◆張斌益

SDN在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用研究

◆張斌益

（中國(guó)電信福建公司 福建 350001）

通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，為人們的生活提供了便利，SDN框架的應(yīng)用，可以對(duì)傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行變革，提高網(wǎng)絡(luò)性能和通信質(zhì)量。本文首先介紹了SDN框架及其特點(diǎn)，然后指出SDN框架的實(shí)行依據(jù)，最后闡述了SDN在通信網(wǎng)絡(luò)中的具體應(yīng)用，以供參考。

通信網(wǎng)絡(luò)；SDN框架及特點(diǎn)；實(shí)行依據(jù)；具體應(yīng)用

SDN指的是軟件定義網(wǎng)絡(luò)，是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化。SDN的核心理念，是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離和網(wǎng)絡(luò)資源池化，以此來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的集中控制和大規(guī)模彈性自動(dòng)部署，提高網(wǎng)絡(luò)管道的智能化程度[1]。新時(shí)代背景下，傳統(tǒng)靜態(tài)的通信網(wǎng)絡(luò)不再適用，以下結(jié)合實(shí)踐，探討了SDN在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用情況。

1 SDN框架及其特點(diǎn)

在通信網(wǎng)絡(luò)中，SDN框架是一種集中控制網(wǎng)絡(luò)，具有多種表現(xiàn)形式。其中，兩種常見的框架如下：一是SDN架構(gòu)，是SDN技術(shù)和其他科學(xué)技術(shù)的結(jié)合，架構(gòu)分為三個(gè)層面，分別是控制層、應(yīng)用層、基礎(chǔ)設(shè)備層。二是NFV架構(gòu)，利用虛擬化技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備集成到通用服務(wù)器或其他硬件平臺(tái)上，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化處理，提高運(yùn)用和控制效果；同時(shí)進(jìn)一步細(xì)分控制層，可提高管理效率。

SDN框架的應(yīng)用，對(duì)人們的生產(chǎn)生活具有重要作用，表現(xiàn)為：（1）集中控制，控制權(quán)完全開放，用戶可自定義網(wǎng)絡(luò)路由和傳輸規(guī)則策略，因此更加靈活和智能。（2）開放接口，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備是自動(dòng)化連通的，只要定義簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)規(guī)則即可；如果不喜歡內(nèi)置的協(xié)議，可進(jìn)行編程修改，提高數(shù)據(jù)交換性能。（3）網(wǎng)絡(luò)虛擬，可對(duì)流量進(jìn)行規(guī)整，促使流媒體的管道臨時(shí)性增粗，甚至關(guān)閉FTP、SIP管道，從而增大帶寬。

2 SDN框架的實(shí)行依據(jù)

SDN框架的應(yīng)用，核心是對(duì)控制層、數(shù)據(jù)層分離開來，使其位于兩個(gè)不同的層面[2]。要想進(jìn)行統(tǒng)一管理，應(yīng)采用集中操控模式，實(shí)行依據(jù)分為三種：

2.1 以專用接口為準(zhǔn)

在硬件設(shè)備、操作方式不變的前提下，可對(duì)操作系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，使用專用的網(wǎng)絡(luò)接口，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上運(yùn)行。利用專用接口的優(yōu)點(diǎn)，是網(wǎng)絡(luò)開發(fā)利用過程中，可對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行編程，突出人性化特征。

2.2 以疊加網(wǎng)絡(luò)為準(zhǔn)

傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制采用管理邏輯網(wǎng)絡(luò)，方便設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)信息。利用疊加網(wǎng)絡(luò)，一方面可以解決差異性問題，提高管理控制的統(tǒng)一性；另一方面可對(duì)虛擬化網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行共享，方便用戶操作。

2.3 以開放協(xié)議為準(zhǔn)

相比于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，開放式的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，和通信網(wǎng)底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的兼容性更好。利用開放協(xié)議構(gòu)建控制器，可對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行統(tǒng)一管理，有利于處理虛擬問題、多用戶問題。

3 SDN在通信網(wǎng)絡(luò)中的具體應(yīng)用

3.1 骨干網(wǎng)絡(luò)

在通信網(wǎng)絡(luò)中，骨干網(wǎng)絡(luò)是基礎(chǔ)，分為兩種：一種和每個(gè)區(qū)域相連接，另一種和每個(gè)數(shù)據(jù)中心相連接。兩種網(wǎng)絡(luò)的差異，體現(xiàn)在數(shù)據(jù)傳輸、功能、承載能力、流量大小等方面。第一，每個(gè)區(qū)域相連接的骨干網(wǎng)絡(luò)，能承載海量用戶流量，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)需求，對(duì)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)、緩存要求高[3]。對(duì)此，制定了轉(zhuǎn)發(fā)策略、緩存策略。而且，大范圍網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)多，應(yīng)采用集群結(jié)構(gòu)對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制和處理。第二，和每個(gè)數(shù)據(jù)中心相連接的骨干網(wǎng)絡(luò)，常用在分布式數(shù)據(jù)中心上，有利于數(shù)據(jù)高效率交換，提高網(wǎng)絡(luò)信息的安全性。相比之下，和每個(gè)數(shù)據(jù)中心相連接的骨干網(wǎng)絡(luò)，信息傳播能力更強(qiáng)，有利于構(gòu)建平衡的通信網(wǎng)絡(luò)體系。以Google公司為例，利用SDN框架搭建骨干網(wǎng)絡(luò)，并定制交換機(jī)，能對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管控。

3.2 城域網(wǎng)邊緣

引用骨干網(wǎng)絡(luò)時(shí)，必須有相應(yīng)的入口，而城域網(wǎng)邊緣就是一個(gè)重要的入口。分析可知，城域網(wǎng)邊緣是骨干網(wǎng)絡(luò)控制信息的起點(diǎn)，也是商業(yè)網(wǎng)絡(luò)體系的組成部分。只有處理好用戶的業(yè)務(wù)需求，商業(yè)服務(wù)點(diǎn)才能接受工作，業(yè)務(wù)需求處理時(shí)，會(huì)經(jīng)過大量網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，也就是業(yè)務(wù)鏈。在城域網(wǎng)邊緣和業(yè)務(wù)鏈之間，業(yè)務(wù)路由器可用來處理用戶信息，前提是有好的功能點(diǎn)。因此，要想保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可靠運(yùn)行，提高配置信息的安全性，可以在城域網(wǎng)邊緣使用SDN框架，對(duì)多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行虛擬，經(jīng)SDN控制器統(tǒng)一配置，即可整合為一個(gè)集群繼而統(tǒng)一控制。舉例來說，隨著通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量增多，節(jié)點(diǎn)和路徑的選擇更重要，在城域網(wǎng)邊緣設(shè)備上安裝防火墻，并利用路由器對(duì)SDN框架的功能進(jìn)行轉(zhuǎn)化，可實(shí)現(xiàn)控制過渡目標(biāo)。

3.3 接入網(wǎng)

接入網(wǎng)是一種常見的網(wǎng)絡(luò)形式，也是業(yè)務(wù)控制層的組成部分，特點(diǎn)是路徑長(zhǎng)度短、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)多[4]。在業(yè)務(wù)來源上，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)是首層設(shè)備，利用SDN框架具有以下功能：其一，可將大量節(jié)點(diǎn)整合為一體化的虛擬設(shè)備，進(jìn)行統(tǒng)一管理。其二，可合理配置用戶的業(yè)務(wù)信息，經(jīng)控制層接口連接有效信息。相比于傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，信息配置不滿足相互關(guān)聯(lián)的要求，接入網(wǎng)可以解決這個(gè)問題。利用接入網(wǎng)，可接受用戶的業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)接口特性、業(yè)務(wù)要求的一致性。當(dāng)出現(xiàn)新的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，此時(shí)業(yè)務(wù)特性相應(yīng)改變，應(yīng)該升級(jí)優(yōu)化接口，避免對(duì)業(yè)務(wù)鏈帶來不利影響。

3.4 無線網(wǎng)

隨著人們的生活水平提高，移動(dòng)設(shè)備的使用數(shù)量增多，無線網(wǎng)的應(yīng)用更加普遍，基站規(guī)模明顯擴(kuò)大。以IP無線接入網(wǎng)為例，基于IP技術(shù)下，不僅擴(kuò)大了網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，還具有較高的靈活性，能保證無線網(wǎng)絡(luò)安全可靠運(yùn)行。將SDN框架應(yīng)用在無線網(wǎng)中，是在中心設(shè)備設(shè)置SDN控制器，通過中心設(shè)備管理其他設(shè)備、遠(yuǎn)端設(shè)備。此外，在企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)中，由于復(fù)雜性高，為了提高應(yīng)用價(jià)值，可引用SDN框架，對(duì)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管理，降低運(yùn)營(yíng)商的管理成本[5]。

4 工程實(shí)例分析

4.1 工程概況

以我國(guó)某城市為例，于2010年組建寬帶IP城域網(wǎng)，組網(wǎng)功能結(jié)構(gòu)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(shè)備是華為路由器，通過交叉雙上行，和省骨干網(wǎng)絡(luò)連接；匯聚層的主要設(shè)備有BAS設(shè)備、MSE設(shè)備，通過多條鏈路雙上行，和核心層連接；接入層的主要設(shè)備有二層交換機(jī)、WLAN設(shè)備、OLT設(shè)備等，通過多條鏈路上行，和匯聚層連接。用戶上網(wǎng)時(shí)，可專線接入，也可撥號(hào)接入。該寬帶IP城域網(wǎng)發(fā)展期間，利用SDN框架，改變了資源協(xié)調(diào)方式、信息交換服務(wù)模式。

4.2 功能價(jià)值

第一，智能提速。以實(shí)際工作需求為依據(jù)，對(duì)接入寬帶的服務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，例如網(wǎng)絡(luò)開放能力、策略控制功能等。應(yīng)用SDN技術(shù)時(shí)，通過層次化操作，可對(duì)不同設(shè)備商的邊緣設(shè)備服務(wù)資源進(jìn)行分配管理。面向應(yīng)用者，系統(tǒng)接口不會(huì)改變；面向設(shè)備，系統(tǒng)接口則要添加Open Flow協(xié)議，對(duì)全網(wǎng)設(shè)備智能提速，從而提高服務(wù)質(zhì)量。

第二，流量?jī)?yōu)化。了解網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，掌握應(yīng)用者信息，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，制定流量調(diào)度策略，例如調(diào)節(jié)鏈路資源、本地智能緩存等。應(yīng)用SDN技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只要傳遞數(shù)據(jù)即可，SDN控制器負(fù)責(zé)流量調(diào)度。實(shí)施過程中，SDN控制器不僅能提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，還能降低網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的負(fù)載，保證網(wǎng)絡(luò)的靈活性。

第三，虛擬服務(wù)。和多個(gè)寬帶增值服務(wù)連接后，結(jié)合不同的功能，對(duì)流量進(jìn)行處理。在虛擬服務(wù)中，利用SDN控制器，可對(duì)業(yè)務(wù)路徑進(jìn)行靈活處理，有序進(jìn)入到不同的虛擬功能服務(wù)中，例如Saevice Chain服務(wù)。結(jié)合網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際使用情況，分析應(yīng)用者的需求，來解決存在的問題，擴(kuò)展寬帶增值服務(wù)的內(nèi)容。

5 結(jié)語

綜上所述，SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具有集中控制、開放接口、網(wǎng)絡(luò)虛擬的特點(diǎn)。SDN框架的實(shí)行，有專用接口、疊加網(wǎng)絡(luò)、開放協(xié)議三種途徑。文中以骨干網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)邊緣、接入網(wǎng)、無線網(wǎng)為例，詳細(xì)介紹了SDN在通信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，并結(jié)合實(shí)際案例進(jìn)行分析。希望為運(yùn)營(yíng)商的管理工作提供經(jīng)驗(yàn)借鑒，推動(dòng)我國(guó)通信網(wǎng)絡(luò)工程快速發(fā)展。

[1]李水宏，洪江.軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)在現(xiàn)有通信網(wǎng)管中的應(yīng)用與挑戰(zhàn)[J].通訊世界，2019，26（7）：168-169.

[2]劉威，黃萍，羅偉峰.SDN電力網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的改造研究[J].現(xiàn)代科學(xué)儀器，2018（6）：129-132.

[3]陳建華.基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究[J].中國(guó)新通信，2019，21（3）：21.

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

[5]趙曉東.SDN框架通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與相關(guān)技術(shù)研究[J].電腦迷，2019（2）：243.