SDN技術在運營商IP承載網中的應用實踐

高樂文，高麗華，任新宇

（中國移動通信集團設計院有限公司黑龍江分公司，黑龍江 哈爾濱 150080）

1 SDN技術的概念

SDN技術是一種新穎的網絡結構，包括基礎設施、控制以及應用3個層次。這一概念最初是由斯坦福大學項目研究小組提出的，主要通過Openflow基本技術分離網絡設備的數據平臺和設備控制，通過將數據層與控制層分開開放編程接口，從而有效控制和透明管理上部網絡設備的操作結構，最終實現網絡流量的靈活控制，使該平臺形成一個完整的網絡服務模型。

隨著社會經濟的不斷發展，LTE和5G業務得到了較好發展，因此各項業務接口對IP承載網絡的質量及其靈活性提出了更高要求。實際運營過程中，運營商進行了相關測試和場景模擬，希望能夠促進SND技術、主流運輸技術和現今網絡之間的結合，并以此為基礎，研究更多SDN衍生技術，以便從多個角度對SDN技術的相關特征進行有效驗證。運營商IP承載網絡由3個方面組成，在進行實際測試工作的過程中需要認真挑選設備型號，確保其匹配性，并通過多次模擬試驗及時發現使用過程中出現的問題進行優化。利用SDN技術優化IP承載網絡，能夠提高運行的高效性，從而提升其經濟效益。

現階段，IP承載網絡用戶數量逐漸增加，各大網絡運營商越來越關注IP網絡基礎建設工作。例如，谷歌率先在跨數據中心融入SDN技術，有效促進了SDN技術在IP網絡中的運用。通過優化SDN技術，有效提升了谷歌平臺數據中心的利用效果和網絡穩定性，降低了運營成本[1]。

2 SDN技術發展對運營商IP承載網的影響

目前，通過分布式路由計算，根據傳統TCP/IP協議如BGP和MPLS，執行從運營商IP承載網絡中流量的切換。網絡協議的部署需要人工干預及嚴格和高度規劃的執行，是一個預先規劃的靜態網絡。為了應對網絡流量的實時和動態變化，在規劃階段需要整合網絡結構和設備能力，以便在服務期內滿足最大的流量需要，這意味著網絡在非占用時間的使用率很低。PTN網絡代表運營商使用的傳統IP承載網絡，在過去四五年間迅速發展，并為許多基站和收藏服務提供了空間。它的網絡特點是統計多路復用、中央質量控制系統和提供電信操作保障的中央網絡。而SDN的發展是以智能控制、中央控制以及平臺開放為特征，旨在改善互聯網客戶的體驗。目前，SDN技術已經成為大多數IP承載網絡應用運營商的一個共同選擇，目的是通過更精確和區別化的運輸能力來提高傳統的PTN網絡的成本效益。下面將具體分析SDN技術對IP承載網的影響。

2.1 簡潔有效的網絡維護管理

SDN架構中的IP承載網絡能夠通過控制級別積極獲取網絡設備的狀態信息，并自動調整轉發級別的轉發行為，有利于減少對手動干預的需求，使網絡維護的管理更加簡單和有效，并減少網絡維護的管理費用。

2.2 提高鏈路實用率，降低網絡建設成本

通過SDN技術，IP媒體網絡可以有效使用鏈路調整轉發速率，提高鏈路使用率，使得網絡建設投入更具前瞻性和可預測性，并減少建設資金的投入。

3 SDN技術在運營商IP承載網絡中的實踐意義

3.1 提高網絡的使用率

運營商主要利用通信終端和用戶終端的峰值預測IP承載網絡的帶寬和路徑。開關和路由器之間的容量相對固定，因此只能根據所述路由器在上行鏈路和下行鏈路上的實際故障來重建路徑。在操作期間，路徑選擇競爭和終端之間的資源競爭普遍存在，加大了網絡故障的自我修理難度，從而導致執行操作出現故障。這種情況下的網絡利用率通常在30%以下。當在IP承載網絡中運用SDN技術時，SDN控制器作為網絡控制的大腦，對網絡有更清晰的結構視圖和組織圖，可以通過路由器選擇、計算操作、降低保護帶寬度參數以及進一步澄清網絡等行為，保障在發生故障時允許預先計算的備份網絡信道中的切換不中斷，從而實現以最少的資源達到最佳的網絡使用效果。這有利于網絡的改善，使網絡利用率超過了99.9%。

3.2 提升服務質量

目前，我國運營商IP承載網絡中的數據內容、應用以及服務層之間的連接是耦合狀態，特征在于固定寬帶互聯網、云端以及移動通信連接級別都是不同的耦合狀態，資源的使用效率低下。SDN技術可以對全局網絡組織產生更直觀的效應，允許應用層接收反饋的信息，并允許用戶從IDC與用戶端之間的最佳連接中選擇IDE服務器，不僅減少了資源投資，還提高了服務質量。因此，網絡多樣化是大幅提高網絡服務效率的一個重要因素。

服務器感知平衡負荷下的實用場景如下。在運營商IP承載網絡中，系統服務器通常能夠根據服務器的實際可用性和資源利用情況自行選擇服務器，并在服務器下方合理分配負載。但是，這一過程容易忽略網絡環境，導致服務器空閑，給某些路線造成擁塞問題，嚴重影響信息的傳輸?；赟DN技術的承載網絡不僅能夠在選擇服務器時獨立選擇目標，而且能夠科學使用非活動服務器，實時檢測控制器的操作條件，在傳輸信息的路徑中選擇高容量路徑，并在端部之間平衡數據負載。

3.3 促進網絡產品化發展

目前，IP承載網絡的數據更新和設置方面發展速度較慢，增加了后期運營工作的資金投入。另外，產品和OSS/BSS等系統之間聯系較多。因此，我國的網絡產品在不同程度上影響了服務定價，很難滿足網絡用戶的實際需求。

在SDN技術中，控制層和應用層能夠促進API之間的自行操作，擴大網絡服務的范圍。此外，服務領域的創新提高了網絡效率，特別是在裝載和集中方面，提供了有效的全網絡審計服務，滿足了各種用戶的需要。基于全局應用需求的視覺影響圖像，可以為網絡資源和網絡服務提供更有利的價格，提高操作者的經濟利潤。實踐中，SDN技術的集成提高了運營商的利用率和資金流動性，有效降低了運營的資金投入，為企業創造了一個全新的生態系統，可使網絡服務更好地滿足用戶的需要。在此期間，用戶可以根據價格優化原則選擇運營商的帶寬。運營商能夠充分利用SDN技術自動創建用戶資源視圖，再利用大數據技術加密服務將定價發送到帶寬交換點。消費者和云服務公司也可以根據優化價格原則，自由選擇云服務運營商[2]。

4 SDN技術在運營商IP承載網中的應用實踐

除了Google平臺倡議將SDN技術納入數據中心網絡之外，中國聯通公司于2015年推出了一套基于SDN和NFV技術的立方Net2.0網絡結構。這些結構已逐漸成為網絡改組的先進結構，使得我國的技術更具現代化。中國聯通公司高度重視創新和轉型CUBE-NET2.0業務，2018年3月為OTT客戶和企業出版了新的協同CloudNetwork產品，標志著聯通企業網絡創新的開始，也是我國運營商向用戶提供綜合服務的第一步。目前，全球多個機構已經成功完成了SDN網絡的部署。例如：美國GEN和Internet2、歐盟的FIRE以及日本的JGN2plus等科研機構，完成了基于OpenFlow的網絡部署；Google和Facebook等全球互聯網公司部署了自己的SDN內部網絡，其中Google更是將OpenFlow技術大規模運用在自己的全球數據中心骨干網中。此外，全球各大運營商也在積極嘗試將SDN部署在數據中心，如德國電信和日本NTT等運營商。數據中心網絡應用SDN技術主要圍繞數據中心互聯和數據中心內部兩種部署場景。例如：在數據中心之間部署基于SDN控制的流量工程；在數據中心內部署SDN技術，實現虛擬機的動態遷移，同時實現網絡策略的同步遷移和多租戶隔離等。

5 SDN技術在運營商IP承載網應用中的注意事項

將SDN技術應用于運營商的IP承載網絡，需要優化和改進相關的技術標準，加大對網絡結構演變的重視。由于承載網絡相對活躍，應考慮網絡結構的可靠性和安全性等因素，并在此基礎上分階段發展。首先，利用現有技術手段優化和改進SDN技術，科學部署中央和骨干層，以優化網絡設備和BGP路由編程程序，實現連接業務實時和靈活的動態導向。其次，在逐漸確立SDN技術優勢后，完成IP協議和SDN技術的共存，將TCP/IP協議的傳統技術如BGP和MPLS等納入IP承載網絡，同時保留傳統的路由計算方法，整體改善路由性能。最后，建立一個簡單的SDN結構，在TCP/IP協議的框架內提取傳統的BGP和MPLS技術，有利于根據技術的可靠性和安全性等要素提供簡單的SDN結構。

6 結 論

目前，隨著我國信息技術的迅速發展，SDN技術能夠使運營商IP承載網絡建立的系統更加有效、靈活以及開放，從而實現了網絡服務系統化，提高了網絡運營服務的整體效率和質量，促進了我國網絡產品開發的發展和進步，為使用者提供了豐富、實用以及便捷的網絡產品，有效滿足了使用者的個性化網絡服務需求。