未來網(wǎng)絡(luò)的sdn虛擬網(wǎng)絡(luò)

未來網(wǎng)絡(luò)的sdn虛擬網(wǎng)絡(luò)

1適用于應(yīng)用層與控制層的北向接口和nfv的互聯(lián)網(wǎng)金融技術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)已進(jìn)入快速變化階段。靈活性、擴(kuò)展性和簡單性將成為未來網(wǎng)絡(luò)的基本特性,用戶按需自助開通質(zhì)量可保證的虛擬網(wǎng)絡(luò)將成為未來網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)。在此背景下,SDN(softwaredefinednetworking,軟件定義網(wǎng)絡(luò))和NFV(networkfunctionvirtualization,網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)技術(shù)的出現(xiàn)使其迅速成為產(chǎn)業(yè)關(guān)注的熱點(diǎn)。如何將軟件化、集中化、虛擬化的思想和技術(shù)引入現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)改造,成為業(yè)界共同思考的問題。SDN是一種軟件集中控制、網(wǎng)絡(luò)開放的三層體系架構(gòu),如圖1所示。應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的呈現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)模型的抽象;控制層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能,集中管理網(wǎng)絡(luò)資源;轉(zhuǎn)發(fā)層實(shí)現(xiàn)分組交換功能。應(yīng)用層與控制層之間的北向接口是網(wǎng)絡(luò)開放的核心,控制層的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)了控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面的分離,是集中控制的基礎(chǔ)。SDN帶來的最大價(jià)值是提高了全網(wǎng)資源使用效率,提升了網(wǎng)絡(luò)虛擬化能力并加速了網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新。集中部署的控制層可完成拓?fù)涔芾?、資源統(tǒng)計(jì)、路由計(jì)算、配置下發(fā)等功能,獲得全網(wǎng)資源使用情況,隔離不同用戶間的虛擬網(wǎng)絡(luò)。應(yīng)用層通過開放的北向接口獲取網(wǎng)絡(luò)信息,采用軟件算法優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度,提高全網(wǎng)的使用率和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量,同時(shí)將虛擬網(wǎng)絡(luò)配置的能力開放給用戶,滿足用戶按需調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的需求,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化。分層的架構(gòu)加速了各層分別進(jìn)行創(chuàng)新。NFV采用虛擬化技術(shù),將傳統(tǒng)的電信設(shè)備與硬件解耦,基于通用的計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)功能。NFV架構(gòu)如圖2所示。NFV有助于提升建設(shè)、管理和維護(hù)的效率。NFV方式下,新業(yè)務(wù)的上線、更新從傳統(tǒng)的硬件建設(shè)過程縮短為軟件加載過程,建設(shè)周期大大縮短。結(jié)合云計(jì)算資源池的規(guī)模優(yōu)勢,可以實(shí)現(xiàn)多種業(yè)務(wù)共享和集中管理,大幅提升管理和維護(hù)效率。SDN和NFV是網(wǎng)絡(luò)連接與網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的關(guān)系,二者共同構(gòu)成了網(wǎng)絡(luò)。SDN是一種網(wǎng)絡(luò)連接技術(shù),與傳統(tǒng)的連接技術(shù)不同(尤其是對比IP網(wǎng)絡(luò)),它采用集中控制、能力開放的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),高效地調(diào)度整網(wǎng)資源,提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化能力;NFV是一種網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)虛擬化技術(shù),將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與硬件解耦,基于通用的服務(wù)器和虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)其網(wǎng)絡(luò)功能,提升管理和維護(hù)效率,增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性。SDN和NFV并不必須相互依存。采用SDN提供網(wǎng)絡(luò)連接時(shí),網(wǎng)絡(luò)功能可以基于傳統(tǒng)的硬件實(shí)現(xiàn)。類似地,采用NFV提供網(wǎng)絡(luò)功能時(shí),網(wǎng)絡(luò)連接可以采用傳統(tǒng)的策略路由或者標(biāo)簽轉(zhuǎn)發(fā)等非SDN轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)。但兩者相互結(jié)合、相互補(bǔ)充,將會發(fā)揮更大的效應(yīng):一方面,通過SDN技術(shù)可以將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能進(jìn)一步拆分,使轉(zhuǎn)發(fā)功能和業(yè)務(wù)功能分離,業(yè)務(wù)功能用NFV實(shí)現(xiàn),如數(shù)據(jù)中心內(nèi)的負(fù)載均衡器設(shè)備,可以將轉(zhuǎn)發(fā)功能卸載到網(wǎng)卡或者OpenFlow交換機(jī)上,而較高級的負(fù)載均衡策略由虛擬機(jī)實(shí)現(xiàn);另一方面,NFV可基于x86通用硬件為SDN的控制和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元提供虛擬機(jī)資源,如采用VM形式的控制器、虛擬路由器。但轉(zhuǎn)發(fā)層面運(yùn)行在虛擬化的x86通用硬件上是否可以滿足性能要求,還需要進(jìn)一步研究和驗(yàn)證。2業(yè)務(wù)開放程度低國家寬帶政策的大力推進(jìn)和LTE高速無線接入技術(shù)的商用部署,使得互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)流量出現(xiàn)急速增長,同時(shí)大量新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)也對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量提出了更高的要求。當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)面臨的問題和挑戰(zhàn)主要表現(xiàn)在以下3個(gè)方面。(1)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化能力缺失云計(jì)算技術(shù)使存儲和計(jì)算資源都逐步實(shí)現(xiàn)了虛擬化,能夠靈活地為用戶提供業(yè)務(wù),動態(tài)地進(jìn)行規(guī)模擴(kuò)展。網(wǎng)絡(luò)作為承載整個(gè)數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)資源,一直未能真正地實(shí)現(xiàn)虛擬化,從而網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)能力很難對外開放并靈活地根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行適配和擴(kuò)展。同時(shí),網(wǎng)絡(luò)資源也很難真正作為一種服務(wù)提供給用戶,往往以帶寬、安全策略、SLA等形式來間接滿足用戶的網(wǎng)絡(luò)相關(guān)需求。(2)網(wǎng)絡(luò)利用率和服務(wù)質(zhì)量的矛盾以傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)為例,無連接和逐跳分布式路由控制的特性,導(dǎo)致整網(wǎng)帶寬很難均衡發(fā)展,利用率高的鏈路難以保證服務(wù)質(zhì)量,利用率低的鏈路存在資源浪費(fèi)。在這種情況下,一方面,網(wǎng)絡(luò)存在整體輕載、局部重載的情況;另一方面,很難保證所承載業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。(3)新技術(shù)引入周期較長傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)引入需要經(jīng)歷漫長的周期,包括技術(shù)預(yù)研、方案制定、標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)、設(shè)備實(shí)現(xiàn)、現(xiàn)網(wǎng)升級/試點(diǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié),將所有環(huán)節(jié)打通往往需要數(shù)年時(shí)間,而且在其發(fā)展過程中還可能出現(xiàn)新的技術(shù)方案將之代替。這樣的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)更新方式周期漫長、成本巨大,而且有很大的不確定性,當(dāng)具備部署條件時(shí)可能原始需求已經(jīng)有所變化。以數(shù)據(jù)中心內(nèi)部組網(wǎng)的二層多路徑技術(shù)TRILL為例,最早在2006年提出問題場景和初步思路,至今仍然處于小規(guī)模試點(diǎn)階段,而且數(shù)據(jù)中心內(nèi)部三層組網(wǎng)結(jié)合虛擬交換機(jī)技術(shù)的出現(xiàn),使得TRILL的未來應(yīng)用前景不甚明朗。綜上所述,通信網(wǎng)絡(luò)在虛擬化、服務(wù)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)效率和新技術(shù)引入等方面面臨挑戰(zhàn)。為了提升網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性、有效性,縮短部署時(shí)間,應(yīng)提升網(wǎng)絡(luò)的軟件化程度和可編程能力,進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)對業(yè)務(wù)的開放程度。SDN和NFV技術(shù)的出現(xiàn)為解決上述問題帶來了曙光。3使用sdn場景目前業(yè)界主要研究在移動核心網(wǎng)、云計(jì)算數(shù)據(jù)中心、IP承載網(wǎng)、傳送網(wǎng)4個(gè)場景中應(yīng)用SDN,具體介紹如下。3.1基于nfv技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)增值架構(gòu)隨著移動數(shù)據(jù)流量的迅猛增長,物聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)、虛擬運(yùn)營商等越來越多的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求出現(xiàn),這既給運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)帶來了擴(kuò)容和運(yùn)維壓力,也要求運(yùn)營商以更低的成本做好流量經(jīng)營,以提升數(shù)據(jù)流量的收入,如構(gòu)建流量識別和分析、內(nèi)容緩存、協(xié)議優(yōu)化、視頻優(yōu)化、頁面適配、流量壓縮等網(wǎng)絡(luò)增值能力。為此,移動網(wǎng)絡(luò)需要構(gòu)建一個(gè)更加開放、靈活、高效的架構(gòu)。一方面,利用NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備和網(wǎng)元功能的緊耦合,實(shí)現(xiàn)硬件資源的高效利用、網(wǎng)絡(luò)功能的快速靈活增強(qiáng);另一方面,利用SDN控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離的架構(gòu),實(shí)現(xiàn)分組核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備控制面和用戶面功能的進(jìn)一步分離,有利于網(wǎng)絡(luò)功能的靈活部署,利用SDN靈活控制路由能力的特性,使得流量按照不同的策略流經(jīng)不同的網(wǎng)絡(luò)增值能力(即Gi業(yè)務(wù)鏈),實(shí)現(xiàn)功能的靈活組合,降低部署成本。3.2虛擬網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成云計(jì)算數(shù)據(jù)中心是當(dāng)前SDN可商用部署的主要場景。SDN組網(wǎng)方案應(yīng)重點(diǎn)滿足虛擬私有云(virtualprivatecloud,VPC)和業(yè)務(wù)鏈(servicechaining)兩種創(chuàng)新的云網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求。VPC要求云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)能夠?yàn)樽鈶籼峁┛勺灾_通、自助配置、自助管理的隔離網(wǎng)絡(luò),具體包括以下4個(gè)方面:·支持租戶即時(shí)開通虛擬網(wǎng)絡(luò);·支持租戶自配置虛擬網(wǎng)絡(luò),包括定義任意的子網(wǎng)IP網(wǎng)段、網(wǎng)段間訪問策略等;·支持租戶自管理虛擬網(wǎng)絡(luò),包括監(jiān)控虛擬網(wǎng)絡(luò)的流量、拓?fù)涞?·租戶之間相互隔離,彼此不可見。VPC要求不同租戶之間的網(wǎng)絡(luò)不僅需要隔離,還要求網(wǎng)絡(luò)之間可以復(fù)用IP地址段、任意創(chuàng)建子網(wǎng)等。現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備受限于VLAN、VRF、虛擬防火墻等性能參數(shù),無法實(shí)現(xiàn)大規(guī)模擴(kuò)展。另外,VPC為租戶提供的虛擬網(wǎng)絡(luò)應(yīng)是抽象的、邏輯的拓?fù)?而不包含物理網(wǎng)絡(luò)信息。虛擬網(wǎng)絡(luò)僅呈現(xiàn)給租戶租用的云主機(jī)之間、網(wǎng)段之間的訪問關(guān)系和網(wǎng)絡(luò)流量情況等,不呈現(xiàn)物理網(wǎng)絡(luò)上VLAN、IP地址、ACL等網(wǎng)絡(luò)信息。以上功能要求在云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面提供網(wǎng)絡(luò)抽象層,將物理網(wǎng)絡(luò)抽象成多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò),并將租戶對邏輯網(wǎng)絡(luò)的操作映射為物理網(wǎng)絡(luò)操作。這一點(diǎn)對于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)來說也是巨大的挑戰(zhàn)。業(yè)務(wù)鏈?zhǔn)荲PC基礎(chǔ)上的增強(qiáng)功能,指租戶按照自有業(yè)務(wù)需求,使幾類流量依次通過不同的網(wǎng)絡(luò)功能網(wǎng)元,達(dá)到業(yè)務(wù)編排的效果。除了為用戶提供隔離的網(wǎng)絡(luò)外,還能提供增值的網(wǎng)絡(luò)服務(wù),包括防火墻業(yè)務(wù)(firewallasaservice,FWaaS)、負(fù)載均衡業(yè)務(wù)(LBaaS)、廣域網(wǎng)VPN業(yè)務(wù)(VPNaaS)等。3.3sdn架構(gòu)的流量工程解決方案IP承載網(wǎng)應(yīng)用SDN的主要場景為廣域網(wǎng)智能流量調(diào)度。廣域網(wǎng)流量調(diào)度包括數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)絡(luò)、城域網(wǎng)、省網(wǎng)、骨干網(wǎng)等場景。雖然不同場景下的流量模型存在差異,但調(diào)度思想類似。以下主要介紹數(shù)據(jù)中心之間的流量調(diào)度。數(shù)據(jù)中心流量分為南北向流量和東西向流量。南北向流量以用戶訪問數(shù)據(jù)中心內(nèi)容為主,東西向流量主要指數(shù)據(jù)中心內(nèi)或跨數(shù)據(jù)中心的同步、備份以及CDN推送流量等。其中,數(shù)據(jù)中心之間的流量主要采用互聯(lián)網(wǎng)承載,一方面,互聯(lián)網(wǎng)流量突發(fā)性大的特征導(dǎo)致同步流量的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量無法保證;另一方面,按照現(xiàn)有路由協(xié)議,無法基于鏈路負(fù)載情況進(jìn)行路由,因此存在部分鏈路擁塞但整網(wǎng)利用率不高的問題?；赟DN架構(gòu)的流量工程解決方案通過控制器感知鏈路帶寬利用率,收集、分析全網(wǎng)流量分布情況,匯總整理后,通過API發(fā)送至流量工程服務(wù)器。流量工程服務(wù)器統(tǒng)一計(jì)算、調(diào)配可用鏈路,并生成轉(zhuǎn)發(fā)路徑下發(fā)給集中控制器,集中控制器(或本地控制器)轉(zhuǎn)換成可執(zhí)行流表后下發(fā)給SDN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,如圖3所示。3.4基于業(yè)務(wù)需求的對外ptn當(dāng)前集團(tuán)客戶專線業(yè)務(wù)主要采用PTN承載,業(yè)務(wù)開通經(jīng)常需要跨多個(gè)不同廠商、不同區(qū)域的網(wǎng)絡(luò),甚至需要跨省互通,業(yè)務(wù)開通需要多個(gè)網(wǎng)管協(xié)作,開通周期長、速度慢,難以實(shí)現(xiàn)精細(xì)化的SLA,很難適應(yīng)現(xiàn)有業(yè)務(wù)快速發(fā)展的需求。進(jìn)一步優(yōu)化集團(tuán)客戶專線產(chǎn)品的運(yùn)營是PTN實(shí)際應(yīng)用的主要目標(biāo)。superPTN(超級PTN)通過業(yè)務(wù)需求驅(qū)動下一代PTN的演進(jìn),主要包括如下3個(gè)主要設(shè)計(jì)需求?！こ壒艿?superpipe):可為集團(tuán)客戶提供靈活可控的大管道,滿足集團(tuán)客戶的個(gè)性化需求,定制開發(fā),提高客戶體驗(yàn)?！こ壷悄?superintelligence):集成智能的路徑計(jì)算以及實(shí)時(shí)流量監(jiān)控功能分析,實(shí)現(xiàn)快速開通部署以及BOD(bandwidthondemand)功能?！こ壣婺芰?supersurvivability):從整網(wǎng)層面提供快速的網(wǎng)絡(luò)保護(hù)和業(yè)務(wù)保護(hù)。超級PTN的技術(shù)基礎(chǔ)是SDN和業(yè)務(wù)感知服務(wù)。SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),具有“控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離”、“設(shè)備資源虛擬化”和“通用硬件及軟件可編程”三大特性,這些特性為傳輸帶來了一系列的好處。在SDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下,可以增強(qiáng)設(shè)備的精細(xì)化QoS功能,提供業(yè)務(wù)感知的服務(wù):一方面可以大大加快超級PTN集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)的開通周期,迅速進(jìn)行業(yè)務(wù)調(diào)整,以適應(yīng)集團(tuán)客戶業(yè)務(wù)發(fā)展的需求;另一方面,感知業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)PTN帶寬的靈活調(diào)整,大大提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。4sdn應(yīng)用研究(1)SDN設(shè)備評測為了提高SDN產(chǎn)品成熟度,2013年中國移動組織了國內(nèi)首次多廠商大規(guī)模、系統(tǒng)性的SDN產(chǎn)品評測,共有國內(nèi)、北美兩地20多個(gè)廠商參加評測。測試報(bào)告對芯片、交換機(jī)、控制器提出了10余個(gè)廠商互通、性能方面的問題以及4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化需完善的問題,主要包括:推動交換機(jī)廠商完善對OpenFlow1.0/OpenFlow1.3等南向接口協(xié)議的支持,推動控制器廠商完善可靠性、廣播/多播等功能,推動芯片廠商擴(kuò)展流表容量。(2)云計(jì)算數(shù)據(jù)中心自主開發(fā)SDN應(yīng)用,結(jié)合開源OpenStack、SDN控制器和交換機(jī),搭建基于SDN的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)租戶自配置、自監(jiān)控、自管理的VPC業(yè)務(wù)需求。同時(shí),結(jié)合NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)虛擬防火墻、虛擬負(fù)載均衡器等功能。(3)IP承載網(wǎng)自主開發(fā)SDN應(yīng)用,搭建基于SDN的IP廣域網(wǎng)絡(luò),通過定期感知網(wǎng)絡(luò)流量情況,動態(tài)調(diào)整不同鏈路的負(fù)載,并按照靈活的調(diào)度算法保證高價(jià)值用戶的服務(wù)質(zhì)量。(4)傳送網(wǎng)開發(fā)SPTN原型系統(tǒng),包括支持OpenFlow轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、開源控制器以及SDN應(yīng)用;與芯片廠商聯(lián)合開發(fā)具有OpenFlow接口的SPTN芯片,支持通過OpenFlow進(jìn)行流表建立和刪除,實(shí)現(xiàn)MPLS-TP轉(zhuǎn)發(fā),并支持PTNOAM和保護(hù)功能。(5)標(biāo)準(zhǔn)化中國移動總體規(guī)劃了SDN的國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)化工作,在ONF、IETF、3GPP、ITU、CCSA等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)起立項(xiàng)、提交文稿,通過標(biāo)準(zhǔn)化的杠桿撬動產(chǎn)業(yè)力量。牽頭推動ONF成立了Carrier-GradeSDN討論組,并推動成為工作組,鞏固了對運(yùn)營商SDN發(fā)展方向的話語權(quán);在IETF提出了SDN