SDN技术在运营商IP承载网中的应用实践

高乐文，高丽华，任新宇

（中国移动通信集团设计院有限公司黑龙江分公司，黑龙江 哈尔滨 150080）

1 SDN技术的概念

SDN技术是一种新颖的网络结构，包括基础设施、控制以及应用3个层次。这一概念最初是由斯坦福大学项目研究小组提出的，主要通过Openflow基本技术分离网络设备的数据平台和设备控制，通过将数据层与控制层分开开放编程接口，从而有效控制和透明管理上部网络设备的操作结构，最终实现网络流量的灵活控制，使该平台形成一个完整的网络服务模型。

随着社会经济的不断发展，LTE和5G业务得到了较好发展，因此各项业务接口对IP承载网络的质量及其灵活性提出了更高要求。实际运营过程中，运营商进行了相关测试和场景模拟，希望能够促进SND技术、主流运输技术和现今网络之间的结合，并以此为基础，研究更多SDN衍生技术，以便从多个角度对SDN技术的相关特征进行有效验证。运营商IP承载网络由3个方面组成，在进行实际测试工作的过程中需要认真挑选设备型号，确保其匹配性，并通过多次模拟试验及时发现使用过程中出现的问题进行优化。利用SDN技术优化IP承载网络，能够提高运行的高效性，从而提升其经济效益。

现阶段，IP承载网络用户数量逐渐增加，各大网络运营商越来越关注IP网络基础建设工作。例如，谷歌率先在跨数据中心融入SDN技术，有效促进了SDN技术在IP网络中的运用。通过优化SDN技术，有效提升了谷歌平台数据中心的利用效果和网络稳定性，降低了运营成本[1]。

2 SDN技术发展对运营商IP承载网的影响

目前，通过分布式路由计算，根据传统TCP/IP协议如BGP和MPLS，执行从运营商IP承载网络中流量的切换。网络协议的部署需要人工干预及严格和高度规划的执行，是一个预先规划的静态网络。为了应对网络流量的实时和动态变化，在规划阶段需要整合网络结构和设备能力，以便在服务期内满足最大的流量需要，这意味着网络在非占用时间的使用率很低。PTN网络代表运营商使用的传统IP承载网络，在过去四五年间迅速发展，并为许多基站和收藏服务提供了空间。它的网络特点是统计多路复用、中央质量控制系统和提供电信操作保障的中央网络。而SDN的发展是以智能控制、中央控制以及平台开放为特征，旨在改善互联网客户的体验。目前，SDN技术已经成为大多数IP承载网络应用运营商的一个共同选择，目的是通过更精确和区别化的运输能力来提高传统的PTN网络的成本效益。下面将具体分析SDN技术对IP承载网的影响。

2.1 简洁有效的网络维护管理

SDN架构中的IP承载网络能够通过控制级别积极获取网络设备的状态信息，并自动调整转发级别的转发行为，有利于减少对手动干预的需求，使网络维护的管理更加简单和有效，并减少网络维护的管理费用。

2.2 提高链路实用率，降低网络建设成本

通过SDN技术，IP媒体网络可以有效使用链路调整转发速率，提高链路使用率，使得网络建设投入更具前瞻性和可预测性，并减少建设资金的投入。

3 SDN技术在运营商IP承载网络中的实践意义

3.1 提高网络的使用率

运营商主要利用通信终端和用户终端的峰值预测IP承载网络的带宽和路径。开关和路由器之间的容量相对固定，因此只能根据所述路由器在上行链路和下行链路上的实际故障来重建路径。在操作期间，路径选择竞争和终端之间的资源竞争普遍存在，加大了网络故障的自我修理难度，从而导致执行操作出现故障。这种情况下的网络利用率通常在30%以下。当在IP承载网络中运用SDN技术时，SDN控制器作为网络控制的大脑，对网络有更清晰的结构视图和组织图，可以通过路由器选择、计算操作、降低保护带宽度参数以及进一步澄清网络等行为，保障在发生故障时允许预先计算的备份网络信道中的切换不中断，从而实现以最少的资源达到最佳的网络使用效果。这有利于网络的改善，使网络利用率超过了99.9%。

3.2 提升服务质量

目前，我国运营商IP承载网络中的数据内容、应用以及服务层之间的连接是耦合状态，特征在于固定宽带互联网、云端以及移动通信连接级别都是不同的耦合状态，资源的使用效率低下。SDN技术可以对全局网络组织产生更直观的效应，允许应用层接收反馈的信息，并允许用户从IDC与用户端之间的最佳连接中选择IDE服务器，不仅减少了资源投资，还提高了服务质量。因此，网络多样化是大幅提高网络服务效率的一个重要因素。

服务器感知平衡负荷下的实用场景如下。在运营商IP承载网络中，系统服务器通常能够根据服务器的实际可用性和资源利用情况自行选择服务器，并在服务器下方合理分配负载。但是，这一过程容易忽略网络环境，导致服务器空闲，给某些路线造成拥塞问题，严重影响信息的传输。基于SDN技术的承载网络不仅能够在选择服务器时独立选择目标，而且能够科学使用非活动服务器，实时检测控制器的操作条件，在传输信息的路径中选择高容量路径，并在端部之间平衡数据负载。

3.3 促进网络产品化发展

目前，IP承载网络的数据更新和设置方面发展速度较慢，增加了后期运营工作的资金投入。另外，产品和OSS/BSS等系统之间联系较多。因此，我国的网络产品在不同程度上影响了服务定价，很难满足网络用户的实际需求。

在SDN技术中，控制层和应用层能够促进API之间的自行操作，扩大网络服务的范围。此外，服务领域的创新提高了网络效率，特别是在装载和集中方面，提供了有效的全网络审计服务，满足了各种用户的需要。基于全局应用需求的视觉影响图像，可以为网络资源和网络服务提供更有利的价格，提高操作者的经济利润。实践中，SDN技术的集成提高了运营商的利用率和资金流动性，有效降低了运营的资金投入，为企业创造了一个全新的生态系统，可使网络服务更好地满足用户的需要。在此期间，用户可以根据价格优化原则选择运营商的带宽。运营商能够充分利用SDN技术自动创建用户资源视图，再利用大数据技术加密服务将定价发送到带宽交换点。消费者和云服务公司也可以根据优化价格原则，自由选择云服务运营商[2]。

4 SDN技术在运营商IP承载网中的应用实践

除了Google平台倡议将SDN技术纳入数据中心网络之外，中国联通公司于2015年推出了一套基于SDN和NFV技术的立方Net2.0网络结构。这些结构已逐渐成为网络改组的先进结构，使得我国的技术更具现代化。中国联通公司高度重视创新和转型CUBE-NET2.0业务，2018年3月为OTT客户和企业出版了新的协同CloudNetwork产品，标志着联通企业网络创新的开始，也是我国运营商向用户提供综合服务的第一步。目前，全球多个机构已经成功完成了SDN网络的部署。例如：美国GEN和Internet2、欧盟的FIRE以及日本的JGN2plus等科研机构，完成了基于OpenFlow的网络部署；Google和Facebook等全球互联网公司部署了自己的SDN内部网络，其中Google更是将OpenFlow技术大规模运用在自己的全球数据中心骨干网中。此外，全球各大运营商也在积极尝试将SDN部署在数据中心，如德国电信和日本NTT等运营商。数据中心网络应用SDN技术主要围绕数据中心互联和数据中心内部两种部署场景。例如：在数据中心之间部署基于SDN控制的流量工程；在数据中心内部署SDN技术，实现虚拟机的动态迁移，同时实现网络策略的同步迁移和多租户隔离等。

5 SDN技术在运营商IP承载网应用中的注意事项

将SDN技术应用于运营商的IP承载网络，需要优化和改进相关的技术标准，加大对网络结构演变的重视。由于承载网络相对活跃，应考虑网络结构的可靠性和安全性等因素，并在此基础上分阶段发展。首先，利用现有技术手段优化和改进SDN技术，科学部署中央和骨干层，以优化网络设备和BGP路由编程程序，实现连接业务实时和灵活的动态导向。其次，在逐渐确立SDN技术优势后，完成IP协议和SDN技术的共存，将TCP/IP协议的传统技术如BGP和MPLS等纳入IP承载网络，同时保留传统的路由计算方法，整体改善路由性能。最后，建立一个简单的SDN结构，在TCP/IP协议的框架内提取传统的BGP和MPLS技术，有利于根据技术的可靠性和安全性等要素提供简单的SDN结构。

6 结 论

目前，随着我国信息技术的迅速发展，SDN技术能够使运营商IP承载网络建立的系统更加有效、灵活以及开放，从而实现了网络服务系统化，提高了网络运营服务的整体效率和质量，促进了我国网络产品开发的发展和进步，为使用者提供了丰富、实用以及便捷的网络产品，有效满足了使用者的个性化网络服务需求。