SDN在承载网中的应用探讨

吕云辉 李敏 王克信

普天信息工程设计服务有限公司 北京 100088

前言

SDN（Software Dfined Networking，软件定义网络）特点是控制层和转发层的分离、集中控制网络状态并通过开放的编程接口来实现底层设施对上层应用的透明化。运营商一般将承载网分为一般的传输承载网和IP承载网，本文主要从这两个方面探讨SDN在运营商的承载网的应用。

1 SDN在承载网中的应用优势

提高链路利用率，降低成本。应用SDN技术后，承载网可依据链路的实际情况来调整转发量，并使得承载更加精细化，从而提提升链路利用率，进而可以使得网络建设前瞻性、目的性、可预见性更强，能够有效降低网络建设成本。

更有效的网络维护管理。融入SDN后的承载网，控制层面主动获取网络中各设备状态，并对转发层面自动动态调整转发行为。减少人工干预，使维护工作变得更加简单、有效，大大降低运维成本[1]。

2 SDN在传输承载网上的应用

当前PTN网络是运营商使用的传输承载网络的代表，其特点是统计复用、端到端Qos和集中化的网管，提供了电信级运营保障；而SDN的理念是提升互联网客户体验，特点是智能控制、集中控制和开放的平台。

SDN在传输承载网上实现控制和承载分离，其主要功能包含：采用SDN来响应网络切片的连接请求、确定SDN域中的组件和访问点、接收拓扑信息、获取设备节点状态、检测来自协调器的流信息、管理网络拓扑资源等。运营商需要在现有PTN网络的基础上，将SDN技术应用在PTN承载网构建成SPTN网络，进一步精确的、差异化的承载能力来提高网络的能力。此网络具备业务灵活调度、高可靠性、低时延、高精度时钟、易运维、严格QOS保障等属性。SPTN主要面向城域综合业务承载的传送网技术机制，对前/中/回传、企事业专线/专网、家庭宽带等高质量要求的业务进行综合承载。

集中管理和控制的SDN架构：采用基于SDN管控融合架构，支持业务部署和运维的自动化能力，以及感知网络状态并进行实时优化的网络自优化能力。同时，基于SDN的管控融合架构提供简化网络协议、开放网络、跨网络域/技术域业务协同等能力。网络SDN集中管控架构，系统由传送平面、控制平面、管理平面、应用/协同平面组成。应用层通过北向接口使APP软件承载网络上应用更加便捷，包括面向运营商的O-APP和未来开放面向用户的U-APP。通过应用层，可以便捷通过开发应用许多面向工程、运行维护、市场发展需要的软件，以提高自身效益。控制层包括D-Controller（单域控制器）和S-Controller（多域控制器）：用于分层部署的控制器之间进行资源的协同调度和控制，每层控制器和其他层的控制器之间均可通过层间接口交互。定义基于控制域的网络级资源信息模型，实现全网控制器分层分域协同控制，上层控制器通过接口对多个下层控制器的网络资源进行调度。单域控制器具有业务控制、逻辑显示、路径计算、优化等功能，多域控制器负责发起对跨域SPTN业务的控制、跨域网络拓扑发现、跨域业务编排。在此种方式下，可以有效增强承载网的业务保护和业务恢复能力。转发层要兼顾传统网络架构模型，传统的承载网通过Qx接口与EMS/SNMS连接，采用SDN技术的SPTN网络则可以直接通过Open Flow/OF-Config接口与控制层连接，转发层处于最底层，在网管和控制器失效后仍然能具备基本的运行功能。

3 SDN在lP承载网上的应用

SDN可以提升IP承载网的利用率和节约传输容量。目前各家运营商都是通过网络的流量峰值来预测IP承载网路径和带宽的预测，其路由器和交换机之间容量是固定状态，在上行链路失败时，会引起路径选择重复和竞争情况，使得网无法自愈，且会引发“重试”失效问题，使得网络利用率小于30% 。

引入SDN技术后，SDN控制器可以使网络具有组织和需求全局化的结构视图，可以自主算路和路径选择，同时界定各类网络行为，能降低保护带宽的设置率。当网络出现故障时，可以将流量直接切换至预设的网络通道中，有效提升了网络收敛和利用率，可以预测网络利用率提升到90%以上。一般模式下网络流量、数据处理主要以IDC之间端到端的通信峰值为依据来设计隧道网格、硬件板卡等，在引进SDN后，通过节点增加的支持Open Flow协议的交换机，根据用户需求，通过SDN控制器可以对网络各容量进行实时配置，不仅保证了通信性能，同时节省了传输容量。

当前运营商IP承载网其各类数据业务与应用层、服务层间的绑定非常密切，缺乏深层次的调度与平衡，导致网络利用率不高。SDN技术因其网络组织形式的全局性以及更加直观的视图性，且能将下层级的信息反馈至应用层等特点，能够使融入SDN技术的承载网络的整体利用率提升。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[1]。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。

4 结束语

SDN技术融入运营商的承载网络，不论是传输还是IP网都能够提升网络效率和质量，为5G业务的承载以及后期海里数据业务的承载和处理打下基础，是承载网络发展的趋势。