CMNet省網網絡建設思路及SDN應用方案

趙勇波，智海峰

（廣州杰賽通信規劃設計院有限公司，廣東 廣州 510310）

1 CMNet省網概述

1.1 網絡現狀

中國移動互聯網（China Mobile Network，CMNet）分為骨干網、省網及城域網。CMNet省網界于CMNet骨干網與CMNet城域網之間，用于提供城域網的出口及省網業務平臺的接入；CMNet城域網是CMNet省網在城域內的延伸，提供多種業務在城域內的互聯及CMNet省網的接入，并且保證各種業務的安全性和服務質量。2016—2018年，某省省內互聯網出口流量年增長率平均為30%左右，如圖1所示。截至2018年年底，我國家庭有線寬帶用戶數達到54萬戶，4G用戶突破534萬戶；出省流量達到1000 Gb/s，其中家庭有線寬帶流量790 Gb/s、省內互聯網電視流量290 Gb/s。

1.2 存在的問題

CMNet骨干網八期工程和IP城域網五期工程完成后，某省移動CMNet網絡在網絡架構、網絡容量和網絡質量上得到了長足發展，基本上可以滿足省內用戶對寬帶速率和質量的要求，但是相對國內先進城市運營商網絡及未來網絡發展還存在一定的差距，具體體現如下。

圖1 某省移動CMNet流量發展情況

1.2.1 網絡非扁平化，運營成本偏高

隨著電信技術的發展，現在的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設備承載能力持續增強，原有的大二層匯聚交換機只負責流量的匯聚及透傳，增加了網絡故障點，易造成網絡瓶頸，繼續存在的意義已經不大。故隨著技術的演進及網絡扁平化的發展，需要視傳輸資源情況，逐步將現網的大二層匯聚交換機進行退網割接，OLT直聯寬帶遠程接入服務器（Broadband Remote Access Server，BRAS）/全業務路由器（Service Router，SR）。

1.2.2 網絡架構不合理，流量負載不均

受業務接入不均及流量波動影響，現網流量流向不均衡，原有網絡架構、網絡運營機制較難適應未來網絡流量的高速增長趨勢。對此，要求引入新技術，改進網絡架構，促進低成本、集約化運營，提供更加智能、簡捷的功能和流量優化技術。

1.2.3 網絡升級換代復雜，軟硬件未解耦

多數設備廠商為移動公司提供基礎網絡設備，傳統網絡設備多采用軟硬件綁定方式，設備的功能升級與改造受限于硬件平臺能力，在網絡進行重大功能引入時，設備時常需要整體升級或替換，網絡部署周期較長，運營效率低。對此，需實現平臺共享，軟硬件解耦的部署機制，提高運營效率。

1.3 網絡建設思路

某省作為全面實施“寬帶中國”戰略的省份，大力推進“光網智能島”建設。同時，隨著新媒體和4K視頻業務的發展，使得網絡流量激增，給CMNet網絡帶來更大的流量轉發壓力和更高的低時延要求。CMNet網絡需要持續優化，向高帶寬、低時延、智能化方向演進。

1.3.1 適度超前建設網絡

業務預測和制定網絡方案時，應適度超前，充分考慮新業務的流量需求。

1.3.2 流量疏導扁平化

CMNet省網與骨干網口字型互聯調整為全連接，推進網絡扁平化、弱化省網疏導功能，部署多口家庭網關、視頻專用虛擬局域網（Virtual Local Area Network，VLAN）、實現內容分發網絡（Content Delivery Network，CDN）分級并下沉，靠近用戶，實現流量疏導扁平化。

1.3.3 優化IDC出口

優化互聯網數據中心（Internet Data Center，IDC）出口，探討統一出口模式，實現跨IDC資源共享和出口流量調度。

1.3.4 IPv4/IPv6雙棧改造

根據國家、某省和中國移動集團等對IPv6部署的要求和目標啟動IPv6改造工作，遵循典型應用先行、移網固網并舉、以增量帶動存量的發展路徑，以實施5G網絡和銅退光進為契機，加快推進IPv6在某省移動網絡的規模部署。

1.3.5 SDN等新技術應用

根據集團試點情況，綜合考慮產品成熟度采取穩健策略，建議2019年開始vBRAS試點、2020年開始商用；在CMNet省網引入SDN技術，實現流量智能調度[1]。

2 CMNet省網中SDN應用方案

隨著互聯網的快速發展，傳統CMNet省網網絡設備升級換代頻繁，改造困難，已無法滿足超大流量和新型業務的發展需求，軟件定義網絡SDN在此背景下應運而生。SDN控制器去除了網絡硬件的控制平面，網絡設備軟硬件一體化的架構將被打破，從而為網絡設備卸下了重擔，軟硬件實現解耦。統一化、通用化、經濟化的網絡設備只負責網絡流量的快速轉發，SDN控制器軟件負責網絡流量的智能控制[2]。SDN控制器架構圖如圖2所示。

2.1 SDN引入場景

（1）SDN WAN：實時感知全網網絡流量，全局集中調度流量，提升IP網絡帶寬利用率，保障關鍵業務質量。

（2）SDN DCI：數據中心之間互聯網絡自助開通、修改和刪除，面向數據中心互聯用戶差異化服務，提升管道價值。

（3）SDN 省網：智能選路，流量均衡。

2.2 SDN應用方案

某省移動CMNet省網為傳統網絡設備組網，網絡臃腫服務能力差。建議引入SDN技術，分離網絡設備的控制平面與轉發平面，控制平面集中到SDN控制器上，并向上提供靈活的可編程能力，大大提高網絡的靈活性和可擴展性[3]。SDN控制器采用開源、標準化的南向和北向接口。

2.2.1 北向接口

北向接口是SDN應用平面與控制平面之間的接口，負責與上層應用通信、調度。其中，REST API是主流的北向接口，可實現與云平臺、網管、用戶自身開發的第三方系統集成；采用Java API支持第三方SDN APP。

2.2.2 南向接口

網絡配置協議（Network Configuration Protocol，NETCONF）是一個基于可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）的交換機配置接口，用于替代命令行界面（Command-lineinterface，CLI）、簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol，SNMP）等配置交換機，現在發展為SDN控制器在南向控制網絡設備上使用的關鍵應用編程接口（Application Programming Interface，API）之一。該協議采用C/S結構，SDN控制器作為NETCONF客戶端，網絡設備作為NETCONF服務端，通過NETCONF，SDN控制器對網絡設備自動下發特性配置和靜態表項。

OpenFlow協議：OpenFlow是第1個開放的南向接口協議，也是目前最流行的南向協議。其提出了控制與轉發分離的架構，規定了SDN轉發設備的基本組件和功能要求，以及與控制器通信的協議。下發OpenFlow標準流表、標準二三層轉發表項等，PacketIN/PacketOut實現收發包、首包上送建流表等。

圖2 SDN控制器架構圖

開放虛擬交換機數據庫管理協議（Open vSwitch Database Management Protocol，OVSDB） 是 管 理 層面的南向接口協議。OVSDB數據庫表直接轉換成設備上的虛擬擴展局域網（Virtual Extensible LAN，VXLAN）配置和流表支持OpenDayLight、IETF（The Internet Engineering Task Force，國際互聯網工程任務組）等標準化組織的標準協議。

通過實施SDN解決方案，實現某省移動CMNet省網流量的智能調度，重點解決流量均衡和定向保障問題，減輕流量突增對業務和客戶的影響。隨著網絡和技術的演進，后期實現全網絡的SDN融合。

2.3 SDN應用關鍵技術

按照SDN的分層架構，SDN應用關鍵技術體系如圖3所示。SDN架構的各層都有許多關鍵技術，旨在有效分離控制層面與轉發層面，支持邏輯上集中化的統一控制，提供靈活的開放接口等。其中，控制層是整個SDN的核心。

圖3 SDN應用關鍵技術體系

在SDN控制器技術選型上，要從“標準協議，通用接口”的角度出發，選定一系列通用標準技術作為方案的實現技術[4]。一方面，可以保證SDN CMNet省網解決方案整體實現上開放、靈活、易用、可靠；另一方面，能兼容運營商現有網絡系統，使運營商網絡系統能平滑遷移到SDN架構的同時又能滿足后續業務應用升級的需求。

3 結 論

隨著業務的發展和技術的驅動，網絡重構成為擺在運營商面前的頭等大事。各家運營商希望通過對現在的網絡進行革新來適應社會的發展，滿足人民群眾對網絡服務能力和服務質量的要求，實現“網絡即服務”。SDN、網絡功能虛擬化（NetworkFunctionVirtualization，NFV）和云計算是網絡重構的三大核心技術，其中，SDN打破了網絡設備控制與轉發一體的封閉架構，定義了軟件可編程網絡。電信運營商通過在CMNet省網中應用SDN技術，網絡的靈活性和彈性大大增加，可以快速開放或引入新的業務，增強運營商的競爭力。