SDN技術(shù)提出背景

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的層次架構(gòu)是運(yùn)營商取得巨大成功的關(guān)鍵，但是隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，封閉的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)置了過多的復(fù)雜協(xié)議，增加了運(yùn)營商定制、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的難度，開發(fā)人員、運(yùn)維人員無法在真實(shí)環(huán)境中快速、規(guī)模部署新協(xié)議。同時(shí)，隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)及5G時(shí)代的到來，網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)快速增長的趨勢，用戶對流量的需求不斷擴(kuò)大，4K、VR等新型業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)，增加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN），是由美國斯坦福大學(xué)clean slate研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，通過將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用創(chuàng)新提供了良好的平臺。SDN技術(shù)能夠有效降低設(shè)備負(fù)載，協(xié)助網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商更好地控制基礎(chǔ)設(shè)施，降低整體運(yùn)營成本，成為最具前途的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一，被 MIT 列為“改變世界的十大創(chuàng)新技術(shù)之一”。OpenFlow是這個(gè)體系的具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)之一，是影響最廣泛的、唯一標(biāo)準(zhǔn)化的一種協(xié)議。

SDN架構(gòu)和特點(diǎn)

SDN是一種軟件集中控制、網(wǎng)絡(luò)開放的三層體系架構(gòu)。從邏輯上來看，主要包含基礎(chǔ)設(shè)施層、控制層和應(yīng)用層。其中，應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的呈現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)模型的抽象；控制層實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)功能，集中管理網(wǎng)絡(luò)資源；基礎(chǔ)設(shè)施層實(shí)現(xiàn)分組交換功能。應(yīng)用層與控制層之間的北向接口是網(wǎng)絡(luò)開放的核心，控制層的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)了控制面與基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)發(fā)面的分離，是集中控制的基礎(chǔ)。

SDN最主要的特征就是集中化的網(wǎng)絡(luò)控制、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離、開放的可編程接口。

將基礎(chǔ)硬件與業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)分離，其硬件僅負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和存儲，因此可以采用相對廉價(jià)的通用設(shè)備構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施；此外，將控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離后，更利于網(wǎng)絡(luò)的集中控制，使得控制層獲得網(wǎng)絡(luò)資源的全局信息，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行資源的全局調(diào)配和優(yōu)化，如流量工程、負(fù)載均衡等；同時(shí)，集中控制還使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可在邏輯上，被視作是一臺設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行和維護(hù)，無須對物理設(shè)備進(jìn)行現(xiàn)場配置，從而提升了網(wǎng)絡(luò)控制的便捷性，將業(yè)務(wù)開通時(shí)間由“周”縮短為“秒”。

開放接口是通過開放的南向和北向接口，能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的無縫集成，使得應(yīng)用能告知網(wǎng)絡(luò)如何運(yùn)行，才能更好地滿足應(yīng)用的需求。比如網(wǎng)絡(luò)的帶寬、時(shí)延需求，計(jì)費(fèi)對路由的影響等。另外，支持用戶基于開放接口，自行開發(fā)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)并調(diào)用資源，加快新業(yè)務(wù)的上線周期等。

SDN帶來的最大價(jià)值在于給應(yīng)用提供了一種手段，可以讓網(wǎng)絡(luò)跟應(yīng)用聯(lián)動。在不同的場景下，它可以解決不同的問題。具體到運(yùn)營商大網(wǎng)，它可以提高全網(wǎng)資源使用效率，輔助提升了網(wǎng)絡(luò)虛擬化能力并加速網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新。集中部署的控制層可完成拓?fù)涔芾?、資源統(tǒng)計(jì)、路由計(jì)算、配置下發(fā)等功能，獲得全網(wǎng)資源使用情況，隔離不同用戶間的虛擬網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)網(wǎng)化。應(yīng)用層通過開放的北向接口獲取網(wǎng)絡(luò)信息，采用軟件算法優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度，提高全網(wǎng)的使用率和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，同時(shí)將虛擬網(wǎng)絡(luò)配置的能力開放給用戶。滿足用戶按需調(diào)整網(wǎng)絡(luò)的需求，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化。分層的架構(gòu)加速了各層分別進(jìn)行創(chuàng)新。

SDN技術(shù)的實(shí)現(xiàn)與部署

SDN技術(shù)對設(shè)備提出了標(biāo)準(zhǔn)化北向接口（從SDN的整體架構(gòu)來看是南向接口）的需求，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理方式和風(fēng)格各不相同，除了硬件采購成本居高不下，備件及日常運(yùn)維成本難以降低，也不利于運(yùn)營商自身（或委托第三方）開發(fā)應(yīng)用程序，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行自動化運(yùn)維、管理和業(yè)務(wù)創(chuàng)新，如流量計(jì)費(fèi)、流量優(yōu)化、秒級流量監(jiān)控等。

NetConf、Openflow和Restful API都是標(biāo)準(zhǔn)接口選項(xiàng)，但是由于NetConf、Restful API都還依賴于廠商適配，所以O(shè)penFlow成了一個(gè)較好的選擇。互聯(lián)網(wǎng)公司有大量的業(yè)務(wù)需求，逐漸都從租用電信機(jī)房走向自建數(shù)據(jù)中心的道路，也成了OpenFlow技術(shù)的有力推動者。

SDN交換機(jī)底層需要交換機(jī)芯片的支持，傳統(tǒng)交換芯片應(yīng)用在SDN領(lǐng)域遇到了很多問題，具體表現(xiàn)在：

1.表項(xiàng)規(guī)格不夠，OpenFlow交換機(jī)希望取代傳統(tǒng)設(shè)備的位置，必須達(dá)到相同的業(yè)務(wù)處理能力，傳統(tǒng)設(shè)備一般可以支持幾萬條二層轉(zhuǎn)發(fā)表、幾萬條三層路由表。業(yè)界廠商通常使用TCAM來實(shí)現(xiàn)OpenFlow交換機(jī)，交換芯片通常只會內(nèi)嵌幾千條TCAM流表，這給OpenFlow交換機(jī)的應(yīng)用場景帶來了很大的限制。

2.不同廠商的交換芯片軟件接口不一致，這在交換芯片層面并不符合SDN的理念，給設(shè)備商開發(fā)帶來了數(shù)倍的工作量，產(chǎn)品化的時(shí)間也大大加長。業(yè)界希望交換芯片也有類似OpenFlow概念的通用SDK接口。

3. 隨著ICT技術(shù)的高速發(fā)展，5G時(shí)代也出現(xiàn)了新的報(bào)文封裝格式，比如下一代前傳網(wǎng)絡(luò)接口 （NGFI）技術(shù)，其協(xié)議當(dāng)前處于草案階段，報(bào)文的封裝格式并沒有確定。傳統(tǒng)交換芯片由于流水線固定，只能支持已知的報(bào)文格式，無法識別和轉(zhuǎn)發(fā)未知的格式類型，從而對交換芯片提出了新的需求，如需要支持一定的可編程性、可重構(gòu)性。

4.更重要的，SDN是一種類似于民主集中制的架構(gòu)，上層的有效決策，需要底層硬件為它提供更多的網(wǎng)絡(luò)感知手段，獲取網(wǎng)絡(luò)各種狀態(tài)信息，這也是傳統(tǒng)芯片做得不到位的地方。

烽火通信解決多個(gè)技術(shù)難題

烽火通信早在2010年就開始研究SDN技術(shù)，2012年開始全面投入SDN研發(fā)，借助自身芯片設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)，并與國際、國內(nèi)芯片開發(fā)公司進(jìn)行了深入的合作，在此基礎(chǔ)上成功解決了多個(gè)困擾SDN網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)難題。在規(guī)格方面，交換芯片通過N-FLOW技術(shù)、低成本SRAM表項(xiàng)技術(shù)、靈活的TCAM接口技術(shù)、優(yōu)化的查找技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大規(guī)模流表表項(xiàng)規(guī)模，解決大規(guī)格用戶認(rèn)證問題；攜手合作伙伴深度挖掘交換芯片功能，將OpenFlow的流表適配到二層轉(zhuǎn)發(fā)表和路由轉(zhuǎn)發(fā)表中，進(jìn)一步解決了SDN落地規(guī)格的限制問題；為了應(yīng)對SDN網(wǎng)絡(luò)靈活部署業(yè)務(wù)、適應(yīng)未來新業(yè)務(wù)的需求，雙方正致力于從芯片層面解決可編程問題，增加專門的OpenFlow處理流水線，可匹配二層到四層任意字段，任意多次流表跳轉(zhuǎn)環(huán)回；通過匹配指定字節(jié)段來識別新的報(bào)文封裝，任意編輯二層到四層報(bào)文內(nèi)容，來封裝新的報(bào)文格式，適應(yīng)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)新的發(fā)展需要。同時(shí)，在芯片中增加了很多應(yīng)用感知并上報(bào)的能力，如大象流檢測、擁塞檢測、延時(shí)檢測、基于芯片的鏈路故障檢測和自愈等等。可以讓控制器及時(shí)得到更多信息來進(jìn)行判斷和調(diào)整。

烽火通信目前已擁有SDON、SPTN、SIPRAN等專有解決方案，提供覆蓋傳輸、數(shù)通、接入領(lǐng)域的所有SDN轉(zhuǎn)發(fā)、控制、應(yīng)用層產(chǎn)品。目前，烽火通信已在轉(zhuǎn)發(fā)面、南向接口、控制器、北向接口和應(yīng)用層等方面掌握了核心技術(shù)。烽火SDN產(chǎn)品在運(yùn)營商的系統(tǒng)測試與現(xiàn)網(wǎng)實(shí)踐中成效顯著，多次參與運(yùn)營商和標(biāo)準(zhǔn)化組織的測試。從2015年至今，在北京、河北、江蘇、福建、廣東、湖北、新疆等地成功部署SDN網(wǎng)絡(luò)商用試點(diǎn)，在國際市場上與Telefonica、TM等電信巨頭有項(xiàng)目合作案例。未來，烽火將會持續(xù)關(guān)注SDN技術(shù)發(fā)展并且豐富和完善解決方案，促進(jìn)全球SDN產(chǎn)業(yè)的繁榮發(fā)展。