SDN在通信網絡中的應用研究

◆張斌益

SDN在通信網絡中的應用研究

◆張斌益

（中國電信福建公司 福建 350001）

通信網絡技術的發展，為人們的生活提供了便利，SDN框架的應用，可以對傳統的通信網絡進行變革，提高網絡性能和通信質量。本文首先介紹了SDN框架及其特點，然后指出SDN框架的實行依據，最后闡述了SDN在通信網絡中的具體應用，以供參考。

通信網絡；SDN框架及特點；實行依據；具體應用

SDN指的是軟件定義網絡，是一種新型的網絡架構，能夠實現網絡虛擬化。SDN的核心理念，是網絡設備的控制與轉發平面分離和網絡資源池化，以此來實現業務的集中控制和大規模彈性自動部署，提高網絡管道的智能化程度[1]。新時代背景下，傳統靜態的通信網絡不再適用，以下結合實踐，探討了SDN在通信網絡中的應用情況。

1 SDN框架及其特點

在通信網絡中，SDN框架是一種集中控制網絡，具有多種表現形式。其中，兩種常見的框架如下：一是SDN架構，是SDN技術和其他科學技術的結合，架構分為三個層面，分別是控制層、應用層、基礎設備層。二是NFV架構，利用虛擬化技術，將網絡硬件設備集成到通用服務器或其他硬件平臺上，對通信網絡進行虛擬化處理，提高運用和控制效果；同時進一步細分控制層，可提高管理效率。

SDN框架的應用，對人們的生產生活具有重要作用，表現為：（1）集中控制，控制權完全開放，用戶可自定義網絡路由和傳輸規則策略，因此更加靈活和智能。（2）開放接口，網絡中的設備是自動化連通的，只要定義簡單的網絡規則即可；如果不喜歡內置的協議，可進行編程修改，提高數據交換性能。（3）網絡虛擬，可對流量進行規整，促使流媒體的管道臨時性增粗，甚至關閉FTP、SIP管道，從而增大帶寬。

2 SDN框架的實行依據

SDN框架的應用，核心是對控制層、數據層分離開來，使其位于兩個不同的層面[2]。要想進行統一管理，應采用集中操控模式，實行依據分為三種：

2.1 以專用接口為準

在硬件設備、操作方式不變的前提下，可對操作系統進行升級改造，使用專用的網絡接口，在網絡設備上運行。利用專用接口的優點，是網絡開發利用過程中，可對網絡設備進行編程，突出人性化特征。

2.2 以疊加網絡為準

傳統的通信網絡中，網絡設備的控制采用管理邏輯網絡，方便設備轉發信息。利用疊加網絡，一方面可以解決差異性問題，提高管理控制的統一性；另一方面可對虛擬化網絡進行共享，方便用戶操作。

2.3 以開放協議為準

相比于傳統的網絡協議，開放式的網絡協議，和通信網底層網絡設備的兼容性更好。利用開放協議構建控制器，可對網絡拓撲進行統一管理，有利于處理虛擬問題、多用戶問題。

3 SDN在通信網絡中的具體應用

3.1 骨干網絡

在通信網絡中，骨干網絡是基礎，分為兩種：一種和每個區域相連接，另一種和每個數據中心相連接。兩種網絡的差異，體現在數據傳輸、功能、承載能力、流量大小等方面。第一，每個區域相連接的骨干網絡，能承載海量用戶流量，結合網絡需求，對交換機的轉發、緩存要求高[3]。對此，制定了轉發策略、緩存策略。而且，大范圍網絡的節點多，應采用集群結構對設備進行控制和處理。第二，和每個數據中心相連接的骨干網絡，常用在分布式數據中心上，有利于數據高效率交換，提高網絡信息的安全性。相比之下，和每個數據中心相連接的骨干網絡，信息傳播能力更強，有利于構建平衡的通信網絡體系。以Google公司為例，利用SDN框架搭建骨干網絡，并定制交換機，能對整個網絡資源進行管控。

3.2 城域網邊緣

引用骨干網絡時，必須有相應的入口，而城域網邊緣就是一個重要的入口。分析可知，城域網邊緣是骨干網絡控制信息的起點，也是商業網絡體系的組成部分。只有處理好用戶的業務需求，商業服務點才能接受工作，業務需求處理時，會經過大量網絡節點，也就是業務鏈。在城域網邊緣和業務鏈之間，業務路由器可用來處理用戶信息，前提是有好的功能點。因此，要想保證網絡設備可靠運行，提高配置信息的安全性，可以在城域網邊緣使用SDN框架，對多個網絡設備進行虛擬，經SDN控制器統一配置，即可整合為一個集群繼而統一控制。舉例來說，隨著通信網絡的業務量增多，節點和路徑的選擇更重要，在城域網邊緣設備上安裝防火墻，并利用路由器對SDN框架的功能進行轉化，可實現控制過渡目標。

3.3 接入網

接入網是一種常見的網絡形式，也是業務控制層的組成部分，特點是路徑長度短、網絡結構節點多[4]。在業務來源上，網絡節點是首層設備，利用SDN框架具有以下功能：其一，可將大量節點整合為一體化的虛擬設備，進行統一管理。其二，可合理配置用戶的業務信息，經控制層接口連接有效信息。相比于傳統的通信網絡，信息配置不滿足相互關聯的要求，接入網可以解決這個問題。利用接入網，可接受用戶的業務需求，實現接口特性、業務要求的一致性。當出現新的業務請求，此時業務特性相應改變，應該升級優化接口，避免對業務鏈帶來不利影響。

3.4 無線網

隨著人們的生活水平提高，移動設備的使用數量增多，無線網的應用更加普遍，基站規模明顯擴大。以IP無線接入網為例，基于IP技術下，不僅擴大了網絡規模，還具有較高的靈活性，能保證無線網絡安全可靠運行。將SDN框架應用在無線網中，是在中心設備設置SDN控制器，通過中心設備管理其他設備、遠端設備。此外，在企業內部網絡中，由于復雜性高，為了提高應用價值，可引用SDN框架，對企業網絡進行統一管理，降低運營商的管理成本[5]。

4 工程實例分析

4.1 工程概況

以我國某城市為例，于2010年組建寬帶IP城域網，組網功能結構分為三層，分別是核心層、匯聚層、接入層。目前，核心層的主要設備是華為路由器，通過交叉雙上行，和省骨干網絡連接；匯聚層的主要設備有BAS設備、MSE設備，通過多條鏈路雙上行，和核心層連接；接入層的主要設備有二層交換機、WLAN設備、OLT設備等，通過多條鏈路上行，和匯聚層連接。用戶上網時，可專線接入，也可撥號接入。該寬帶IP城域網發展期間，利用SDN框架，改變了資源協調方式、信息交換服務模式。

4.2 功能價值

第一，智能提速。以實際工作需求為依據，對接入寬帶的服務進行動態調節，例如網絡開放能力、策略控制功能等。應用SDN技術時，通過層次化操作，可對不同設備商的邊緣設備服務資源進行分配管理。面向應用者，系統接口不會改變；面向設備，系統接口則要添加Open Flow協議，對全網設備智能提速，從而提高服務質量。

第二，流量優化。了解網絡運行狀態，掌握應用者信息，對網絡資源進行統一管理，制定流量調度策略，例如調節鏈路資源、本地智能緩存等。應用SDN技術，網絡設備只要傳遞數據即可，SDN控制器負責流量調度。實施過程中，SDN控制器不僅能提高網絡資源的利用率，還能降低網絡設備的負載，保證網絡的靈活性。

第三，虛擬服務。和多個寬帶增值服務連接后，結合不同的功能，對流量進行處理。在虛擬服務中，利用SDN控制器，可對業務路徑進行靈活處理，有序進入到不同的虛擬功能服務中，例如Saevice Chain服務。結合網絡的實際使用情況，分析應用者的需求，來解決存在的問題，擴展寬帶增值服務的內容。

5 結語

綜上所述，SDN是一種新型的網絡架構，具有集中控制、開放接口、網絡虛擬的特點。SDN框架的實行，有專用接口、疊加網絡、開放協議三種途徑。文中以骨干網絡、城域網邊緣、接入網、無線網為例，詳細介紹了SDN在通信網絡中的應用，并結合實際案例進行分析。希望為運營商的管理工作提供經驗借鑒，推動我國通信網絡工程快速發展。

[1]李水宏，洪江.軟件定義網絡（SDN）技術在現有通信網管中的應用與挑戰[J].通訊世界，2019，26（7）：168-169.

[2]劉威，黃萍，羅偉峰.SDN電力網絡通信技術的改造研究[J].現代科學儀器，2018（6）：129-132.

[3]陳建華.基于SDN的5G移動通信網絡架構研究[J].中國新通信，2019，21（3）：21.

[4]郭息釁.SDN在通信網絡中的應用方案探析[J].電子世界，2019（12）：93-94.

[5]趙曉東.SDN框架通信網絡的應用與相關技術研究[J].電腦迷，2019（2）：243.