趙勇波，智海峰

（廣州杰賽通信規(guī)劃設(shè)計院有限公司，廣東 廣州 510310）

1 CMNet省網(wǎng)概述

1.1 網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀

中國移動互聯(lián)網(wǎng)（China Mobile Network，CMNet）分為骨干網(wǎng)、省網(wǎng)及城域網(wǎng)。CMNet省網(wǎng)界于CMNet骨干網(wǎng)與CMNet城域網(wǎng)之間，用于提供城域網(wǎng)的出口及省網(wǎng)業(yè)務(wù)平臺的接入；CMNet城域網(wǎng)是CMNet省網(wǎng)在城域內(nèi)的延伸，提供多種業(yè)務(wù)在城域內(nèi)的互聯(lián)及CMNet省網(wǎng)的接入，并且保證各種業(yè)務(wù)的安全性和服務(wù)質(zhì)量。2016—2018年，某省省內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)出口流量年增長率平均為30%左右，如圖1所示。截至2018年年底，我國家庭有線寬帶用戶數(shù)達到54萬戶，4G用戶突破534萬戶；出省流量達到1000 Gb/s，其中家庭有線寬帶流量790 Gb/s、省內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)電視流量290 Gb/s。

1.2 存在的問題

CMNet骨干網(wǎng)八期工程和IP城域網(wǎng)五期工程完成后，某省移動CMNet網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)容量和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量上得到了長足發(fā)展，基本上可以滿足省內(nèi)用戶對寬帶速率和質(zhì)量的要求，但是相對國內(nèi)先進城市運營商網(wǎng)絡(luò)及未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展還存在一定的差距，具體體現(xiàn)如下。

圖1 某省移動CMNet流量發(fā)展情況

1.2.1 網(wǎng)絡(luò)非扁平化，運營成本偏高

隨著電信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的光線路終端（Optical Line Terminal，OLT）設(shè)備承載能力持續(xù)增強，原有的大二層匯聚交換機只負責流量的匯聚及透傳，增加了網(wǎng)絡(luò)故障點，易造成網(wǎng)絡(luò)瓶頸，繼續(xù)存在的意義已經(jīng)不大。故隨著技術(shù)的演進及網(wǎng)絡(luò)扁平化的發(fā)展，需要視傳輸資源情況，逐步將現(xiàn)網(wǎng)的大二層匯聚交換機進行退網(wǎng)割接，OLT直聯(lián)寬帶遠程接入服務(wù)器（Broadband Remote Access Server，BRAS）/全業(yè)務(wù)路由器（Service Router，SR）。

1.2.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不合理，流量負載不均

受業(yè)務(wù)接入不均及流量波動影響，現(xiàn)網(wǎng)流量流向不均衡，原有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)運營機制較難適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)流量的高速增長趨勢。對此，要求引入新技術(shù)，改進網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，促進低成本、集約化運營，提供更加智能、簡捷的功能和流量優(yōu)化技術(shù)。

1.2.3 網(wǎng)絡(luò)升級換代復(fù)雜，軟硬件未解耦

多數(shù)設(shè)備廠商為移動公司提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備多采用軟硬件綁定方式，設(shè)備的功能升級與改造受限于硬件平臺能力，在網(wǎng)絡(luò)進行重大功能引入時，設(shè)備時常需要整體升級或替換，網(wǎng)絡(luò)部署周期較長，運營效率低。對此，需實現(xiàn)平臺共享，軟硬件解耦的部署機制，提高運營效率。

1.3 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路

某省作為全面實施“寬帶中國”戰(zhàn)略的省份，大力推進“光網(wǎng)智能島”建設(shè)。同時，隨著新媒體和4K視頻業(yè)務(wù)的發(fā)展，使得網(wǎng)絡(luò)流量激增，給CMNet網(wǎng)絡(luò)帶來更大的流量轉(zhuǎn)發(fā)壓力和更高的低時延要求。CMNet網(wǎng)絡(luò)需要持續(xù)優(yōu)化，向高帶寬、低時延、智能化方向演進。

1.3.1 適度超前建設(shè)網(wǎng)絡(luò)

業(yè)務(wù)預(yù)測和制定網(wǎng)絡(luò)方案時，應(yīng)適度超前，充分考慮新業(yè)務(wù)的流量需求。

1.3.2 流量疏導(dǎo)扁平化

CMNet省網(wǎng)與骨干網(wǎng)口字型互聯(lián)調(diào)整為全連接，推進網(wǎng)絡(luò)扁平化、弱化省網(wǎng)疏導(dǎo)功能，部署多口家庭網(wǎng)關(guān)、視頻專用虛擬局域網(wǎng)（Virtual Local Area Network，VLAN）、實現(xiàn)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）分級并下沉，靠近用戶，實現(xiàn)流量疏導(dǎo)扁平化。

1.3.3 優(yōu)化IDC出口

優(yōu)化互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（Internet Data Center，IDC）出口，探討統(tǒng)一出口模式，實現(xiàn)跨IDC資源共享和出口流量調(diào)度。

1.3.4 IPv4/IPv6雙棧改造

根據(jù)國家、某省和中國移動集團等對IPv6部署的要求和目標啟動IPv6改造工作，遵循典型應(yīng)用先行、移網(wǎng)固網(wǎng)并舉、以增量帶動存量的發(fā)展路徑，以實施5G網(wǎng)絡(luò)和銅退光進為契機，加快推進IPv6在某省移動網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模部署。

1.3.5 SDN等新技術(shù)應(yīng)用

根據(jù)集團試點情況，綜合考慮產(chǎn)品成熟度采取穩(wěn)健策略，建議2019年開始vBRAS試點、2020年開始商用；在CMNet省網(wǎng)引入SDN技術(shù)，實現(xiàn)流量智能調(diào)度[1]。

2 CMNet省網(wǎng)中SDN應(yīng)用方案

隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)CMNet省網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備升級換代頻繁，改造困難，已無法滿足超大流量和新型業(yè)務(wù)的發(fā)展需求，軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN在此背景下應(yīng)運而生。SDN控制器去除了網(wǎng)絡(luò)硬件的控制平面，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟硬件一體化的架構(gòu)將被打破，從而為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備卸下了重擔，軟硬件實現(xiàn)解耦。統(tǒng)一化、通用化、經(jīng)濟化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負責網(wǎng)絡(luò)流量的快速轉(zhuǎn)發(fā)，SDN控制器軟件負責網(wǎng)絡(luò)流量的智能控制[2]。SDN控制器架構(gòu)圖如圖2所示。

2.1 SDN引入場景

（1）SDN WAN：實時感知全網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)流量，全局集中調(diào)度流量，提升IP網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，保障關(guān)鍵業(yè)務(wù)質(zhì)量。

（2）SDN DCI：數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)自助開通、修改和刪除，面向數(shù)據(jù)中心互聯(lián)用戶差異化服務(wù)，提升管道價值。

（3）SDN 省網(wǎng)：智能選路，流量均衡。

2.2 SDN應(yīng)用方案

某省移動CMNet省網(wǎng)為傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)臃腫服務(wù)能力差。建議引入SDN技術(shù)，分離網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面，控制平面集中到SDN控制器上，并向上提供靈活的可編程能力，大大提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴展性[3]。SDN控制器采用開源、標準化的南向和北向接口。

2.2.1 北向接口

北向接口是SDN應(yīng)用平面與控制平面之間的接口，負責與上層應(yīng)用通信、調(diào)度。其中，REST API是主流的北向接口，可實現(xiàn)與云平臺、網(wǎng)管、用戶自身開發(fā)的第三方系統(tǒng)集成；采用Java API支持第三方SDN APP。

2.2.2 南向接口

網(wǎng)絡(luò)配置協(xié)議（Network Configuration Protocol，NETCONF）是一個基于可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）的交換機配置接口，用于替代命令行界面（Command-lineinterface，CLI）、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP）等配置交換機，現(xiàn)在發(fā)展為SDN控制器在南向控制網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上使用的關(guān)鍵應(yīng)用編程接口（Application Programming Interface，API）之一。該協(xié)議采用C/S結(jié)構(gòu)，SDN控制器作為NETCONF客戶端，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備作為NETCONF服務(wù)端，通過NETCONF，SDN控制器對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自動下發(fā)特性配置和靜態(tài)表項。

OpenFlow協(xié)議：OpenFlow是第1個開放的南向接口協(xié)議，也是目前最流行的南向協(xié)議。其提出了控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的架構(gòu)，規(guī)定了SDN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的基本組件和功能要求，以及與控制器通信的協(xié)議。下發(fā)OpenFlow標準流表、標準二三層轉(zhuǎn)發(fā)表項等，PacketIN/PacketOut實現(xiàn)收發(fā)包、首包上送建流表等。

圖2 SDN控制器架構(gòu)圖

開放虛擬交換機數(shù)據(jù)庫管理協(xié)議（Open vSwitch Database Management Protocol，OVSDB） 是 管 理 層面的南向接口協(xié)議。OVSDB數(shù)據(jù)庫表直接轉(zhuǎn)換成設(shè)備上的虛擬擴展局域網(wǎng)（Virtual Extensible LAN，VXLAN）配置和流表支持OpenDayLight、IETF（The Internet Engineering Task Force，國際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組）等標準化組織的標準協(xié)議。

通過實施SDN解決方案，實現(xiàn)某省移動CMNet省網(wǎng)流量的智能調(diào)度，重點解決流量均衡和定向保障問題，減輕流量突增對業(yè)務(wù)和客戶的影響。隨著網(wǎng)絡(luò)和技術(shù)的演進，后期實現(xiàn)全網(wǎng)絡(luò)的SDN融合。

2.3 SDN應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)

按照SDN的分層架構(gòu)，SDN應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)體系如圖3所示。SDN架構(gòu)的各層都有許多關(guān)鍵技術(shù)，旨在有效分離控制層面與轉(zhuǎn)發(fā)層面，支持邏輯上集中化的統(tǒng)一控制，提供靈活的開放接口等。其中，控制層是整個SDN的核心。

圖3 SDN應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)體系

在SDN控制器技術(shù)選型上，要從“標準協(xié)議，通用接口”的角度出發(fā)，選定一系列通用標準技術(shù)作為方案的實現(xiàn)技術(shù)[4]。一方面，可以保證SDN CMNet省網(wǎng)解決方案整體實現(xiàn)上開放、靈活、易用、可靠；另一方面，能兼容運營商現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使運營商網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能平滑遷移到SDN架構(gòu)的同時又能滿足后續(xù)業(yè)務(wù)應(yīng)用升級的需求。

3 結(jié) 論

隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展和技術(shù)的驅(qū)動，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)成為擺在運營商面前的頭等大事。各家運營商希望通過對現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)進行革新來適應(yīng)社會的發(fā)展，滿足人民群眾對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力和服務(wù)質(zhì)量的要求，實現(xiàn)“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”。SDN、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NetworkFunctionVirtualization，NFV）和云計算是網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的三大核心技術(shù)，其中，SDN打破了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制與轉(zhuǎn)發(fā)一體的封閉架構(gòu)，定義了軟件可編程網(wǎng)絡(luò)。電信運營商通過在CMNet省網(wǎng)中應(yīng)用SDN技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)的靈活性和彈性大大增加，可以快速開放或引入新的業(yè)務(wù)，增強運營商的競爭力。