中國聯通169網絡SDN化改造的成果與經驗

唐雄燕 馬季春 曹暢 張帥

摘要：基于SDN技術，中國聯通利用現有網絡能力，以差異化保障為抓手，開放運營，以業務為驅動，推進China169骨干網、城域網接入網、國際出口的SDN化部署。重點介紹了中國聯通169網SDN化改造整體思路，相關的技術特點及方案優勢。分析表明，該方案的創新有效提升寬帶網絡資源的利用率，挖潛網絡價值，通過網絡能力開放和合作，推動產業鏈健康發展。

關鍵詞：骨干網;SDN;169網絡

1? ?引言

近年來，在個人及政企市場，隨著以4K、8K、VR（Virtual Reality，虛擬現實）為代表的大帶寬視頻業務，以應用上云為代表的云網融合業務，以及以車聯網為代表的超低時延業務的蓬勃發展，客戶對數據網絡的要求越來越嚴格，在超大連接、超低時延、超大帶寬等方面均提出了新的要求[1]。同時，網絡需要為不同的業務提供差異化的服務保障（如帶寬、時延保障等），既滿足政企業務快速交付，又要降低網絡維護復雜性。上述這些變化均給數據網的管理和控制帶來了挑戰，包括運營商在內的產業各界專家也都針對該問題進行了細致的研究。SDN技術可以最大限度地增強業務的控制面板，同時簡化數據層轉發設備，并輔之以靈活開放的業務接口，是用來解決復雜網絡保障和加快業務部署的有效手段[2]。

中國聯通在廣域數據網上，率先大規模引入SDN技術，通過網絡控制器和業務編排器實現對公眾互聯網業務的應用加速，對各種網絡資源和網絡能力進行抽象和封裝，靈活組合，為業務的開發提供標準的API接口，開放網絡能力，實現業務的快速編排、下發和調整，為不同的業務和用戶提供差異化的網絡保障，取得了良好的收效，本文將結合中國聯通在169網絡的SDN改造過程，詳細闡述其方案、收效和意義。

2? ?中國聯通169網SDN化改造整體思路

中國聯通在2015年提出了下一代網絡轉型的總體目標和新型網絡架構Cube-Net2.0[3]，并在2018年結合AI等技術升級為Cube-Net2.0+[4]，該架構以泛在超寬帶網絡為基礎，并引入云計算、軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）技術進行網絡的重構和改造，使得基礎網絡具備開放、彈性、敏捷等新的技術特征，形成網絡即服務（NaaS）的架構理念。根據Cube-net 2.0+的思路，中國聯通數據網的建設目標是統一控制平面，逐步實現多網融合，并為最終提供端到端網絡隨選能力[5]。

在該目標架構中，各網絡域內按照SDN化改造的節奏單獨部署控制器，實現域內網元的集中控制，并且按照大區、省級、地市等管理單元設置不同的業務入口（Portal）以便分級的管理[7]。在集團層面，169網、A網等全國廣域數據網SDN化統一部署，并且與現有OSS/BSS系統實現對接。

3? ?169網絡SDN化改造情況

China169網作為中國聯通互聯網業務最重要的品牌，承載了中國聯通絕大多數寬帶網用戶、信息源和互聯網流量，對實現集團公司戰略目標與國家信息化發展戰略具有重要作用[6]。下面將按照169骨干網、城域網接入和國際出口分別進行闡述。

3.1? China169骨干網SDN化部署

中國聯通針對China169網絡的實際情況，根據互聯網業務的差異化需求，確定了通過SDN技術實現對網絡流量的精細化分析與調控，通過BGP（Border Gateway Protocol，邊界網關協議）路由控制、SR-TE（Segment Routing-Traffic Engineering，分段路由流量工程）等技術實現流量流向疏導、差異化質量保證等需求的技術方案。同時，通過研發SDN+SR-TE流量調度功能，精細控制骨干網中的業務流量路徑，實現骨干網內客戶的差異化服務。并且，通過自研的大規模網絡信息采集系統功能，即BGP-LS實時采集網絡拓撲與質量數據。通過業務路徑規劃系統功能，采用CSPF（Constrained Shortest Path First，約束最短路徑優先）算法計算基于特定約束條件（主要包括：鏈路帶寬、鏈路狀態、鏈路Cost值、鏈路時延、QoS時延需求、QoS帶寬需求等）下的最短時延路徑，同時建立SR-TE隧道，將不同業務流量疏導入不同隧道，以實現對于不同業務的差異化服務。在建立路徑時同時建立備用路徑，實現主用路徑故障時的快速倒換。China169骨干網SDN化改造的部署方案如圖2所示。

3.2? 城域網接入的SDN化部署

城域網接入SDN化架構示意圖如圖3所示，該架構具有良好的開放性和可擴展能力，中國聯通自研的SDN設備控制器可支持NetConf協議，也可采用Telnet/SSH協議的CLI方式對設備進行控制。可實現在傳統城域網的高品質通道的自動化開通，隨著傳統城域網向智能城域網演進，可通過城域網編排協同器與SDN網絡協同，實現更加智能、豐富的高品質業務保障功能。

3.3? 國際出口的SDN化部署

目前中國聯通國際出口帶寬峰值利用率較高，流量分布不均，已經影響國際互聯網業務質量。目前的路由策略是只接入某節點的用戶的國際流量只通過此節點轉接，即使這個國際出口已經很擁堵，同時其余節點還有空余帶寬，也不會將流量分流到其余節點，通過傳統IP手段的調整，難以做到國際出口各個節點間的流量均衡，同時也難以依據網絡流量的實時狀況調整流量策略。

在對問題進行詳細分析的基礎上，中國聯通通過SDN精細控制國際出口相關的BGP路由條目的方式，解決傳統方法難以實現依據網絡狀況實施進行流量均衡的問題，如圖4所示：

通過自研的網絡路由與流量分析的系統功能，可實現對國際出口流量的實時精準監測，同時可實現對不同客戶、不同業務流量的統計與趨勢分析。依據網絡運行狀況，向網絡維護人員發出擁堵預警，并基于算法進行流量優化方案計算，提出多種優化方案并進行優化效果展示，可供維護人員選擇。同時可以依據網絡狀況動態調整網絡流量的QoS設置，保證國際出口用戶的差異化服務需求。通過SDN的精細控制，流量調整粒度可以細至單條路由，同時可以實現流量的秒級調整[8]。

3.4? 商業應用特點

結合上述三個案例，通過SDN技術，中國聯通對網絡進行端到端的調整與優化，實現對高品質業務保障產品的商業化部署。網絡的改造只是第一步，在此基礎上，中國聯通通過與服務提供商（Service Provider）的合作，以創新業務模式，已經可為用戶提供如互聯網直通車產品等服務[9-10]。其主要優勢在于：為特定用戶的特定業務分配獨立邏輯通道，提供質量保障。合作方（內容提供商CP/服務提供商SP）一點接入，可提供全網服務或指定省分服務;提供友好的自助服務界面，為ToB（企業）、ToI（產業）、ToC（客戶）等不同的業務場景提供可定制的業務產品，實現了用戶自服務，滿足高帶寬視頻、游戲加速等高品質業務的保障需求。

4? ?方案優勢和技術特點

在China169網絡改造過程中，中國聯通運用一系列SDN技術，取得了良好的效果，具體表現為：

（1）業界首創在超大型互聯網中采用SDN技術實現商業化部署

本方案在超大型互聯網骨干網中引入SDN技術，同時首次引入Segment Routing技術，具有技術領先性。而且，對于特定業務的路徑疏導、時延優化不會影響網絡中的其他互聯網業務的正常運行，具有較高的穩定性。同時，本方案支持對于SDN控制器的再次開發，可不斷提升與開放網絡能力，以適應業務需求的發展與變化。如互聯網直通車產品從用戶側開始建立獨立的通道，接入網、城域網配置相應的QoS策略和帶寬保障，在骨干網側通過SDN控制器優化轉發路徑縮短延時，從而有效保障網絡忙時（擁塞時）特殊業務體驗。

（2）業界率先實現大規模網絡端到端協同，能力分級封裝，提升網絡價值

中國聯通利用SDN技術實現新業務快速靈活部署，通過對China169網絡、IP城域網、接入網、家庭網絡等各級網絡實現大規模端到端協同，并對網絡能力進行分級封裝，可對服務提供商（SP）開放網絡能力，滿足客戶的差異化需求。封裝的網絡能力包括：帶寬保障能力，即為特定業務、特定用戶提供可定制化的帶寬保障，不受簽約帶寬的限制;優先分發能力，即通過為特定業務部署優先的QoS級別，保障特定應用在網絡上的優先轉發;時延保障能力，即通過SDN SR技術，實現智能選路，大大縮短特定業務的端到端網絡時延。通過對以上的能力封裝，對服務提供商（SP）開放網絡能力，打造如互聯網直通車等創新性產品，進一步提升寬帶網絡價值。滿足高帶寬視頻、游戲加速等高品質業務的保障需求。

（3）架構開放，以業務創新為驅動，推動網絡演進和IPv6的規模化部署

在SDN控制器開發方面，中國聯通進行了自主研發和技術創性。當前，業界應用的SDN控制器廠家一般只對本廠家設備具備控制能力，而位于SDN控制器之上的業務系統與SDN控制器也具有很緊密的耦合性。該種系統架構設計在業務、功能、網絡的擴展性方面很差，架構擴展性差，該架構下的網絡能力開放性和彈性不足，難以適應業務彈性適配的需求。為了解決以上問題，中國聯通采用了自主研發的全新的全解耦網絡架構，通過業務系統的北向API接口可實現與其他系統的對接和相互調用;通過定義和實現業務系統的南向接口Yang模型，控制器只需要實現該接口就可以和進行業務系統整合通過規范化轉發層的設備配置模板，實現了控制器對多廠家設備的統一管理，極大地提升了整體架構在不同應用場景，不同網絡規模下的實用性、擴展性和開放性。創造性地實現了異構控制器的HA協同，保證了控制系統的可用性和靈活性。

本方案提出的創新業務的開展需要為客戶或用戶分配IP地址，受IPv4地址空間限制，部分省份需要采用IPv6的方式進行方案部署。為此，中國聯通制定了兼容IPv6的解決方案。自2018年以來，中國聯通積極推進IPv6的規模化部署，已基本完成IP網絡的IPv6改造。隨著該產品的應用和推廣，能夠有效推進IPv6的規模化部署。

5? ?結論

中國聯通數據網SDN化改造，在理論和實踐上進行創新突破，提升了中國聯通IP網絡業務價值及網絡承載效率，為數億互聯網用戶提供了高質量互聯網服務，支撐中國聯通公眾互聯網業務、家庭互聯網業務拓展與差異化發展，并能夠保障高品質業務的快速轉發，提升用戶體驗。該方案部署于服務全國31省的超大型骨干互聯網，控制上百個節點，2 000余條鏈路，同時具備不斷擴展網絡規模、增加業務種類的能力。在國際出口的流量調度實現了T級流量的均衡調優，解決了網絡流量不均的問題，節省了百G以上的國際出口帶寬資源，提升了網絡投資有效性。該方案和產品的創新，有效提升了寬帶網絡資源的利用率，挖潛了網絡價值，通過網絡能力開放和合作，推動產業鏈健康發展。同時，該產品也為IPv6技術的應用提供了切實可行的應用場景，能夠有效促進IPv6規模改造。

參考文獻：

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