需要修改。隨著硬件技術愈發成熟，在瞬息萬變的新時代網絡環境中，靈活性、擴展性、可維護性和高穩定、高性能一樣重要。

SDN通過將控制、轉發分離，集中控制器管理，擺脫底層網絡設備的依賴，屏蔽底層設備差異。這種控制權是開放的，策略和規則是自定義的，更加靈活和智能。在SDN環境中，網絡節點設備是自動化連通的，無需反復進行配置，只需定義簡單的網絡規則即可，亦或是通過編譯方式進行修改，以獲得更優的數據交換能力。一旦用戶需求改變或者設備升級，只需要遵循協議，在控制平面進行簡單修改即可實現數據交換連通，無需逐臺修改設備配置參數。

在流量控制方面，SDN更是具有明顯優勢。網絡中有多種類型的數據業務而總帶寬一定，當某一特定節點或時刻需要更多流量和帶寬，連傳統網絡中往往不好處理。在SDN網絡環境中，SDN允許規整流量，臨時放寬某些業務的帶寬，待需求減少時再恢復[3]。

3 ? ?民航通信網

3.1 ?民航通信網簡介

民航行業目前正處于高速發展時期，2018年全國235個機場全年旅客吞吐量為12.64億人次，較2017年增長10.2%。“十二五”期間機場旅客吞吐量年均增長13.6%，貨郵吞吐量年均增長10.7%。為適應民航行業的發展速度，民航系統內的互聯網業務發展突飛猛進，包括安全保障、運行生產、航班信息、旅客服務、辦公自動化（Office Automation，OA）、電子政務、監督管理等，覆蓋全民航企事業單位和管理機構。這對傳輸網絡的大帶寬、低時延、高冗余及擴展性提出了新的需求。

2018年起，全國新一代民航通信網正式開始建設，這新一代的全國系統網絡由傳輸網、IP承載網和時分復用（Time-Division Multiplexing，TDM）承載網3部分組成，覆蓋全國49個管理局，212個地方機場，31個航空公司，67個空管分局站和403個空管臺站。其中，傳輸網是民底層物理傳輸網，租用運營商裸光纖和多業務傳送平臺（Multi-Service Transfer Platform，MSTP）專線構建密集型光波復用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）和MSTP傳輸網中，提供傳輸通道，實現中繼資源的調度及業務的綜合傳送;業務承載網構建在傳輸網，實現接入業務的有效承載。IP承載網承載航空安全保障之外的其他類民航通信業務，TDM承載網承載航空安全保障業務。

3.2 ?民航通信網特征

民航通信網絡建設不能落后于民航行業的發展，必須與時俱進，包括以下幾個特征：（1）強安全性，安全是民航行業的底線，任何人和事物不能越過這條底線，網絡亦是如此，只有安全的網絡環境、安全的業務隔離、安全的設備支持才能保障飛行的安全。（2）高可靠性，穩定可靠不僅是運維人員的追求，也是行業平穩運行的基礎。（3）高冗余度，任何網絡都不能保障自身擁有100%的正常率，而網絡自愈能力和設備冗余能力則可以將風險降低。（4）經濟高效，民航通信網絡需要通過信息化實現高效管理，提高設備利用率，促進行業發展。（5）兼容接入，隨著技術發展，接入設備將會越來越多，類型和需求也會更加復雜，需要有較好的擴展性，確保新設備可靠接入，經濟便捷。

4 ? ?民航通信網SDN應用

引入先進技術，提升現有民航通信網性能，是必然趨勢。SDN作為新興技術，具有一定的特點與優勢，與現有民航通信網結合，可以提高網絡性能，更好滿足各類需求，SDN的引入具有如下優勢。

4.1 ?可靠的保障

由于采用了統一的控制平面管理網絡資源，當網絡節點或者鏈路故障時，SDN能夠快速修復，并重新分配資源，具有自愈能力。

4.2 ?靈活的使用

SDN提供開放接口，允許動態編程。工程師可以根據需要在底層物理網絡上編程，分別為每個子網實現服務質量（Quality of Service，QoS），充分利用網絡資源，并靈活地提供上層服務。

4.3 ?虛擬網絡資源

建立網絡資源（帶寬、存儲、處理）池，物理拓撲抽象化，并形成抽象的邏輯網絡，根據需求建立動態虛擬網絡，滿足各類應用的需求。動態規劃資源，根據需求調整設備狀態，提高資源利用率，使其高效運行。

4.4 ?兼容及擴展能力

SDN屏蔽底層設備差異，軟件化的業務定制利于新業務的快速部署和調試;控制與轉發分離，利于硬件標準化，使得不同硬件支持相同軟件，新接設備更便捷，擴展性也更好。

4.5 ?關鍵技術SR的引入

段路由（Segment Routing，SR）是基于源路由理念而設計的在網絡上轉發數據包的一種方法。SR將網絡路徑分成一個個段，并且為這些段和網絡中的轉發節點分配段標識ID。通過對段和網絡節點進行有序排列，就可以得到一條轉發路徑。

傳統的IP數據包轉發技術依賴于能以最短路徑到達目的地的IP地址。為了滿足業務的低時延要求，出現快速重路由（Fast Reroute，FRR）技術，為了滿足專線業務的大帶寬需求，出現TE技術，這些都是網絡適配業務發展的表現。但是業務種類越來越多，不同類型業務對網絡的要求不盡相同。如果仍舊按照網絡適配業務的思路，不僅無法滿足業務的快速發展，而且會使網絡部署越來越復雜，難以維護，解決思路就是SDN。SR正是在此背景下產生的，通過SR可以簡易定義一條顯式路徑，網絡中的節點只需要維護SR信息，即可應對業務的實時、快速發展要求。SR通過對現有協議進行擴展，能使現有網絡更好地平滑演進;提供集中控制和分布式之間的平衡;采用源路由技術，提供網絡和上層應用快速交互的能力;簡化多協議標簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）控制協議，提供高保護率的FRR保護能力，具有容量擴展能力以及更好地實現SDN。

5 ? ?SDN應用前景

SDN具有的優勢和特點能夠提升現有民航通信網的性能，為其提供有效的支撐，使得民航通信網絡更好地促進民航系統的安全、穩定、高效運行。

SDN通過控制和轉發分離的機制，統一管理協議和邏輯，對網絡底層設備差異性進行屏蔽，使民航通信網更加簡單、高效，并對網絡資源進行有效管理。一旦發生故障，便能快速、精準定位，并從邏輯層面對故障節點、鏈路、設備進行隔離，保障全網穩定運行、不受影響。

SDN使民航通信網能夠支持控制中心按需分配資源、動態規劃流量，提高設備利用率、延長設備使用年限、提高網絡可靠性。由于底層設備差異化屏蔽，當新設備接入時，能夠直接將其加入當前的統一管理中，使新設備快速融入并發揮性能。

從民航通信網絡的發展歷程來看，民航通信以安全為第一目標，并不會直接使用較新的技術，然而網絡技術的更新換代勢在必行，將SDN引入到目前的網絡框架，應該是一個逐步改進的過程，而不是快速革新和顛覆。

[參考文獻]

[1]張宇，胡紫，盧利鋒，等.SDN技術在智能電網中的應用[J].智能電網，2016（12）：1229-1235.

[2]董艷.淺談我國民航通信網絡發展[J].通信設計與應用，2017（9）：81.

[3]王茜，趙慧玲，解云鵬，等.SDN在通信網絡中的應用方案探討[J].電信網技術，2013（3）：23-28.