SDN在承載網中的應用探討

呂云輝 李敏 王克信

普天信息工程設計服務有限公司 北京 100088

前言

SDN（Software Dfined Networking，軟件定義網絡）特點是控制層和轉發層的分離、集中控制網絡狀態并通過開放的編程接口來實現底層設施對上層應用的透明化。運營商一般將承載網分為一般的傳輸承載網和IP承載網，本文主要從這兩個方面探討SDN在運營商的承載網的應用。

1 SDN在承載網中的應用優勢

提高鏈路利用率，降低成本。應用SDN技術后，承載網可依據鏈路的實際情況來調整轉發量，并使得承載更加精細化，從而提提升鏈路利用率，進而可以使得網絡建設前瞻性、目的性、可預見性更強，能夠有效降低網絡建設成本。

更有效的網絡維護管理。融入SDN后的承載網，控制層面主動獲取網絡中各設備狀態，并對轉發層面自動動態調整轉發行為。減少人工干預，使維護工作變得更加簡單、有效，大大降低運維成本[1]。

2 SDN在傳輸承載網上的應用

當前PTN網絡是運營商使用的傳輸承載網絡的代表，其特點是統計復用、端到端Qos和集中化的網管，提供了電信級運營保障；而SDN的理念是提升互聯網客戶體驗，特點是智能控制、集中控制和開放的平臺。

SDN在傳輸承載網上實現控制和承載分離，其主要功能包含：采用SDN來響應網絡切片的連接請求、確定SDN域中的組件和訪問點、接收拓撲信息、獲取設備節點狀態、檢測來自協調器的流信息、管理網絡拓撲資源等。運營商需要在現有PTN網絡的基礎上，將SDN技術應用在PTN承載網構建成SPTN網絡，進一步精確的、差異化的承載能力來提高網絡的能力。此網絡具備業務靈活調度、高可靠性、低時延、高精度時鐘、易運維、嚴格QOS保障等屬性。SPTN主要面向城域綜合業務承載的傳送網技術機制，對前/中/回傳、企事業專線/專網、家庭寬帶等高質量要求的業務進行綜合承載。

集中管理和控制的SDN架構：采用基于SDN管控融合架構，支持業務部署和運維的自動化能力，以及感知網絡狀態并進行實時優化的網絡自優化能力。同時，基于SDN的管控融合架構提供簡化網絡協議、開放網絡、跨網絡域/技術域業務協同等能力。網絡SDN集中管控架構，系統由傳送平面、控制平面、管理平面、應用/協同平面組成。應用層通過北向接口使APP軟件承載網絡上應用更加便捷，包括面向運營商的O-APP和未來開放面向用戶的U-APP。通過應用層，可以便捷通過開發應用許多面向工程、運行維護、市場發展需要的軟件，以提高自身效益。控制層包括D-Controller（單域控制器）和S-Controller（多域控制器）：用于分層部署的控制器之間進行資源的協同調度和控制，每層控制器和其他層的控制器之間均可通過層間接口交互。定義基于控制域的網絡級資源信息模型，實現全網控制器分層分域協同控制，上層控制器通過接口對多個下層控制器的網絡資源進行調度。單域控制器具有業務控制、邏輯顯示、路徑計算、優化等功能，多域控制器負責發起對跨域SPTN業務的控制、跨域網絡拓撲發現、跨域業務編排。在此種方式下，可以有效增強承載網的業務保護和業務恢復能力。轉發層要兼顧傳統網絡架構模型，傳統的承載網通過Qx接口與EMS/SNMS連接，采用SDN技術的SPTN網絡則可以直接通過Open Flow/OF-Config接口與控制層連接，轉發層處于最底層，在網管和控制器失效后仍然能具備基本的運行功能。

3 SDN在lP承載網上的應用

SDN可以提升IP承載網的利用率和節約傳輸容量。目前各家運營商都是通過網絡的流量峰值來預測IP承載網路徑和帶寬的預測，其路由器和交換機之間容量是固定狀態，在上行鏈路失敗時，會引起路徑選擇重復和競爭情況，使得網無法自愈，且會引發“重試”失效問題，使得網絡利用率小于30% 。

引入SDN技術后，SDN控制器可以使網絡具有組織和需求全局化的結構視圖，可以自主算路和路徑選擇，同時界定各類網絡行為，能降低保護帶寬的設置率。當網絡出現故障時，可以將流量直接切換至預設的網絡通道中，有效提升了網絡收斂和利用率，可以預測網絡利用率提升到90%以上。一般模式下網絡流量、數據處理主要以IDC之間端到端的通信峰值為依據來設計隧道網格、硬件板卡等，在引進SDN后，通過節點增加的支持Open Flow協議的交換機，根據用戶需求，通過SDN控制器可以對網絡各容量進行實時配置，不僅保證了通信性能，同時節省了傳輸容量。

當前運營商IP承載網其各類數據業務與應用層、服務層間的綁定非常密切，缺乏深層次的調度與平衡，導致網絡利用率不高。SDN技術因其網絡組織形式的全局性以及更加直觀的視圖性，且能將下層級的信息反饋至應用層等特點，能夠使融入SDN技術的承載網絡的整體利用率提升。運營商IP承載網絡下，系統服務器通常能夠按照服務器可用性的實際情況和資源的使用情況進行服務器自主選擇，將服務器下的負載進行合理分擔，這一選擇過程往往容易缺乏對網絡環境的考量，進而導致服務器出現空閑的情況，進而為某些路徑造成擁堵的問題，深刻影響這信息的傳輸效果[1]。基于SDN技術的承載網絡在進行服務器選擇時不僅能夠實現自主選擇的預期目標，同時要能對空閑的服務器進行科學利用，實時感知控制器的工作情況，盡可能在路徑中選擇高容量路徑達到信息傳輸的目的，平衡端對端的數據負載。

4 結束語

SDN技術融入運營商的承載網絡，不論是傳輸還是IP網都能夠提升網絡效率和質量，為5G業務的承載以及后期海里數據業務的承載和處理打下基礎，是承載網絡發展的趨勢。