目前企業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)字化成為行業(yè)趨勢(shì)，企業(yè)IT系統(tǒng)逐步向云中遷移，企業(yè)移動(dòng)辦公普及；ICT服務(wù)提供商紛紛構(gòu)建云數(shù)據(jù)中心為各大企業(yè)提供各種云計(jì)算業(yè)務(wù)服務(wù)，云數(shù)據(jù)中心的鏈路接入更加需要廣覆蓋、高帶寬、低時(shí)延、高質(zhì)量、敏捷的廣域網(wǎng)支撐。

現(xiàn)有廣域網(wǎng)架構(gòu)難以匹配用戶(hù)需求

長(zhǎng)期以來(lái)，廣域網(wǎng)所提供的服務(wù)一直存在業(yè)務(wù)提供周期較長(zhǎng)和業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)調(diào)整不靈活等問(wèn)題，這不僅嚴(yán)重影響了用戶(hù)的業(yè)務(wù)應(yīng)用體驗(yàn)，還制約了運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)快速發(fā)展，特別是在業(yè)務(wù)流量快速增加、對(duì)廣域網(wǎng)業(yè)務(wù)需求變化頻繁的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，這個(gè)問(wèn)題更加突出。

公有云、私有云和混合云的云接入以及云間互連的帶寬需求頻繁變化，需要廣域網(wǎng)業(yè)務(wù)更敏捷；基于云的各種移動(dòng)業(yè)務(wù)應(yīng)用、大數(shù)據(jù)，尤其是近來(lái)快速發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)，這些業(yè)務(wù)的流量模式變化快速，事前無(wú)法預(yù)測(cè)，網(wǎng)絡(luò)流量不均衡更加嚴(yán)重，需要廣域網(wǎng)運(yùn)營(yíng)更敏捷；各行業(yè)的云應(yīng)用快速創(chuàng)新和迅速上線，傳統(tǒng)的人工配置模式根本無(wú)法滿(mǎn)足云應(yīng)用的敏捷創(chuàng)新和上線速度，需要廣域網(wǎng)開(kāi)放API，按需開(kāi)發(fā)運(yùn)營(yíng)。這些行業(yè)應(yīng)用趨勢(shì)對(duì)廣域網(wǎng)的架構(gòu)、帶寬、性能以及運(yùn)營(yíng)提出了更高要求。

SDN具備五大特點(diǎn)

為適應(yīng)云時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)新趨勢(shì)對(duì)廣域網(wǎng)的業(yè)務(wù)模式和運(yùn)營(yíng)模式轉(zhuǎn)型提出的新需求，在廣域網(wǎng)中引入SDN成為當(dāng)下優(yōu)化廣域網(wǎng)的重要手段。

SDN作為當(dāng)下全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，其本質(zhì)是控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離，以及控制和管理的集中化、智能化，其主要特征如下。

● 轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離

轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離，軟件與硬件分離，由分布式控制變?yōu)槎鄠€(gè)控制器的相對(duì)集中控制，各層之間采用開(kāi)放的標(biāo)準(zhǔn)接口，采用通用的硬件，硬件只完成必要的轉(zhuǎn)發(fā)。

● 網(wǎng)絡(luò)智能化和管理集中化

路由計(jì)算、業(yè)務(wù)之間邏輯、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等實(shí)現(xiàn)集中的管理和調(diào)度；實(shí)施控制策略軟件化，有利于網(wǎng)絡(luò)的智能化、自動(dòng)化和硬件的標(biāo)準(zhǔn)化。

● 網(wǎng)絡(luò)可編程

網(wǎng)絡(luò)逐步具備開(kāi)放可編程能力，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，網(wǎng)絡(luò)更加靈活，具有靈活的擴(kuò)張性。

● 業(yè)務(wù)定制的軟件化有利于新業(yè)務(wù)的測(cè)試和快速部署。

● 與NFV技術(shù)相對(duì)獨(dú)立又相互協(xié)同，將虛擬網(wǎng)絡(luò)功能作為業(yè)務(wù)能力進(jìn)行調(diào)用和開(kāi)放。

業(yè)界廣泛認(rèn)同的SDN架構(gòu)如圖所示，該模型架構(gòu)分為3層，其中基礎(chǔ)設(shè)施層主要由支持0penFlow協(xié)議的SDN交換機(jī)組成?？刂茖又饕?penFlow控制器及網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)?？刂破魇且粋€(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)向下可以直接與使用OpenFlow協(xié)議的交換機(jī)進(jìn)行會(huì)話(huà)；向上為應(yīng)用層軟件提供開(kāi)放接口，用于應(yīng)用程序檢測(cè)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、下發(fā)控制策略。位于頂層的應(yīng)用層由眾多應(yīng)用軟件構(gòu)成，這些軟件能夠根據(jù)控制器提供的網(wǎng)絡(luò)信息執(zhí)行特定控制算法，并將結(jié)果通過(guò)控制器轉(zhuǎn)化為流量控制命令，下發(fā)到基礎(chǔ)設(shè)施層的實(shí)際設(shè)備中。

圖 業(yè)界廣泛認(rèn)同的SDN架構(gòu)

SDN在廣域網(wǎng)中應(yīng)用有三大優(yōu)點(diǎn)

在筆者看來(lái)，SDN在廣域網(wǎng)中應(yīng)用主要有三大優(yōu)點(diǎn)。

實(shí)現(xiàn)流量均衡調(diào)度

在廣域網(wǎng)上，由于用戶(hù)分布不均、各業(yè)務(wù)并發(fā)特性不同等原因，經(jīng)常存在流量不均衡現(xiàn)象，廣域網(wǎng)鏈路目的端通常是城域網(wǎng)或者是云IDC，其用戶(hù)規(guī)模及業(yè)務(wù)數(shù)量存在巨大差異，幾條鏈路上容易出現(xiàn)流量不均衡情況，嚴(yán)重時(shí)部分鏈路接近擁塞而其余的鏈路還處于輕載狀態(tài)，這種情況經(jīng)常發(fā)生在傳輸網(wǎng)的一級(jí)干線、二級(jí)干線以及云IDC之間的互聯(lián)鏈路上。

鏈路流量不均衡的情況涉及路由、具體業(yè)務(wù)應(yīng)用層以及鏈路質(zhì)量等諸多復(fù)雜問(wèn)題，同時(shí)，在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)快速普及的時(shí)代，流量瞬間動(dòng)態(tài)變化極快，無(wú)法進(jìn)行人工干預(yù)，因此一直困擾運(yùn)營(yíng)商建設(shè)、運(yùn)維技術(shù)人員。

在廣域網(wǎng)上引入SDN智能化管理器，可利用SDN智能化全局管控的能力實(shí)時(shí)收集廣域網(wǎng)中各條鏈路的狀態(tài)信息，以監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，計(jì)算鏈路的利用率及帶寬使用情況，從交換機(jī)、路由器中實(shí)時(shí)獲取網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，為數(shù)據(jù)包計(jì)算出最優(yōu)的、無(wú)碰撞的路徑，并動(dòng)態(tài)地調(diào)整路由以避免網(wǎng)絡(luò)擁塞，從而實(shí)現(xiàn)廣域網(wǎng)傳輸鏈路流量的負(fù)載均衡。同時(shí)還可以利用SDN智能化管理，動(dòng)態(tài)地改變帶寬，加快廣域網(wǎng)鏈路數(shù)據(jù)的傳輸速度。

優(yōu)化廣域網(wǎng)鏈路利用率

目前，根據(jù)通信端到端的網(wǎng)絡(luò)峰值預(yù)測(cè)路徑和通道網(wǎng)絡(luò)帶寬，交換機(jī)、路由器的容量靜態(tài)固定，根據(jù)路由器上行鏈路失效重組路由，路徑選擇會(huì)出現(xiàn)重復(fù)，資源出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)，導(dǎo)致重試和再次失效，網(wǎng)絡(luò)利用率通常小于30%。

利用SDN改進(jìn)后，具備網(wǎng)絡(luò)需求和網(wǎng)絡(luò)組織的全局視圖，可對(duì)所有流量計(jì)算出最佳路徑，確定數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)行為，從而減少保護(hù)性帶寬的需要，一旦出現(xiàn)故障，可根據(jù)錯(cuò)誤導(dǎo)向，改變到另一條預(yù)先計(jì)算好的網(wǎng)絡(luò)路徑。更高的網(wǎng)絡(luò)利用率和更快的網(wǎng)絡(luò)收斂，只需少量的資源即可獲得更高的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，網(wǎng)絡(luò)利用率可穩(wěn)定在70%以上。

在骨干網(wǎng)中有諸多業(yè)務(wù)需要按需動(dòng)態(tài)提供網(wǎng)絡(luò)能力，如云數(shù)據(jù)中心之間平時(shí)需要的帶寬不用太大就能支撐日常的業(yè)務(wù)運(yùn)行，但是當(dāng)有如虛擬機(jī)遷移、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)復(fù)制等業(yè)務(wù)時(shí)，就需要很大帶寬才能滿(mǎn)足業(yè)務(wù)需要，就需要隨時(shí)間動(dòng)態(tài)調(diào)整兩個(gè)IDC之間的網(wǎng)絡(luò)流量帶寬。

傳統(tǒng)模式根據(jù)IDC之間端到端流量的峰值，設(shè)計(jì)固定速率的網(wǎng)絡(luò)帶寬，從而導(dǎo)致了嚴(yán)重低下的帶寬利用率；而引入SDN后，通過(guò)在網(wǎng)格交匯節(jié)點(diǎn)中加入基于OpenFlow的交換機(jī)，云服務(wù)平臺(tái)根據(jù)需求，可通過(guò)SDN的控制層隨時(shí)隨地對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量帶寬容量進(jìn)行重新分配，從而保證網(wǎng)絡(luò)帶寬的性能。相對(duì)于傳統(tǒng)預(yù)留空間方式，新模式為關(guān)鍵通信事務(wù)節(jié)省約65%左右的容量。

在廣域網(wǎng)中可實(shí)現(xiàn)多層次的網(wǎng)絡(luò)管理，采用SDN前，IP網(wǎng)絡(luò)與傳輸網(wǎng)絡(luò)分離，網(wǎng)絡(luò)需通過(guò)不同的工具和不同的技術(shù)組合進(jìn)行管理。采用SDN后，以統(tǒng)一集中、最優(yōu)化的驅(qū)動(dòng)力對(duì)流量進(jìn)行控制，使得流量在網(wǎng)絡(luò)上流轉(zhuǎn)總是恰到好處；網(wǎng)絡(luò)傳輸變?yōu)閯?dòng)態(tài)，主要通過(guò)IP進(jìn)行交互；對(duì)于網(wǎng)絡(luò)流量的優(yōu)化，SDN會(huì)有選擇性地切入，通過(guò)重新配合和連接新網(wǎng)絡(luò)端口增加帶寬、提升性能，減少傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)割接帶來(lái)的影響。

有效提升廣域網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量

目前廣域網(wǎng)的服務(wù)內(nèi)容、應(yīng)用系統(tǒng)、服務(wù)層與網(wǎng)絡(luò)緊耦合，移動(dòng)網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)、固定寬帶等不同領(lǐng)域的網(wǎng)絡(luò)緊耦合，資源利用率低、網(wǎng)絡(luò)性能差。

利用SDN改進(jìn)后，控制層具有全局的網(wǎng)絡(luò)組織視圖，并可把該信息提供給應(yīng)用服務(wù)層，同時(shí)可在用戶(hù)端與IDC及具體服務(wù)器之間，選擇最佳鏈路。只需少量的資源即可獲得更高的服務(wù)質(zhì)量，聚合多種技術(shù)提供服務(wù)，優(yōu)化了如QoS、能耗、利用率等多方面的性能。

在感知網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器負(fù)載均衡中的應(yīng)用場(chǎng)景中，目前，服務(wù)器負(fù)載均衡方式是從服務(wù)器集群中，根據(jù)服務(wù)器的可用性和當(dāng)前資源利用率，選擇服務(wù)器分擔(dān)負(fù)載，而不考慮網(wǎng)絡(luò)因素，這樣會(huì)導(dǎo)致所選服務(wù)器是空閑的，但網(wǎng)絡(luò)路徑擁塞。使用SDN后，可以通過(guò)感知網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的應(yīng)用以及SDN控制器，選擇一條擁有足夠容量的網(wǎng)絡(luò)路徑，從而實(shí)現(xiàn)端到端的負(fù)載均衡，該場(chǎng)景特別適用于對(duì)時(shí)延敏感的業(yè)務(wù)，使其獲得更好的業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)間，有效提升用戶(hù)的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

SDN在廣域網(wǎng)中部署困難猶存

SDN引入廣域網(wǎng)中有諸多益處，但SDN在廣域網(wǎng)部署存在的難題也亟待業(yè)界解決。

● 集中控制的安全問(wèn)題

作為SDN網(wǎng)絡(luò)核心的控制器將成為攻擊的重點(diǎn)，需要解決SDN控制器的防攻擊、冗余備份等問(wèn)題。轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備被多個(gè)控制器控制的場(chǎng)景下，可能面臨控制器假冒、轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備資源非法濫用等風(fēng)險(xiǎn)。

● 控制器和轉(zhuǎn)發(fā)面的性能問(wèn)題

通用化的芯片性能差，定制芯片成本高，OpenFlow協(xié)議需專(zhuān)用化的芯片支撐，以保證控制器和轉(zhuǎn)發(fā)面的性能。

● 端到端控制的協(xié)同問(wèn)題

東西向接口尚未開(kāi)始標(biāo)準(zhǔn)化，跨廠商控制器通用是難題，當(dāng)前的協(xié)同編排層僅解決業(yè)務(wù)策略下發(fā)，端到端的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和路徑計(jì)算難以實(shí)現(xiàn)。

小結(jié)

現(xiàn)階段，在廣域網(wǎng)中全面部署SDN還不太現(xiàn)實(shí)，SDN標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，針對(duì)廣域網(wǎng)的需求缺乏體系化、標(biāo)準(zhǔn)化，可使用的主流廠家解決方案差異性大，私有協(xié)議多，跨廠家互通難度大，現(xiàn)階段只能結(jié)合特定的需求選擇特定的廠商SDN控制器。

隨著SDN技術(shù)的不斷完善，在廣域網(wǎng)中引入SDN技術(shù)應(yīng)用必將全面展開(kāi)，廣域網(wǎng)的性能必定得到很好優(yōu)化，為當(dāng)下快速發(fā)展的云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)應(yīng)用提供更加良好的服務(wù)。