责任编辑：匿名 (未验证)
2014/08/07
作者：王刚 胡健， 张德景
一、引言
随着数据业务的蓬勃发展，网络规模不断扩大，设备的多样性和复杂性也越来越高，传统的依靠人工维护的网络架构已经变得越来越不宜维护。同时泛在接入和几乎无限的应用/服务组合已经不可逆转地改变了对网络的需求。服务不再是静止的，新的应用每时每刻都在引入和普及，并且使用规模是完全无法预测的。因此提供这些服务的网络不能是静态的，必须能够快速、自动、经济地适应这些不可预测的变化的需求。而传统的网络架构在满足业务时需要大量的人工介入，存在响应慢、处理能力受限和可能误操作等缺陷。总而言之，传统的网络架构已经成为业务发展的瓶颈。在这种背景下，一种软硬件相分离，可以用软件定义的网络（Software Defined Network）应运而生。
2011年，开放网络基金会（Open Networking Foundation）组织成立，除了负责OpenFlow协议的标准化工作外，还正式提出了SDN的概念和架构（见图1）：
图1 SDN主体架构
整体框架上分为3层：负责业务转发的数据平面层、负责系统管理和整体控制的控制层和对外提供业务适配的应用层。控制层对应用层提供开放接口，实现应用和网络的联动；控制层和数据平面层采用Open Flow等标准接口实现控制和转发分离。
SDN应用到传送网络后，网络从多系统分离式、封闭的和人工交互的架构演进成以SDN控制器为核心的集中式、开放的和智能的网络架构。传统的网络架构一直都是一种垂直管理的封闭的模式，设备商把从上到下的所有层次都控制在自己的手里，包括网管系统、硬件驱动和硬件设备等；而SDN网络是一种水平管理的开放的系统，数据平面层可以引入不同厂家的设备而不必担心兼容的问题，应用层可以针对运营商开发QoS、网络安全和网络负载优化等运维软件，针对客户可以开发各种定制化的服务软件。SDN的开放性势必引入充分的竞争，而充分的竞争带来的技术提升将使传送网更易操作，更易维护和更易使用。
二、SDN在网络运维中的应用
1、在线业务快速开通
传统的网络架构是分区域分厂家管理的，每个地市都有自己的本地网，不同地市的本地网通过二干网络和一干网络相连，每个网络都单独管理。例如从北京开通1条专线到某本地网，先要经过北京本地网，再通过一干网络从北京到某省的干线结点，再通过该省的二干网络、该地区本地网使业务开通。开通这么1条专线需要经过4个不同的网络，并在这些网络上都要进行相应的网管操作，费时费力。另外跨域电路使得故障定位困难。SDN网络采用集中化的控制模式，使得跨域电路实现一键式的开通、端到端的运行和维护。
现有的网络存在很多种不同厂家的设备，厂家为了自身的利益制造技术壁垒，每个厂家都有自己独立的网管系统。同一个本地网有着2种、3种甚至4种以上的传输设备。例如某本地网就有2种传输设备，市区采用华为PTN设备，郊县采用中兴PTN设备。如果从市区开通1条专线到郊县，就需要在不同的网管系统间操作和切换，这是低效和繁琐的事情。SDN网络采用集中化的控制模式，跨厂家的电路实现了端到端的开通、运行和维护。
SDN传送网不仅实现了跨域跨厂家业务的快速开通，而且智能化的应用减少了人工干预，使得业务的开通更加快速、安全和高效。在传统的网络运营中，运维人员接到工单要派发业务，需要先导出现网中的数据交给网络规划人员进行分析，网络人员在分析出业务路径规划后交给运维人员，最后运维人员在网管上下发激活命令创建业务。整个过程需要多部门人员协调，网管数据需要多次导出和导入，一般业务开通需要数小时到数天。传统的网管只充当了“做什么”的角色，而“怎么做”需要运维人员和规划人员协作完成。而对于SDN传送网，运维人员只需要在定制化的App软件中输入参数，控制层会很快计算出业务路径，并进行业务生存性分析，再将结果反馈给运维人员。运维人员一键式确认后，控制层将下发命令给数据平面层建立业务路径。业务开通将由将由原来的数小时数天缩短为数分钟，大大提高了业务开通效率。
2、全局业务均衡承载
传统的PTN网络采用静态L2/L3 VPN手工配置，为了提高效率，也可采用L3层VPN动态配置，但这种分布式控制网络会带来负载策略不灵活，业务流量分布不均衡，无法抗多处断纤等问题。SDN则可以从全网视角调度资源，能够实现全局最优。同时采用SDN可以自动灵活地对LTE网络流量、流向变化做出及时调整。另外SDN还可以实现多点故障的保护恢复。
3、在线资源分析和网络资源评估
传统的网络资源分析和评估需要大量的人工参与。在进行网络评估前，运维人员需要在网管上操作，统计需要的数据。因为各个厂家的网管系统不同，网管系统的开发深度和界面友好程度不同，部分数据不能一次性地导出，而需要一个个网元点击记录相关数据。运维人员在收集好相关数据后，再交给规划人员进行分析。目前还缺乏这方面的有效的分析工具，规划人员一般凭经验和专业知识进行规划。因此传统的网络对运维人员和规划人员提出较高的技能要求，他们需要经过很专业的知识培训和长期的工作经验才能掌握这些技能。这种结果起因于传统的网络架构采用了垂直管理的模式，设备商把设备和网管系统都控制在了自己手里。基于利益驱动，这种封闭的网络直接导致了重硬件轻软件、网络配置强大却不能充分而便捷地使用和维护的格局。
而SDN传送网采用三层网络结构，它有标准的北向接口和完全开放的应用层。各个软件公司都可以参与进来，开发各种各样的网络管理App软件。比方开发一种像360度测评一样的网络诊断软件，通过一键式的操作，软件自动对网络资源进行评估，在数分钟至数小时的时间内，软件输出评估结果，并跳出界面让运维人员确定是否优化。运维人员在确认优化后，该软件自动对网络资源进行合理优化。SDN传送网带来了傻瓜式的友好的操作界面，全自动化的网络提高了网络效率并降低了对运维人员的技能要求。
三、SDN在提升客户体验中的应用
1、业务快速开通和满足精细化需求
传统的网络开通采用“营业厅”模式，客户需要通过电话或营业厅柜台方式，向运营商前台申请带宽服务，运营商前台、维护部门和规划部门需要相互协调，业务开通周期将较长。而大客户通过APP客户端就能实现自助式带宽服务。APP客户端在收到要求开通业务的请求后，立即通过北向接口向控制层下发带宽请求，运营商在确认该请求真实有效后，通过一键式操作，控制层下发指令给数据平面层开通业务路由，业务开通可以在几分钟或几小时内实现。
传统的网络越来越难以满足客户精细化的需求。比方某公司要求其CEO无论何时何地开网络会议都要保持网络畅通和实现高清视频会议。而会议具有突发性和不可预见性，传统网络很难满足这种业务需求。
而SDN传送网具有开放的北向接口，管理员可以编写程序，使其CEO无论何时何地召开网络会议时都赋予最高的优先级。管理员可以编写一个含有简单触发条件的基本应用程序，并保存在控制器中，控制器与管理员编写的API进行对话，将程序译为控制平面流语言，当程序被触发，就可以支持该应用程序的运行。控制器可以控制网络硬件设备为CEO的组播服务器提供最大的缓冲区，而其他的数据流缓冲区将减少。
2、虚拟传送网服务
传统的专用业务包括点到点专线连接和虚拟专用网络，连接由虚拟运营商为租户建立好，然后提供给上层租户，上层租户获得连接的使用权，但对具体的网络不可见。也就是说，租户只能使用租用的网络连接，而不能自主控制网络。租户创建业务、修改业务必须依赖于运营商的控制系统来控制网络，灵活性受限。传送SDN技术打破了这一限制，可以提供开放的网络接口，为传送网络客户提供新型的服务，如虚拟传送服务。
在虚拟传送服务中，通过物理建模和虚拟化技术，传送网络被抽象成多张技术无关的虚拟网络，分别提供给不同的租户。租户对这张虚拟网络不仅有使用权，还会根据与运营商的合同获得约定的控制权，如自定义路径和各种算法定制化等。同时，虚拟传送网服务利用上层客户与下层网络控制之间的开放接口协议，使业务开展以自动化实时的方式进行，大大缩短了业务开通时间，当上层用户的业务增长到一定规模时，还可以在线实时请求申请资源扩容，而不需要担心物理设备的采购、部署、调测和上线等冗长的等待。
虚拟传送网服务满足了客户对租用网络的自管理和自控制的要求。
四、运营商网络部署SDN的策略
目前各家运营商现网采用的传输方式各不相同，基于保护现网投资的角度考虑，他们采用的SDN策略也不同。中国移动现网中部署了大量的PTN设备，如何利用现网设备平滑过渡和演进到SDN是他们考虑的重点，于是中国移动提出了SPTN概念来解决PTN网络目前存在的各种问题。
中国移动引入SPTN网络引入分为两个阶段：第一阶段为兼容现网平滑演进，在接口方面，由于现网中已部署了数十几万端PTN设备，其南向接口不支持OpenFlow协议，将利用现有的Qx/SNMP接口；在控制器方面，每个设备商设置单域控制器，用于管理其现网设备，单域控制器一般由设备商自己开发。单域控制器之上有多域控制器，该控制器一般由运营商或第三方开发。在这种SDN网络架构中，单域控制器与传送设备之间的南向接口可以是私有的，也可以是开放的。但单域控制器和多域控制器之间的接口必须是开放的。通过这种层次化的控制器结构，可以实现多厂家/多域组合场景下端到端的连接和控制；第二阶段为控制器的南向接口和SPTN设备均采用了标准化接口后，这样新纳入到网络中的SPTN设备可以采用多域控制器直接控制方式，实现扁平化的管理模式。
五、结束语
SDN技术在未来必将带给传送网革命性的演进，但机会与风险并存。SDN的集中控制模式虽然具有全局化的管控视野，但控制器需要为网络中的每一条流规划路由和通道。如果中国移动所有的网络都集中在同一张SDN网络下管理，那意味着它要为每一个用户规划数据路由，这个工作量非常庞大，对控制器的性能提出了极高的挑战。另外功能的高度集中意味着风险的几何级增加。一旦控制器被攻击，网络将瘫痪。任何一件事情都有其两面性，利用其优点，而将其弱点的影响控制到最小。目前SDN技术的标准化协议还未完善，部分支持电信级服务的协议还不支持，ONF和ODL等组织正在推进协议标准化的进程，我们期待SDN技术的大规模商用的时日早点到来。
随着数据业务的蓬勃发展，网络规模不断扩大，设备的多样性和复杂性也越来越高，传统的依靠人工维护的网络架构已经变得越来越不宜维护。同时泛在接入和几乎无限的应用/服务组合已经不可逆转地改变了对网络的需求。服务不再是静止的，新的应用每时每刻都在引入和普及，并且使用规模是完全无法预测的。因此提供这些服务的网络不能是静态的，必须能够快速、自动、经济地适应这些不可预测的变化的需求。而传统的网络架构在满足业务时需要大量的人工介入，存在响应慢、处理能力受限和可能误操作等缺陷。总而言之，传统的网络架构已经成为业务发展的瓶颈。在这种背景下，一种软硬件相分离，可以用软件定义的网络（Software Defined Network）应运而生。
2011年，开放网络基金会（Open Networking Foundation）组织成立，除了负责OpenFlow协议的标准化工作外，还正式提出了SDN的概念和架构（见图1）：
图1 SDN主体架构
SDN应用到传送网络后，网络从多系统分离式、封闭的和人工交互的架构演进成以SDN控制器为核心的集中式、开放的和智能的网络架构。传统的网络架构一直都是一种垂直管理的封闭的模式，设备商把从上到下的所有层次都控制在自己的手里，包括网管系统、硬件驱动和硬件设备等；而SDN网络是一种水平管理的开放的系统，数据平面层可以引入不同厂家的设备而不必担心兼容的问题，应用层可以针对运营商开发QoS、网络安全和网络负载优化等运维软件，针对客户可以开发各种定制化的服务软件。SDN的开放性势必引入充分的竞争，而充分的竞争带来的技术提升将使传送网更易操作，更易维护和更易使用。
二、SDN在网络运维中的应用
1、在线业务快速开通
传统的网络架构是分区域分厂家管理的，每个地市都有自己的本地网，不同地市的本地网通过二干网络和一干网络相连，每个网络都单独管理。例如从北京开通1条专线到某本地网，先要经过北京本地网，再通过一干网络从北京到某省的干线结点，再通过该省的二干网络、该地区本地网使业务开通。开通这么1条专线需要经过4个不同的网络，并在这些网络上都要进行相应的网管操作，费时费力。另外跨域电路使得故障定位困难。SDN网络采用集中化的控制模式，使得跨域电路实现一键式的开通、端到端的运行和维护。
现有的网络存在很多种不同厂家的设备，厂家为了自身的利益制造技术壁垒，每个厂家都有自己独立的网管系统。同一个本地网有着2种、3种甚至4种以上的传输设备。例如某本地网就有2种传输设备，市区采用华为PTN设备，郊县采用中兴PTN设备。如果从市区开通1条专线到郊县，就需要在不同的网管系统间操作和切换，这是低效和繁琐的事情。SDN网络采用集中化的控制模式，跨厂家的电路实现了端到端的开通、运行和维护。
SDN传送网不仅实现了跨域跨厂家业务的快速开通，而且智能化的应用减少了人工干预，使得业务的开通更加快速、安全和高效。在传统的网络运营中，运维人员接到工单要派发业务，需要先导出现网中的数据交给网络规划人员进行分析，网络人员在分析出业务路径规划后交给运维人员，最后运维人员在网管上下发激活命令创建业务。整个过程需要多部门人员协调，网管数据需要多次导出和导入，一般业务开通需要数小时到数天。传统的网管只充当了“做什么”的角色，而“怎么做”需要运维人员和规划人员协作完成。而对于SDN传送网，运维人员只需要在定制化的App软件中输入参数，控制层会很快计算出业务路径，并进行业务生存性分析，再将结果反馈给运维人员。运维人员一键式确认后，控制层将下发命令给数据平面层建立业务路径。业务开通将由将由原来的数小时数天缩短为数分钟，大大提高了业务开通效率。
2、全局业务均衡承载
传统的PTN网络采用静态L2/L3 VPN手工配置，为了提高效率，也可采用L3层VPN动态配置，但这种分布式控制网络会带来负载策略不灵活，业务流量分布不均衡，无法抗多处断纤等问题。SDN则可以从全网视角调度资源，能够实现全局最优。同时采用SDN可以自动灵活地对LTE网络流量、流向变化做出及时调整。另外SDN还可以实现多点故障的保护恢复。
3、在线资源分析和网络资源评估
传统的网络资源分析和评估需要大量的人工参与。在进行网络评估前，运维人员需要在网管上操作，统计需要的数据。因为各个厂家的网管系统不同，网管系统的开发深度和界面友好程度不同，部分数据不能一次性地导出，而需要一个个网元点击记录相关数据。运维人员在收集好相关数据后，再交给规划人员进行分析。目前还缺乏这方面的有效的分析工具，规划人员一般凭经验和专业知识进行规划。因此传统的网络对运维人员和规划人员提出较高的技能要求，他们需要经过很专业的知识培训和长期的工作经验才能掌握这些技能。这种结果起因于传统的网络架构采用了垂直管理的模式，设备商把设备和网管系统都控制在了自己手里。基于利益驱动，这种封闭的网络直接导致了重硬件轻软件、网络配置强大却不能充分而便捷地使用和维护的格局。
而SDN传送网采用三层网络结构，它有标准的北向接口和完全开放的应用层。各个软件公司都可以参与进来，开发各种各样的网络管理App软件。比方开发一种像360度测评一样的网络诊断软件，通过一键式的操作，软件自动对网络资源进行评估，在数分钟至数小时的时间内，软件输出评估结果，并跳出界面让运维人员确定是否优化。运维人员在确认优化后，该软件自动对网络资源进行合理优化。SDN传送网带来了傻瓜式的友好的操作界面，全自动化的网络提高了网络效率并降低了对运维人员的技能要求。
三、SDN在提升客户体验中的应用
1、业务快速开通和满足精细化需求
传统的网络开通采用“营业厅”模式，客户需要通过电话或营业厅柜台方式，向运营商前台申请带宽服务，运营商前台、维护部门和规划部门需要相互协调，业务开通周期将较长。而大客户通过APP客户端就能实现自助式带宽服务。APP客户端在收到要求开通业务的请求后，立即通过北向接口向控制层下发带宽请求，运营商在确认该请求真实有效后，通过一键式操作，控制层下发指令给数据平面层开通业务路由，业务开通可以在几分钟或几小时内实现。
传统的网络越来越难以满足客户精细化的需求。比方某公司要求其CEO无论何时何地开网络会议都要保持网络畅通和实现高清视频会议。而会议具有突发性和不可预见性，传统网络很难满足这种业务需求。
而SDN传送网具有开放的北向接口，管理员可以编写程序，使其CEO无论何时何地召开网络会议时都赋予最高的优先级。管理员可以编写一个含有简单触发条件的基本应用程序，并保存在控制器中，控制器与管理员编写的API进行对话，将程序译为控制平面流语言，当程序被触发，就可以支持该应用程序的运行。控制器可以控制网络硬件设备为CEO的组播服务器提供最大的缓冲区，而其他的数据流缓冲区将减少。
2、虚拟传送网服务
传统的专用业务包括点到点专线连接和虚拟专用网络，连接由虚拟运营商为租户建立好，然后提供给上层租户，上层租户获得连接的使用权，但对具体的网络不可见。也就是说，租户只能使用租用的网络连接，而不能自主控制网络。租户创建业务、修改业务必须依赖于运营商的控制系统来控制网络，灵活性受限。传送SDN技术打破了这一限制，可以提供开放的网络接口，为传送网络客户提供新型的服务，如虚拟传送服务。
在虚拟传送服务中，通过物理建模和虚拟化技术，传送网络被抽象成多张技术无关的虚拟网络，分别提供给不同的租户。租户对这张虚拟网络不仅有使用权，还会根据与运营商的合同获得约定的控制权，如自定义路径和各种算法定制化等。同时，虚拟传送网服务利用上层客户与下层网络控制之间的开放接口协议，使业务开展以自动化实时的方式进行，大大缩短了业务开通时间，当上层用户的业务增长到一定规模时，还可以在线实时请求申请资源扩容，而不需要担心物理设备的采购、部署、调测和上线等冗长的等待。
虚拟传送网服务满足了客户对租用网络的自管理和自控制的要求。
四、运营商网络部署SDN的策略
目前各家运营商现网采用的传输方式各不相同，基于保护现网投资的角度考虑，他们采用的SDN策略也不同。中国移动现网中部署了大量的PTN设备，如何利用现网设备平滑过渡和演进到SDN是他们考虑的重点，于是中国移动提出了SPTN概念来解决PTN网络目前存在的各种问题。
中国移动引入SPTN网络引入分为两个阶段：第一阶段为兼容现网平滑演进，在接口方面，由于现网中已部署了数十几万端PTN设备，其南向接口不支持OpenFlow协议，将利用现有的Qx/SNMP接口；在控制器方面，每个设备商设置单域控制器，用于管理其现网设备，单域控制器一般由设备商自己开发。单域控制器之上有多域控制器，该控制器一般由运营商或第三方开发。在这种SDN网络架构中，单域控制器与传送设备之间的南向接口可以是私有的，也可以是开放的。但单域控制器和多域控制器之间的接口必须是开放的。通过这种层次化的控制器结构，可以实现多厂家/多域组合场景下端到端的连接和控制；第二阶段为控制器的南向接口和SPTN设备均采用了标准化接口后，这样新纳入到网络中的SPTN设备可以采用多域控制器直接控制方式，实现扁平化的管理模式。
五、结束语
SDN技术在未来必将带给传送网革命性的演进，但机会与风险并存。SDN的集中控制模式虽然具有全局化的管控视野，但控制器需要为网络中的每一条流规划路由和通道。如果中国移动所有的网络都集中在同一张SDN网络下管理，那意味着它要为每一个用户规划数据路由，这个工作量非常庞大，对控制器的性能提出了极高的挑战。另外功能的高度集中意味着风险的几何级增加。一旦控制器被攻击，网络将瘫痪。任何一件事情都有其两面性，利用其优点，而将其弱点的影响控制到最小。目前SDN技术的标准化协议还未完善，部分支持电信级服务的协议还不支持，ONF和ODL等组织正在推进协议标准化的进程，我们期待SDN技术的大规模商用的时日早点到来。
