SDN 技术在运营商IP 承载网中的应用实践

2019-10-14王杉杉

数字通信世界 2019年9期

任锐，王杉杉

（1.中国联合网络通信有限公司河南省分公司网络管理中心，郑州 450008；2.中国联通（缅甸）运营有限公司，仰光 11181）

1 SDN 技术的概念和现状

SDN 技术是一种创新的网络构架，包括三层构架，分别是基础设施、控制和应用层，如图1所示。该概念最开始是由美国斯坦福大学项目研究组提出，主要原理是通过OpenFlow 下的核心技术将网络数据平台和设备控制分离开，在通过分离转发层以及控制层，开放式编程接口用于实现上层网络设施对上层实践结构的有效控制和透明管理的效果，最终达到对网络流量的灵活控制，进而能够为相关平台提供全面的网络服务模式。

图1 SDN技术构架模型

随着LTE 和5G 业务的发展，各个业务接口对IP 承载网的架构灵活性和质量有了更高的要求，运营上开展了一系列的测试和应用场景模拟，不断探索SDN 技术与主流传输技术以及当前网络构建的融合。在此基础上，对SDN 技术进行关键技术衍生，从多个维度来验证SDN 技术的功能和特色。运营商IP 承载网络构架通常为核心层、汇聚层和接入层构成，在测试中特别注意选用运营商实际中使用的设备型号，硬件和软件设备都与实际在网设备设置为一样。通过反复测试发现SDN 技术在运营商IP 承载网上的使用符合预期设想但是在业务发放、路由搜索以及APP软件交互的使用中还有待进一步完善，总之，在当前我国SDN关键技术中，充分提升了IP 承载网的高效运行和可定制化，有利于运营商在进行承载网络资源管理、控制等方面收获可观的经济效益。

当前，随着IP 承载网中的用户数量不断增长，建设更加高效的IP 网络基础设置逐渐成为网络运营商关注的重点问题。例如谷歌平台率先在跨数据中心网络中融合SDN 技术，此举大大提升了SDN 技术在IP 承载网中的应用。通过SDN 技术技术改造后，谷歌平台中的数据中心网络在链路带宽的使用率上取得了明显的提升，高达约95%以上。与此同时，还显著降低了运营商的运营成本，并且提升了网络的稳定性。在谷歌的改革探索下，越来越多的运营商加入了SDN 技术在IP 承载网中的运用实践探索[1]。

2 SDN 技术在运营商IP 承载网络中的实践建议

2.1 提高网络的使用率

运营商主要使用通信端和用户端的峰值来执行IP 承载网络信道网络带宽和路径预测工作，其中，交换机和路由器之间的容量都是相对固定的，因此只有按照路由器在上行链路和下行链路上的实际故障情况座位路线重组的依据。在操作的过程中，通常容易发生端到端之间的路径选择竞争和资源竞争，进而导致网络故障进一步深化，难以自愈，进而引发重试操作失灵。因此这种模式下的网络使用率通常不会超过30%。当SDN 技术技术对IP承载网进行了改造后，作为网络控制的大脑，SDN 控制器能够往网络具有更明确的全局化结构视图和组织结构图，通过主动对路由器选择和算路进行操作，进一步清晰网络行为，从而是保护性带宽设置率降低，即使网络在运行的过程中出现故障，也能够按照错误的导向无缝切换到事先计算好的备份网络通道中，以提高网络的使用率和收敛效果，实现用最少的资源获取质量最好的网络使用效果，确保网络的使用率能够达到99.9%以上。

2.2 提升服务质量

现在，我国行业中的运营商IP 承载网络中的数据信息内容和应用层、服务层之间的表现表现出较好的耦合状态，不论是固定宽带还是云网互联以及移动通信等领域也表现出不同程度的紧密耦合的状态，资源利用的效率整体不高。SDN 技术能够对全局性的网络组织形成更为直观的试图效果，能够将信息反馈给应用层，用户在IDC 以及用户端二者之间对最优链路的IDE 服务器加以选择以提升服务质量。在实际工作的过程中，一般用较少的资源投入就能获得较好的服务质量，因此确保聚合的网络多元化在一定程度上是促使网络服务的效果大大提升重要因素。

服务器对均衡性负荷下的实践场景的感知过程：运营商IP承载网络下，系统服务器通常能够按照服务器可用性的实际情况和资源的使用情况进行服务器自主选择，将服务器下的负载进行合理分担，这一选择过程往往容易缺乏对网络环境的考量，进而导致服务器出现空闲的情况，进而为某些路径造成拥堵的问题，深刻影响这信息的传输效果[2]。基于SDN 技术的承载网络在进行服务器选择时不仅能够实现自主选择的预期目标，同时要能对空闲的服务器进行科学利用，实时感知控制器的工作情况，尽可能在路径中选择高容量路径达到信息传输的目的，平衡端对端的数据负载。

2.3 促进网络产品化发展

如今，IP 承载网络在数据更新和设置方面发展缓慢，导致后期的运营成本较高，加上产品与OSS/BSS 等系统之间密切相关，因此我国网络产品在不同程度上存在一刀切的情况，进而影响服务定价，难以满足用户对网络服务的实际需求。在SDN 技术下，控制层和应用层之间的能够促进API 相互之间完成自助操作，将网络的业务范围进一步进行了扩大，并且对服务创新有效促进了网络在加载和集中等步骤的工作效率，并同时在全网内提供了高效的审计服务，能够满足不同用户的不同需求，服务形式相对更加灵活。此外，基于全局化应用需求下绘制的直观效果图示也让网络资源以及网络服务的定价更加优惠，提升运营商的经济效益。在实际业务中，SDN 技术的融合能够提高运营商的资金使用率和周转率，有效降低了企业的运营成本，为企业构建以一个全新的生态服务系统，为用户在网络中匹配更适合的网络服务，并且在这个过程中按照价格最优化的原则进行运营商带宽选择，运营商能够充分依托SDN 技术对用户的资源视图进行自动生成，再借助大数据技术对服务进行定价，再将定价发送到带宽交换点，云服务的消费者和企业同样能够在价格最优的原则下对云服务的运营商进行自主选择。

3 SDN 技术在运营商IP 承载网中的应用实践

除了谷歌公司平台率先在跨数据中心网络中融合SDN 技术的实践外，2015年，中国联通公司提出了一套基于SDN 和NFV技术下的CUBE-NET2.0网络构架，这套新兴的网络构架逐渐成为联通公司的网络重构以及技术转型升级的顶层构架。近两年来，联通公司还致力于CUBE-NET2.0业务的网络创新转型，在2018年3月面向OTT 云网和政企客户发布了云联网的协同新产品，标志着联通企业的网络业务创新，同时也率先在国内开启了运营商向用户提供一体化服务的先河[3]。

4 SDN 技术在运营商IP 承载网应用中的注意事项

根据上面的分析不难看出，将SDN 技术运用到运营商IP 承载网中十分必要，但是由于当前相关技术标准正在逐渐完善，在网络构架演进的过程中还是有很多地方需要我们注意。由于承载网络具有一定的动态性，因此应当立足于网络构架的可靠性和安全性等方面的因素来注意，在此基础上按照阶段进行演进。

首先，利用现有的技术手段对SDN 技术进行改进和完善，通过运营商IP 承载网下的核心和骨干层面对网络设备进行科学部署，不断优化BGP 路由的调度方案，进而实现链路流量实时、灵活的动态化疏导。其次，实现IP 协议和SDN 技术的共存，当逐步对SDN 技术的优越性进行了验证后，将BGP、MPLS 等TCP/IP 协议下传统的技术在IP 承载网中进行融合运用，保留路由传统的计算方式，另外注意不断提升路由性能的综合提高[4]。最后，构建单纯的SDN 构架，在保障了该技术的可靠性和安全性等因素的基础上，将TCP/IP 协议下传统的BGP、MPLS 技术剥离出来，得到单纯的SDN 构架。