陳超，王帥，李智，譚碧瑩，段雅倩，舒忠

（荊楚理工學院，荊門448000）

0 引言

開放性、敏捷性、靈活性和高效性是任何一個計算機網(wǎng)絡管理系統(tǒng)所追尋的主要目標，特別是當今以互聯(lián)網(wǎng)及以下規(guī)模的網(wǎng)絡系統(tǒng)應用為主體，異構性特點突出的網(wǎng)絡系統(tǒng)運行環(huán)境。在典型的IP 和光網(wǎng)絡并存在的復雜網(wǎng)絡環(huán)境下，開放性目標需要解決的問題是對不同的網(wǎng)絡軟硬件系統(tǒng)及網(wǎng)絡拓撲結構、不同的網(wǎng)絡交換設備等涉及要素可控，還需要考慮到不同的網(wǎng)管系統(tǒng)內部之間的兼容性；敏捷性需要解決的問題是快速地管控信息通信通道構建；靈活性需要解決的問題是對管控目標的發(fā)現(xiàn)與相應問題處理能夠實現(xiàn)自主運算，對管控對象收放自如；高效性需要解決的問題是考慮投入及運行成本，智能化實現(xiàn)對網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行與維護。因此，在異構化網(wǎng)絡環(huán)境中能夠及時、準確、自主地發(fā)現(xiàn)管理與控制目標，便捷地實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行和維護，是當今網(wǎng)絡管理系統(tǒng)研究的主要方向，對構建高效的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)意義重大。

1 網(wǎng)絡技術發(fā)展概況

至目前，在計算機網(wǎng)絡管理技術應用中，針對IP網(wǎng)絡管理目標的網(wǎng)管技術主要是SNMP（Simple Network Management Protocol，簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議）和TMN（Telecommunications Management Network，電信管理網(wǎng)絡）[1]。當前，以軟件定義網(wǎng)絡理念為主的網(wǎng)管技術是SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡）[2]和SDON（Software Defined Optical Network，軟件定義光網(wǎng)絡）[3]。

SDN 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)構建的關鍵是將物理設備層、網(wǎng)絡管理功能層和網(wǎng)絡管理應用層三層結構有機地融合在一起，目標是實現(xiàn)網(wǎng)管系統(tǒng)的網(wǎng)絡設備管理和管理信息控制分離開來，將多樣化的網(wǎng)絡交換設備從管理的角度，對其設備的標識（不管設備的具體型號及功能信息）和傳輸信息（針對網(wǎng)管設備的管理與控制信息）進行統(tǒng)一規(guī)范性定義，形成清晰地網(wǎng)管系統(tǒng)管理和控制層次。今后一段時期，SDON 技術的研究與應用，將成為網(wǎng)絡管理技術領域主流方向，5G 通信時代已經(jīng)來臨，可以對此進行說明。但是，IP 網(wǎng)絡在短時期內完全消失的可能性并不大，也就決定了SDN 技術的存在還具有非常重大的意義。近幾年里，SDN 技術的研究方向主要體現(xiàn)在網(wǎng)間路由自主更新方面[4]，特別是SDN技術在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡中的應用有了一定的突破[5]，在社會發(fā)展各領域的應用也非常廣泛。

1.1 網(wǎng)絡系統(tǒng)構建模型的發(fā)展

最初的網(wǎng)絡管理技術應用思維，基本同計算機操作系統(tǒng)的應用一樣，在一種網(wǎng)管技術提出后，宏觀方面，通過版本升級逐步發(fā)展；微觀方面，采用“補丁模式”改進。隨著計算機網(wǎng)絡技術的迅猛發(fā)展，網(wǎng)絡系統(tǒng)異構化特點突現(xiàn)，系統(tǒng)化解決網(wǎng)絡管理問題的思維得以應用于實踐。

當然，網(wǎng)絡管理技術的發(fā)展離不開新型網(wǎng)絡系統(tǒng)模型的構建。從1990 年開始，美國首先提出了主要針對一種基于互聯(lián)網(wǎng)架構FIND 全新網(wǎng)絡系統(tǒng)構建模型，同時，也為提出了為這種網(wǎng)絡系統(tǒng)模型的運行提供實驗及驗證的GENI 網(wǎng)絡系統(tǒng)驗證模型[6]；至2006 年，日本也針對基于新型網(wǎng)絡系統(tǒng)模型的構建進行了研究與實驗，并在關鍵技術上取得了新的突破；至2007 年，歐盟對FIND 模型采用共存、共控、互補的模式對全球網(wǎng)絡系統(tǒng)的互聯(lián)進行了研究[7]，并在一些領域進行了應用；至2016 年，逐步提出了基于互聯(lián)網(wǎng)體系、基于命名數(shù)據(jù)、基于移動互聯(lián)網(wǎng)、基于云計算和基于異構化特征的網(wǎng)絡體系構建模型[8-12]；至今，已出現(xiàn)了組網(wǎng)靈活、技術多樣的全球計算機網(wǎng)絡體系結構。

1.2 SSDDNN技術應用的發(fā)展

在網(wǎng)絡管理技術的發(fā)展方面，最早起源于電話通信中的語音傳輸與傳輸過程控制分離的理念，針對網(wǎng)絡系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸特點，2004 年至2007 年，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)傳輸過程的控制與數(shù)據(jù)存儲轉發(fā)機制的分離，最為突出的是提出了四層網(wǎng)絡管理體系的模型，圖1 所示為基于網(wǎng)管數(shù)據(jù)、路由發(fā)現(xiàn)、信息傳輸和控制策略四層網(wǎng)絡管理體系結構的模型。四層網(wǎng)絡管理體系中的網(wǎng)管信息傳輸過程由所設計的網(wǎng)絡管理對象、網(wǎng)絡管控過程和網(wǎng)管信息控制三個集合定義組成，其網(wǎng)管信息以編碼運算的方式進行處理與傳輸；將網(wǎng)管實現(xiàn)通道的構建決策機制（包括一些自主決策機制）獨立出來，并對信息通道構建以邏輯運算的方式進行處理與傳輸。

圖1 四層網(wǎng)絡管理體系結構模型

基于四層網(wǎng)絡管理體系結構模型的提出，為2008年美國提出OpenFlow 技術（一種數(shù)據(jù)鏈路層網(wǎng)絡通信協(xié)議）[2]奠定了基礎，同時，也是SDN 網(wǎng)絡管理體系構建的基礎。OpenFlow 技術通過對種數(shù)據(jù)傳輸接口進行規(guī)范定義，通過通信協(xié)議實現(xiàn)了與網(wǎng)絡交換設備（數(shù)據(jù)交換機或路由器）的連接，圖2 為OpenFlow 內部信息通信流程圖。至2012 年，制定了基于OpenFlow 技術的網(wǎng)管系統(tǒng)構建標準，并廣泛應用于互聯(lián)網(wǎng)及以下規(guī)模的各類計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)。我國的軟件定義網(wǎng)絡研究從2013 年開啟，至今在研究與應用方面都取得了較大的成就，國內參與研究的機構以企業(yè)為主，如：華為、中興通訊、中國電信、中國移動、中國聯(lián)通、騰訊等，還有一些國內知名高校也參與其中。

圖2 OpenFlow內部信息通信流程圖示

1.3 SSDDNN技術應用面臨的主要問題

SDN 技術的網(wǎng)管路由發(fā)現(xiàn)與控制可視化和流表式信息轉發(fā)機制，大大提高了對計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)的管理與控制效率。路由可視化，直觀地為負載均衡機制的實施提供了便利，促使網(wǎng)絡帶寬得到了充分利用；流表轉發(fā)機制，提供了針對網(wǎng)絡信息傳輸?shù)耐〝鄼z測功能，使得對網(wǎng)絡管理數(shù)據(jù)信息的檢測更加及時、主動、靈活。SDN 技術的應用實現(xiàn)了“人工手動”向“自主智能”網(wǎng)管模式的轉換。

由于SDN 技術需要實現(xiàn)網(wǎng)管設備對象的描述信息與網(wǎng)管控制信息的分離，并依賴于統(tǒng)一標準的系統(tǒng)設備物理層設備連接和數(shù)據(jù)信息通信接口，因此，基于SDN 技術應用的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)構建，需要重點解決以下幾個方面的問題：①依據(jù)ETSI 標準化組織提出的網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）標準，構建以虛擬化物理層、虛擬化功能實現(xiàn)層和虛擬化應用層為基本結構的通用型SDN 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)模型是首先需要考慮的問題。②網(wǎng)管數(shù)據(jù)信息的傳輸分配算法優(yōu)化，以數(shù)據(jù)轉發(fā)為主體的網(wǎng)管資源機制設計，對資源分配算法的實現(xiàn)效果進行評估。③以OpenFlow 協(xié)議開放網(wǎng)絡路由控制為基礎，實現(xiàn)對異構化混合網(wǎng)絡的分布式路由可視化管理控制。④對未來新型網(wǎng)絡系統(tǒng)的結構分析，結合SDN網(wǎng)絡資源動態(tài)管理功能的實際需求，在NFV 標準構建的SDN 網(wǎng)絡管理系統(tǒng)三層模型的基礎上，通過引入SDN 資源管理層，構建真正能夠實現(xiàn)網(wǎng)絡資源動態(tài)管理的網(wǎng)管系統(tǒng)模型，等等。

2 SDN網(wǎng)管系統(tǒng)結構

2.1 SSDDNN網(wǎng)管系統(tǒng)基本結構

最初的虛擬SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)結構模型于2012 年提出，主要由設備層、控制層和應用層組成，圖3 為虛擬化SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)的三層結構圖。其中，設備層主要負責對網(wǎng)管系統(tǒng)管理的網(wǎng)絡交換設備進行定義，當時主要管理的網(wǎng)絡交換設備只是網(wǎng)絡交換機，采用只盯設備不管設備的具體型號、功能及內部結構的策略，通過統(tǒng)一編制標識對相應的交換設備進行定義，且設備標識在網(wǎng)絡系統(tǒng)和管理系統(tǒng)運行的狀態(tài)下，進行隨機有序識別，將被發(fā)現(xiàn)的交換設備納入整個網(wǎng)管系統(tǒng)的對象中?？刂茖佑蒘DN 軟件系統(tǒng)組成，根據(jù)SDN 軟件制定的網(wǎng)絡管理規(guī)則，主要負責對網(wǎng)絡管理功能實現(xiàn)的控制信息進行統(tǒng)一管理，為網(wǎng)管功能實現(xiàn)提供信息傳輸通道和組織功能的具體實施。應用層由網(wǎng)管功能的相應執(zhí)行程序組成，程序通過交互式執(zhí)行界面表現(xiàn)，負責直接發(fā)出進行網(wǎng)管操作的全部指令。設備層與控制層之間的數(shù)據(jù)交換采用OpenFlow 通信協(xié)議進行傳輸，這也是整個網(wǎng)管系統(tǒng)實現(xiàn)虛擬化管理的關鍵?？刂茖优c應用層之間的數(shù)據(jù)交換采用API 程序接口（Application Programming Interface，應用程序接口，是定義數(shù)據(jù)信息、定義程序之間連接方式和數(shù)據(jù)傳輸通信協(xié)議等組成元素的集合）與SDN 軟件進行數(shù)據(jù)交換。該網(wǎng)管系統(tǒng)結構模型，突出了OpenFlow 通信協(xié)議的重要性，清晰地定義了控制層的控制信息與網(wǎng)絡交換設備的管理信息的接口，采用集中式的管理模式，為網(wǎng)管過程的實施提供了很大的便利。主要的缺點是網(wǎng)管的自主性只表現(xiàn)在了對網(wǎng)管對象（數(shù)據(jù)交換機）的發(fā)現(xiàn)上，幾乎沒有考慮到網(wǎng)管功能實現(xiàn)過程的自主性管理與控制方面。

圖3 虛擬化SDN網(wǎng)管系統(tǒng)的三層結構圖示

針對最初虛擬SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)結構模型在商用中存在問題的總結，研究人員于2013 年提出了一個相對穩(wěn)定的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)結構模型，并一直沿用至今，雖然近幾年來針對這個模型的改進一直沒有中斷，但都沒有打破首次提出模型的總體結構，對模型組成模塊的功能進行擴展研究是主要方向。這一階段對SDN網(wǎng)管系統(tǒng)結構模型研究與應用的改進成果有[13]：①在層次結構上，將原有的設備層（名稱改為數(shù)據(jù)平面）、控制層（名稱改為控制平面）和應用層（名稱改為應用平面）三層結構的組成元素進行了明確定義，并增加了一些組成元素。②在控制層引入SDN 控制器，在應用層與設備層的連接上，采用代理接口策略；同時，用于規(guī)范與設備層與控制層之間的數(shù)據(jù)傳輸接口定義。③提出了SDN 數(shù)據(jù)通道，并制定了通道配置策略；在SDN 管理模塊中，引入了SLA 管理服務策略（Service Level Agreement，服務級別協(xié)議）；增加了網(wǎng)絡性能檢測模塊，全面掌控網(wǎng)絡系統(tǒng)的運行狀態(tài)，為自主分配管理信息傳輸通道提供便利；提供了網(wǎng)管功能和網(wǎng)管對象的擴展接口，以利于網(wǎng)管功能和網(wǎng)管設備的動態(tài)擴展。④在控制層中，明確定義了SDN 北向接口（NBI）、SDN南向接口（CDPI）的概念，北向接口用于與應用層實現(xiàn)連接，通過接口標準統(tǒng)一規(guī)劃，達到調用設備層資源的目標；南向接口用于與設備層實現(xiàn)連接，發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)交換設備、跨網(wǎng)連接路由設備，制定管理信息通道的連接策略，管理信息的數(shù)據(jù)流表下發(fā)等是主要其主要任務。⑤OpenFlow 的重要性主要體現(xiàn)在網(wǎng)管信息傳輸?shù)耐ㄐ欧矫妫谡麄€SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)的核心地位被削弱。圖4 為當前采用的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)模型內部結構圖。

圖4 當前采用的SDN網(wǎng)管系統(tǒng)模型內部結構圖示

2.2 SSDDNN網(wǎng)管系統(tǒng)構建規(guī)則

一些網(wǎng)絡營運機構和網(wǎng)絡設備制造商，根據(jù)網(wǎng)絡管理規(guī)模、網(wǎng)絡服務需求、網(wǎng)絡設備開發(fā)設計標準、網(wǎng)絡設備功能等自身因素，提供網(wǎng)管技術和方案，基本上也都是遵循了基于OpenFlow 技術的網(wǎng)管系統(tǒng)模型定義規(guī)則，實現(xiàn)SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)的構建，在網(wǎng)管系統(tǒng)的層次結構和功能組成方面，具有較高的一致性。但是，對于網(wǎng)管系統(tǒng)各功能層的連接，都具有各自的特點，在程序與程序之間、程序與設備之間的通信接口定義都不盡相同，從而產(chǎn)生了SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)在構建規(guī)則上的差異。在實際應用中，出現(xiàn)了以開放網(wǎng)管信息控制、開放信息傳輸控制、虛擬化與IP 網(wǎng)管融合、虛擬化網(wǎng)絡功能等四種常見的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)構建方案，圖5 為四種常見的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)構建方案。

圖5 四種常見的SDN網(wǎng)管系統(tǒng)構建方案

以開放網(wǎng)管信息控制為主的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)構建方案，需要嚴格執(zhí)行NFV 標準，應按圖4 所示構建SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)內部結構，針對通用的網(wǎng)絡交換設備進行管理，以網(wǎng)管程序為主，運行網(wǎng)管功能，在互聯(lián)網(wǎng)中被廣泛應用。這種網(wǎng)管系統(tǒng)構建規(guī)則的應用，實現(xiàn)了對網(wǎng)絡傳輸數(shù)據(jù)流量的控制和網(wǎng)絡管理資源的自主配置。

以開放信息傳輸接口為主的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)構建方案，需要對API 北向程序接口進行嚴格統(tǒng)一的定義，清晰地描述網(wǎng)管發(fā)生事件，準確地定義網(wǎng)絡運行狀態(tài)的信息傳輸接口，同時，還需要制定網(wǎng)管應用程序的開發(fā)設計規(guī)則。

以虛擬化與IP 常規(guī)網(wǎng)管策略融合為主的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)構建方案，需要依據(jù)IP 網(wǎng)絡和虛擬網(wǎng)絡兩層結構定義網(wǎng)管系統(tǒng)模型，對網(wǎng)絡管理對象的數(shù)據(jù)交換設備都應采用虛擬連接，在IP 網(wǎng)絡中只要交換設備能被發(fā)現(xiàn)，就可以實現(xiàn)虛擬連接。

以虛擬化網(wǎng)絡功能為主的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)構建方案，需要將網(wǎng)絡管理功能和網(wǎng)絡管理的設備進行分離，對全部網(wǎng)管設備進行虛擬化管理，對于結構復雜的大型網(wǎng)絡系統(tǒng)，其運行效果有所提高，并且可以實現(xiàn)動態(tài)管理。

3 SDN網(wǎng)管技術應用

SDN 網(wǎng)管技術主要涉及應用層程序的開發(fā)和對網(wǎng)管對象資源進行管理（控制層與設備層的連接）兩個方面，同時，混合式網(wǎng)絡管理與控制的方式選擇。

3.1 應用程序開發(fā)技術

SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)的應用，主要是如何實現(xiàn)對網(wǎng)管信息的傳輸與網(wǎng)管信息傳輸通道控制進行分離，網(wǎng)管信息的傳輸必須依托網(wǎng)管操作平臺（也就是網(wǎng)管操作系統(tǒng)，交互式和可視化是重點考慮的因素）實現(xiàn)，因此，網(wǎng)管系統(tǒng)應用程序開發(fā)首先需要考慮對網(wǎng)絡編程工具的選擇。當前，已有的網(wǎng)管操作平臺編程工具包括：NOX、NOX-MT、Maestro、Onix、HyperFlow、Kandoo、Beacon、Floodlight、POX、Ryu、ONOS、Rosemary、Open Day Light 等[14]。和其他軟件系統(tǒng)的開發(fā)一樣，網(wǎng)管操作系統(tǒng)編程工具設計的控制主控模塊，需要考慮的主要因素包括：所支持的線程（或單線程或多線程或虛擬連接）、分布式（或集中式）管理機制的應用、隔離策略的應用、模塊化（或容器化或插件化）內部結構的選擇、編程語言的選擇（或C++或Java 或Python 等）等。

在應用層的設計中，網(wǎng)管信息的獲取范圍（全局或局部信息）的定義、NBI 接口和CDPI 南向接口的定義、控制與管理對象（OpenFlow 交換機、路由器等設備）的定義、各種管理和控制協(xié)議的應用、針對網(wǎng)管信息通信協(xié)議的應用等方面，都是非常關鍵的因素。

在應用層的設計中，相關的研究成果，在技術上已具有很大的優(yōu)勢，但是，在實際應用中，一些優(yōu)勢并沒有完全體現(xiàn)出來。所出現(xiàn)的問題主要表現(xiàn)在兩個方面：一是虛擬技術的應用在超大型網(wǎng)絡系統(tǒng)（特別是互聯(lián)網(wǎng)）實現(xiàn)有效部署的難度大，隔離策略防范故障發(fā)生和網(wǎng)絡安全的有效能力難于真正發(fā)揮，網(wǎng)管功能、網(wǎng)管對象等方面的擴展能力不強；二是對于超大型網(wǎng)絡系統(tǒng)的管理，對所有細節(jié)因素的標準化、統(tǒng)一化定義難于實施，特別是針對網(wǎng)管信息描述的細節(jié)定義精細與粗疏交融，針對網(wǎng)管信息的傳輸通道自主匹配、動態(tài)組合的控制難于實施。

3.2 網(wǎng)絡資源管理技術

SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)的軟硬件資源管理主要體現(xiàn)在控制層和設備層的設計上，特別是控制層與設備層的連接尤為重要。SDN 資源管理以虛擬技術應用為基礎，主要涉及對需要管理與控制的設備資源進行合理分配，當然，也涉及對訪問這些設備資源的通道進行合理分配；還涉及到對設備資源、訪問設備資源的通道的充分利用，以及為了實現(xiàn)資源及通道充分利用的調度與控制。

在SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)的構建中，主要的虛擬化技術包括：Flow Visor、Flow N、Auto Slice、Open Virte X、Auto VFlow、Devo Flow、Hedera 等[15-16]。這些網(wǎng)管資源管理技術的關鍵可以總結為以下幾種：①子網(wǎng)系統(tǒng)可以通過共享的方式，應用OpenFlow 通信協(xié)議與其他子網(wǎng)系統(tǒng)內的交換設備進行虛擬連接，實現(xiàn)了多個子網(wǎng)系統(tǒng)的共存共融；對網(wǎng)絡帶寬、網(wǎng)絡拓撲結構、信息傳輸流量、應用層主控系統(tǒng)CPU 的運行能力和信息傳輸轉發(fā)表（信息流表）五個技術參量進行明確定義；主控系統(tǒng)的設置不唯一，但分工明確，不跨所劃分的子網(wǎng)；所獲取的網(wǎng)管信息就是主控系統(tǒng)和OpenFlow 交換機之間的交換信息。這種網(wǎng)管方式的本質也是應用了網(wǎng)管代理策略，網(wǎng)管過程具有較高的透明度。②對管理的網(wǎng)絡系統(tǒng)中的網(wǎng)絡拓撲結構、網(wǎng)絡設備地址和網(wǎng)管控制功能三個目標進行虛擬化管理與控制，同樣采用網(wǎng)管代理策略。③通過基于自主部署虛擬節(jié)點，以最方便的路由運算為原則實現(xiàn)資源管理，達到提高資源利用率、精確檢測管理信息流量、通過統(tǒng)計分析合理分配管理信息流量的目的。④引入多代理策略，利用網(wǎng)絡拓撲虛擬映射連接，在多子網(wǎng)之間實現(xiàn)自主的網(wǎng)管信息交換。⑤基于云處理平臺下，多網(wǎng)管操作平臺可以對全部虛擬連接設備進行管控，還可以自主設計多個網(wǎng)管功能。以上技術需要考慮的主要因素包括：管控資源的參量描述（如：帶寬、拓撲結構、信息流量、CPU 運行能力、信息流表、設備地址等）、資源的分配控制策略（單網(wǎng)管操作平臺、多網(wǎng)管操作平臺、資源利用率調整策略、信息流量控制策略、信息傳輸通道分配策略、負載均衡策略等）、是否具備動態(tài)管控資源的能力、網(wǎng)管信息獲取的來源（如：網(wǎng)管操作平臺的相應功能模塊、網(wǎng)管數(shù)據(jù)交換機、網(wǎng)管操作平臺向交換機發(fā)送的信息、交換機向網(wǎng)管操作平臺發(fā)送的信息等）四個方面。

在控制層和設備層的設計上，主要的難點體現(xiàn)在控制層與設備層的連接方面，同時，也涉及與應用層的連接問題。另外，在應用方面問題最為突出。問題主要表現(xiàn)在兩個方面：一是SDN 網(wǎng)管技術的開發(fā)應用主體為通訊產(chǎn)業(yè)企業(yè)，針對自身的業(yè)務范圍，其網(wǎng)管對象的軟硬系統(tǒng)種類、結構、功能等不盡相同，網(wǎng)管對象的主要數(shù)據(jù)交換設備的管控方式、動態(tài)管理策略、自主管理機制等也存在差異，特別是虛擬節(jié)點的部署規(guī)則沒有一個統(tǒng)一的規(guī)則。二是針對采集的網(wǎng)絡流量數(shù)據(jù)進行分析，實現(xiàn)對資源進行合理分配與控制的難度較大。

3.3 混合式管控技術

當前，還在廣泛實際應用于網(wǎng)絡管控方面的技術，都是以產(chǎn)品的方式直接部署于各類網(wǎng)絡系統(tǒng)中，這類產(chǎn)品可能還需要通過功能集成后才能應用于實際的網(wǎng)絡管理。經(jīng)過連續(xù)的研究與開發(fā)，這些傳統(tǒng)的網(wǎng)管技術可靠性是比較高的，且還有很高的再利用價值。傳統(tǒng)網(wǎng)管技術通常只對設備層進行了定義，對一些網(wǎng)管功能的實現(xiàn)，則通過設計一些控制程序形成一個體系的軟件系統(tǒng)完成，并沒有形成嚴格意義的應用層和控制層，應用層和控制層的作用只是通過一些網(wǎng)管控制程序體現(xiàn)。因此，不可能體現(xiàn)網(wǎng)絡系統(tǒng)的管控分離思想。需要手動調整控制參數(shù)，操作過程過于麻煩?；谶@一現(xiàn)狀，就出現(xiàn)了在傳統(tǒng)網(wǎng)管技術應用的基礎上，引入與SDN 技術混合的網(wǎng)管技術，且在實際應用中普遍存在。常用的SDN 混合網(wǎng)管技術主要包括以純SDN 與純IP 混合的網(wǎng)管模型（以網(wǎng)絡拓撲結構為主要關注點）、純IP 與IP-SDN 融合的混合網(wǎng)管模型（以網(wǎng)絡功能服務為主要關注點）、IP－SDN 融合的混合網(wǎng)管模型（以網(wǎng)絡管理類別為主要關注點）和純SDN 的混合網(wǎng)管模型（以功能集成應用為主要關注點）為劃分規(guī)則的混合網(wǎng)管模型[17]，圖6 為常用的四種SDN 混合網(wǎng)管技術應用模型。

圖6 常用的SDN混合網(wǎng)管技術應用模型

以網(wǎng)絡拓撲結構為基礎的SDN 混合網(wǎng)管技術，首先將需要管理的整個網(wǎng)絡系統(tǒng)劃分為若干個子網(wǎng)，每個子網(wǎng)采用不同的管理方式，讓傳統(tǒng)網(wǎng)管技術與SDN網(wǎng)管技術相互分離，通過設置在被管理數(shù)據(jù)交換設備的控制器上，獨自完成自己的網(wǎng)管任務，通過跨子網(wǎng)通信機制實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡系統(tǒng)的管理。

以網(wǎng)絡功能服務為基礎的SDN 混合網(wǎng)管技術，主要是針對網(wǎng)管對象的數(shù)據(jù)交換設備改造為突破點，在數(shù)據(jù)交換設備中設置兩個不同的傳統(tǒng)網(wǎng)管和SDN 網(wǎng)管控制器，使用兩種技術各自完成相應的網(wǎng)管功能服務。

以網(wǎng)絡管理類別為基礎的SDN 混合網(wǎng)管技術，是在以網(wǎng)絡功能服務為基礎的SDN 混合網(wǎng)管技術應用基礎上，對網(wǎng)管信息的流量進行控制，也就是一部分網(wǎng)管功能的實現(xiàn)由傳統(tǒng)網(wǎng)管技術完成，另一部分網(wǎng)管功能的實現(xiàn)由SDN 網(wǎng)管技術完成。

以功能集成模式為基礎的SDN 混合網(wǎng)管技術，是在網(wǎng)絡系統(tǒng)中直接使用SDN 網(wǎng)管技術對數(shù)據(jù)交換設備進行管理與控制，在SDN 網(wǎng)管模塊引入傳統(tǒng)網(wǎng)管模塊的數(shù)據(jù)信息通信協(xié)議，確保SDN 管控信息可以訪問數(shù)據(jù)交換設備的控制器。數(shù)據(jù)交換設備的控制器還是由傳統(tǒng)網(wǎng)管機制進行管控，但傳統(tǒng)網(wǎng)管控制器可以被SDN 網(wǎng)管模塊控制。

SDN 混合網(wǎng)管模型在傳統(tǒng)網(wǎng)管模型的基礎上，基本可以體現(xiàn)出設備層、控制層和應用層的三層結構，在關鍵技術的處理上，主要還是針對OpenFlow 虛擬技術的應用方面[18]。主要的技術包括：①通過在OpenFlow虛擬策略中引入路由運算機制，使IP 網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)交換設備被統(tǒng)一定義為路由設備，實現(xiàn)IP 網(wǎng)絡與SDN 網(wǎng)絡共融。②對OpenFlow 虛擬技術的功能進行擴展，通過設置網(wǎng)管控制器并部署于數(shù)據(jù)交換設備（網(wǎng)絡管理節(jié)點）中，使之可以實現(xiàn)與IP 網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡管理節(jié)點進行通信，確保網(wǎng)管系統(tǒng)的控制層與設備層之間的連接暢通。③通過引入OpenFlow 交換機，設計網(wǎng)管信息傳輸通道選擇算法（或不同機制的最佳路由運算算法），并應用于OpenFlow 交換機中，在傳統(tǒng)網(wǎng)管系統(tǒng)中實現(xiàn)SDN 網(wǎng)管策略。

混合式網(wǎng)絡管控技術的應用難點表現(xiàn)在三個方面：一是OpenFlow 虛擬策略引入時虛擬節(jié)點的內部設計與虛擬節(jié)點部署，需要考慮到傳統(tǒng)網(wǎng)絡系統(tǒng)及網(wǎng)管策略的因素，確保網(wǎng)管系統(tǒng)設備層、控制層和應用層的三層結構能夠完整體現(xiàn)。二是以開放路由信息和數(shù)據(jù)流信息為原則，構建路由和數(shù)據(jù)流的聯(lián)合的可視化功能模塊，為網(wǎng)管過程的監(jiān)控提供便利。三是針對未來新型網(wǎng)絡系統(tǒng)的結構特點，引入網(wǎng)絡系統(tǒng)異構化特征更為突出（傳統(tǒng)IP 網(wǎng)絡、混合網(wǎng)絡和新型網(wǎng)絡系統(tǒng)）的網(wǎng)絡資源動態(tài)管理機制。

4 改進思路

本文厘清了網(wǎng)絡系統(tǒng)構建和軟件定義網(wǎng)絡技術的研發(fā)與應用歷程，從網(wǎng)絡系統(tǒng)管理的角度，重點對基于OpenFlow 技術應用的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)層次結構模型進行了分析，針對今后異構化特征更為突出的大型網(wǎng)絡系統(tǒng)管理中存在的難點，提出以下SDN 網(wǎng)管技術應用思路：

（1）一個通用性強的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)基本模型設計，是確保管控分離、自主動態(tài)組合分配網(wǎng)管資源和網(wǎng)管過程可視化的重要前提，其通用性的實現(xiàn)必須據(jù)國際標準。同時，構建通用的SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)也是從事相關研究和實驗驗證的重要基礎平臺。

（2）應用數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)姆峙渌惴ǎ且蕴摂M數(shù)據(jù)轉發(fā)為主體的網(wǎng)絡資源管理實現(xiàn)的關鍵，同時，還需要考慮對網(wǎng)管資源分配的效果進行準確評估。

（3）依據(jù)OpenFlow 通信協(xié)議的開放路由控制策略準則，交互式可視化系統(tǒng)的設計，可以為實現(xiàn)異構化網(wǎng)絡系統(tǒng)的便利管控提供有力支撐。

（4）在通用性SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)基本模型的基礎上，對其層次結構進行擴展，是實現(xiàn)自主控制、動態(tài)組合分配網(wǎng)管資源的研究思路，所考慮的切入點應該在網(wǎng)管系統(tǒng)的控制層，可以考慮將網(wǎng)管資源（數(shù)據(jù)交換設備）從控制層中剝離出來，對其進行專門管控。

圖7 為在當今異構化特征突出的計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)環(huán)境下，構建新型SDN 網(wǎng)管系統(tǒng)需要解決的幾個關鍵問題。

圖7 構建新型SDN網(wǎng)管系統(tǒng)模型的關鍵思路圖示