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黄璐 中国移动对SDN的思考与实践

发表日期:2013年12月23日      共浏览 2169 次      编辑:

非常高兴能有机会在这里跟大家分享一下中国移动在网络虚拟化SDN方面实践的工作,也感谢未来网络研究院提供机会。我主要分三个部分,第一个部分介绍一下我们对网络虚拟化和SDN方面的背景和趋势,从这些背景趋势我们可以看到对网络虚拟化的需求,第二部分我们主要介绍一下中国移动在SDN具体的一些分析和想法,还有一些具体的实践工作。最后进行总结。首先我们应该看到未来网络的发展,其实流量是一个主要的驱动力,这里的流量趋势,我们在前面刘斌教授还有马总的材料里面都看到了,未来的网络实际上移动的流量是一个提供主要的贡献。GSMA提供的数据里面,移动户缓慢增长,移动流量每年复合增长率都会很高,右边这个图,未来的流量一方面是从移动终端产生的,一方面是以视频流量为主,以内容为主流量转变。所以我们总结一下,未来流量趋势一方面是移动流量比例在上升,一方面是,我们可以看到移动网络的流量,从过去的低带宽语音的流量向未来大带宽以内容为主的,以视频为主的流量趋势来发展。面对流量的变化,我们的网络也提出了一些新的要求,很明显应对大带宽带来网络投资的上升,回报收益的下降,低成本运营是我们基本的需求。第二个就是高效率的运营,已有的资源如何最大程度发挥它的功能,网络的利用率怎么样提高,我们在现实网络里面经常会遇到,特别是互联网的网络。我们可以看到整网利用率是比较低的,但是总是存在拥塞链路和不拥塞链路流量很难均衡。最后一个是灵活业务提供的需求,我们可以看到原来的IT网络,对于运营商大型网络来说,我们要提供一个新的业务。从技术的寓言到厂家设备的开发,到技术的验证、试点到最后的落地。要经过七年、八年很长的周期。可能你这个技术真正能落地,用户的需求都发生了变化。在互联网的日新月异的时代,这个传统的网络部署和技术革新的速率是跟不上需求的。

新的流量带来的,对我们网络新的需求,我们可以看到我们需要提高网络的效率,需要我们网络能力对外开放,需要实现网络服务的虚拟化。基于这些信息需求,我们可以看到网络软化,可以成为我们未来网络发展必然的趋势,网络软化的本质是硬件和软件的分离,控制和转化的分离,以及管理和控制的集中化,虚拟化熔化定理。为了实现这样一个网络软化的目标,我们认为NFV和SDN是重要的手段,我们在网络虚拟化方面能够看到传统的网络,是一个专用硬件,与应用和用户相脱离的状态。通过SDN实现控制和转发的分离,通过NFV实现网络功能的虚拟化,未来网络的愿景是一种底层简单的低成本的转化层面。上层提供一个可编程的灵活丰富应用的虚拟化的网络控制和业务的平台。最终实现封闭黑盒的网络走向开放的可编程网络,我们通过网络角度看整个网络的变化和对网络虚拟化的需求。

下面给大家介绍一下中国移动在SDN方面的想法和实践工作。我们对SDN愿景是从整个通信的链条上来看的,我们是一个目标实现网络的虚拟化,因为在过去计算资源还有储存资源,通过云计算都已经很好的实现虚拟化。在整个通信环节里面很重要的,管道层面没有很好虚拟的方案。原来像VPN的技术,只是提供了一个灵活网络隔离的手段,真正用户,提供给用户网络服务还是一个带宽,一定的时间保障等等,用户看不到它使用的网络,不知道它的网络现在是处于一个什么情况,出了故障以后也需要运营商做定位和分析。我们说SDN希望能够通过真正把网络的服务能力开放出来。用户不仅能够扩大它的带宽,也能够新增或者说删除他的网络节点,包括虚拟路由器,虚拟防火墙等等,真正的能够从它的计算、存储到网络能够端到端管理整个的虚拟资源。从运营商的角度,我们认为SDN的应用或者虚拟化的应用,不限于在IP网络上,我们这里整个列了一下,从运营商端到端网络校对,我们有很多层面可以应用SDN,包括移动网,或者移动的核心网,可以来实现软件和硬件控制和转发的分离,包括通信接口的标准化,包括控制功能服务的应用的标准化。在IP网络这个层面,也是SDN应用很重要的场景。包括数据中心内部的主网,包括数据中心流量的调度等等,传输网也是一个很好的应用场景。传输,我们知道一向是集中控制,静态配置下发的模式,跟SDN集中控制架构上是非常匹配的,只要通过SDN能够实现接口的标准化,以灵活的业务开通,在传输上也是一个很好的应用场景。在接入网利用SDN也能够很好的实现,包括家庭网关的部署,包括wlan的控制,将边缘瘦身,将控制和服务提供的能力集中化。

最后我们认为SDN来自于IP,从IP网络的优化来的,但是应用不限于IP。下面讲一下我们在SDN方面的几个实践,第一个方面,我们在SDN研究上,开始进行测试,我们认为只有通过测试才能够最快最直接拿到第一手的数据,这个技术怎么样,这个成功度等等。今年的第二和第三季度,在北京的研究院,还有美国那边的研究所,同时开展针对20多个厂家地开展SDN的测试,把我们所能够找到的,可以看到业界的,包括测试仪,包括硬件转发交换机,都进行了全面的测试。我们的测试内容,包括SDN的基本的功能、性能、应用还有附加的功能,包括防火墙。从测试情况来看,我们不得不说目前的SDN还是处于小规模网络的实验的阶段,我们看到它的主要的两个方面,一个表象的容量,还达不到我们的要求。传统的交换机可以达到100多K,现在转化为SDN流表最低只有1K左右。未来真正要在大规模网上应用的话,表象的限制是必须要打破的,我们看到SDN由于是集中控制,存在表象未知包的上报和下发复杂的过程,而不像传统交换机或者是路由器地址学习完全是在本地完成的,跟传统交换机的学习速度完全没有办法比,学习的过程之中我们知道流表没有下发的时候一直在丢包。都存在比较大的缺陷,另外一方面我们在测试过程中,现在的协议考虑的还是一些基本的网络的流通,在一个概念验证,在互通,还有一些协议的细节方面,还存在比较多的需要完善的地方。基于目前的SDN现状,我们提出了SDN2.0的概念,我们认为在SDN的应用,各种场景越来越多,以及越来越延伸部署和设备的范围以后,我们认为它应该具备这样一些新的特征。第一个就是跨层跨域跨系统。跨层就是很典型的光层,传输层和IP的调度。跨域就是大网多个域之间的调度,包括需要去支持分层。上千台设备的网络里面,你很难说一个层级,或者一两个控制,类似于我们现在路由网络里面的路由散射器一样的。你要是端到端保证质量来说,不能像传统的IP网就管IP网,传输就管传输,接入就管接入,在SDN的架构下应该实现一个跨系统的联合调度。

第二部分是高可靠性,高扩展性和高安全性,也是对于真正大网运营来说很重要的几个方面,包括一些相关的网络故障,网络维护的机制,现在也是SDN比较欠缺。高扩展性也是在网络规模,还有网络管理方面必须存在的问题。最后一个就是接口开放和能力开放。能力开放和我们灵活业务提供是相关的,我们才能够更好实现一个网络的互通,以及把我们的能力提供给用户,一方面保障运营商自身网络管理维护和自身需求,一方面保证我们对用户能力真正的把虚拟网络的能力给提供出去。我们看一下我们对SDN2.0架构的设想,实际上整个架构和SDN是一致的。包括APP,从转发层面来说,我们希望能够实现一个灵活可编程的专发硬件,同时能够多层多域资源的整合,能够端到端实现转发层面的控制,在控制器层面,希望它能够具备高可靠性分层管理的模式,在APP层面,我们希望一方面能够具备符合运营商需求的应用,一方面能够提供给最终用户来实现的这么一个应用。相关的标准组织里面进行讨论和需求方面的推进。

首先第一个我们很重要的实践或者说应用是在我们的PT网络上面,分组传送网络。我们主要是指应用了SDN的网络,我们也是在上个月召开了SPTN的各个研讨会,跟多家包括设备芯片仪表和模块厂商进行研讨,联合推动SPTN包括技术和标准方面的工作。我们希望能够在明年进行一个有一些具体的产品出来,能够在我们网络里面进行测试和试点。下面这个架构图我们可以看到,希望通过SDN实现整个PTN从城域到骨干,端到端的业务开通,从传统的多层,多个区域分离调度的模式,通过集中控制的方式来实现一个动态领导的联合调度。

我们现在在跟一些厂商合作,在aap方面我们正在开发一个基于带宽动态控制的应用,我们正在推动扩展协议。因为我们知道现在协议是没有OAM和Qos和保护机制,在管理维护要求非常高的标准下,怎么扩展现有的协议进行支持。在芯片方面,实际上就我了解,现在业界没有一款专门的芯片,我们也是在跟芯片的厂商,对芯片方面的合作,如何更好支持SDN。另外一个很重要的实践的场景,在数据中心,在数据中心内部我们合作开发了一个数据中心内部虚拟资源,给多租户提供虚拟网络资源的系统,现在我们规划要实现用户的网络自助开通和管理。以及能够应用于虚拟私有云,给用户提供虚拟私有云服务的系统。另外一个,就是在数据中心之间,实际上就是跨骨干网的流量调度,现在希望开发APP能够实现网络不均衡,以及服务质量很难保障的问题。

第四个方面是我们在标准化方面的推动工作。我们知道在SDN比较工作,相关的标准制定的组织,我们也是在这个组织里面提出了我们对在运营商网络环境里面,运用SDN的设想,同时我们也是牵头推动成立了运营商及SDN的讨论组。同时在讨论组后续工作中,也是在争取能够竞选讨论组的主席,其他工作组的工作我们也是在积极参与,包括光传送网,包括无线的,包括接口等等。很多标准组都在做SDN相关的工作。我们也在积极的跟进,包括3Gpp的项目立项也是我们在做,推动成立NFV新的项目,在国内CCSA的组织,我们也是在做多方面的研究。

总结一下,通过我们在SDN方面的实践工作,我们看到SDN目前的一些不足,或者在大规模网络上应用的短板,我们这里提出一些建议,首先我们认为SDN的概念,最早SDN提出是在数据中心的场景运用。现在数据中心应用已经不限于原来比较窄的范围了,应该在SDN2.0的基础上进一步发展和扩展它的应用。特别是在大规模网络中的应用,也从三个层面具体看一些建议。在应用层面,比较开放的,能够真正实现网络的资源灵活调度和虚拟化的应用。能够实现应用应用,在控制方面,希望能提升他的可靠性、拓展性,以及安全和灵活性。在转发层面我们希望能够多层的覆盖。最后一部分的实践,就是我们在移动研究院实验室里面,搭建了一些也是环境,现在我们已经能够演示基本的业务开通、科普方面等等这些功能。在SDN内部,我们可以演示租户在自助界面下的,观察网络流量的监测等等,在承载网的场景,我们可以演示,当网络出现拥塞的时候,能够将关键的流量调度到可以保证服务质量空闲的链上去,希望广大同仁我们可以一起推进SDN的工作。

总结一下,SDN2.0的架构,我们希望能够基于这个架构在运营商网络里面的应用,另一方面我们希望SDN应用能够在多个领域,包括传送网,包括IP网,包括数据中心进行应用。推进它的包括测试,包括标准的工作。最后我们也是在积极探索这样一些新的技术,对未来的网络发展究竟有些什么能够给我们网络带来哪些改进,我们也是在不断推动我们基础网络的承载能力提升,谢谢大家!