SDN在IP网络演进中的作用

许秀明 王敏

摘要：目前，SDN正在逐步实现从理论到标准、从技术到产品、从部署到服务的过程。业界从数据中心、骨干网、接入网、移动核心网等多种应用场景研究SDN的应用与实践。从IP网络的角度来看，传统网络在流量控制、路由优化、业务差异化调度等方面面临挑战。传统的分布式路由计算网络架构难以满足日益增长的网络业务和质量要求。本文分析了SDN在IP网络演进中的作用。

关键词：SDN；IP网络演进；作用

1 SDN的基本简介

SDN是Software Defined Network的缩写，中文翻译为软件定义网络。它是网络虚拟化的一种实现方法。SDN以OpenFlow技术为核心，将网络设备的数据面和控制面分离，从而更灵活地控制网络流量，提高网络流量的灵活性。智能化、经济化，结合NFV（Network Function Virtualization网络功能虚拟化）技术，使传统的网络运行更加顺畅、高效。NFV特别是指在标准计算机服务器和相关的存储和交换设备上运行基于虚拟机的多租户网络功能或应用程序。这包括会话控制应用程序（例如IMS）和具有数据平面处理能力（例如EPC）的服务控制器，以及数据平面分组转发能力（例如以太网交换或IP路由）。

2 SDN的起源发展

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是清白项目开发团队研究的一种创新的网络体系结构模型。它可以实现控制平面与转发平面的分离，底层网络设备完成数据转发处理，集中控制器控制转发方式和业务逻辑，从而实现对网络流量的灵活控制，使网络更加智能化。SDN的三个主要特点如下:

（1）控制层和转发层分离；（2）统一架构和开放的接口；（3）集中化、自动化网络控制。

SDN技术在未来光传送网的应用价值如下：

1)统一的北向接口和开放的API改变了传统的网管集中运行方式。随着手机等智能终端的普及和发展，通过预装各种管理维护APP，可以实现网络运维管理的在线运行，提高效率。

2)它简化了网络部署，为客户带来了新的网络体验。通过SDN的集中控制和控制转发分离，可以大大减少网络部署和开通链路，缩短网络运维时间，通过集中动态控制，充分利用现有传输网络流量，提高带宽利用效率。

3)根据不同的网络的详细操作,更多的业务访问是通过开放的和可编程的实现南北接口,方便运营商开始有针对性的业务,满足不同客户的需求,提高用户感知体验,扩大运营商的服务业务范围,增加运营商的经济收入。

4)统一的网络体系结构和接口标准可以实现跨领域、跨工厂的设备协作，打破原有的网络技术壁垒，使管理和维护更加高效。

3 SDN在IP网络演进中的作用

3.1 流量均衡调度

在IP Wan中，由于用户分布不均和服务的特殊性，经常会出现本地流量不平衡的情况。网络区域B的流量流入网络区域a，流量在链路1~链路3上共享。交通的目的地可以是每个人，也可以是IDC。由于用户规模或业务的巨大差异，这些线路的流量容易出现不均衡。当情况严重时，部分线路发生拥塞，部分线路仍处于轻负荷状态。这种现象很容易出现在国际互联电路、国内运营商与国内骨干网省级电路之间的互联电路场景中。本地网络流量的不均衡涉及到路由、流量和业务级别等诸多复杂因素。因此，它一直是困扰运营商的难题。RR+的出现使路由的集中管理成为可能。

3.2 信号IP的切换

这里所说的切换就是节点的信号选择和变化过程。在SDI矩阵交换系统中，矩阵面板发送交换命令后，矩阵交点将信号源总线与相应的输出总线连接起来，SDI信号沿着电子电路到达目标设备。在信号IP网络中，信号交换是由目标节点来实现的，也就是说依赖于外围设备。也就是说，在IP网络中，为了将信号切换到目标节点(即信号接收设备)，由SDN控制器(稍后描述)控制目标节点。目标节点向支持该协议的交换机发送新的请求，交换机引擎向该节点发送新的请求，从而实现IP信号的切换。IP信号交换完成后，目标节点必须继续发送请求，以保持IP信号不间断。否则，交换机认为目标节点不再需要该信号，直接停止发送。从这个过程中，IP信号确实被目标节点交换。在信号IP网络中，外围设备不仅需要物理数据，还需要与SDN控制器交换指令。在网络方面，这两种数据可以组织成双网络、单网络和混合网络结构。目标节点如何知道何时更改请求以及请求哪个新地址?这就需要一个类似于SDI矩阵控制系统的控制器，即SDN控制器。

3.3 网络演进

尽管网络中引入NFV和SDN是必然的趋势，但这种演变并不是立即发生的，每个网络都以不同的方式实现。现有的网络由多个为终端用户服务的网络应用程序组成，这些应用程序基于专用硬件，并且可以被广泛的终端用户通过接入层网络设施访问。为了应对越来越多的复杂业务，及时响应用户的服务需求，根据不同的需求合理分配带宽，保证时延在用户要求的范围内，传统的网络很难满足这些要求。然而，SDN和NFV的特性可以满足网络的特殊需求。

对于大量的移动终端用户、不可预测的应用程序和快速变化的流量模式，一些网络功能被虚拟化，而另一些则保留在物理网元中。工作时间内，企业网络流量主要为实时语音和视频通信；夜间主要为数据备份和数据统计系统流量。

4 对SDN+IP 在制作域的思考

IT和IP在压缩传输领域得到了很好的推广和应用，带来的好处不必赘述。然而，IP能否取代SDI，能否满足生产领域对实时性、稳定性和方便性的要求，成为近年来争论最多的话题之一。基带视频IP作为一个新生事物，自然有一个从产生到成长、成熟到完善的过程。目前，还有许多问题没有解决。首先，由于IP网络采用面向面的组网方式，需要动态分解和构建链路，SDN控制器是网络不可避免的选择。即使选择了不需要SDN控制的传统交换机，外围设备也需要SDN控制器。第二，多个SDN控制器，不同品牌的SDN控制器，在一个大系统或级联系统中，需要一套公认的交互控制标准来实现协同控制，但目前还没有发布这样的标准。这将需要供应商共同努力并就一个标准达成一致，AIMS联盟有望加快IP标准化进程。第三，SDN控制器的核心原理是为每个协议端口指定一条路径，即“分流”。SDN的转移和SDI矩阵的切换确实导致了相同的目的地，因为这两种技术的本质要求是相同的。第四，IP网络，特别是多系统级联的复杂网络，为国内集成商和软件公司留下了巨大的市场空间，他们可以通过现场开发软件SDN来适应复杂的环境和用户的需求。目前，我国正在进行的几个IP项目都明确提出了对所有系统设备进行软件SDN综合控制的要求。第五，SDN和IP不是IT行业的专利。SDN和IP的背后是生产和创意的要求，包括内容的深度处理和精细化的技术流程，而这些都是细分行业中IP交换机制造商所不涉及的。第六，目前的IP单链路高达10Gbps，仍然无法承载未压缩的4K信号。目前尚无完善的“IP+4K+无压缩广播车”建设计划。

5 结语

从目前网络业务和网络应用的发展趋势来看，传统的网络运营模式已逐渐难以适应需求，降低了网络运营的反应速度和用户体验。因此，发展和演变传统的网络运营势在必行。作为一种网络虚拟化技术，它可以在传统IP网络的演进中发挥重要作用，特别是通过与NFV的结合与合作，可以显著提高网络运行的灵活性、智能性和经济性，以满足现代网络使用的需要。

参考文献：

[1]党飞.基于SDN的城域传送承载网和 OTN网络演进分析[J].建筑技术科学,2020(10).