SDN在运营商IDC业务中的部署和应用

SDN在运营商IDC业务中的部署和应用
李想
（湖北邮电规划设计有限公司，湖北武汉430000）
摘要：随着竞争的加剧，传统运营商IDC正努力提升总体网络利用率和硬件利用率。

SDN技术为IDC运营商提供了对多厂商设备的集中管理和控制的手段，将网络和应用整合成抽象的资源为客户提供业务，通过接口对抽象网络进行自动维护和管理，简化了维护的复杂度，通过分析集中的网络状态信息，最大限度地调整网络以满足用户需求，以达成更好的用户体验。

关键词：IDC；SDN；网络利用率
中图分类号：TN915.02文献标识码：A文章编号：1673-1131（2016）12-0258-02
0引言
作为新兴业务战略的重要板块，运营商的IDC及云业务能力在迅速成长，各地资源型、应用型和创新型业务都在加速增长，IDC云业务正在成为运营商收入拉力因子的主要增长点。

伴随着IDC业务的飞速增长，传统运营商IDC业务也面临着业务收入单一（以机架出租和带宽出租业务为主）、安全隐患日益严峻（数据中心面对众多新型病毒和安全隐患，需要提供完善的安全策略及容灾计划）、运营成本不断增加侵蚀IDC利润空间（能耗和散热的双重压力，每机柜的能耗增至最高20KW，制冷所消耗的电能占整个数据中心能耗的1/3，超过了IT设备的能耗）、缺乏统一运营、维护和业务支撑能力等诸多问题。

为应对IDC业务的持续爆炸式增长，除了新建更高容量、更大规模的的数据中心外，数据中心资源整合，集中管理，自动化业务部署和运营管理，以及提供额外的商业模式是该运营商IDC业务的下一个发展目标。

数据中心内部将网络、计算、存储集中进行集中管理，数据中心之间建立大二层，形成集中的vDC是提升效率、满足业务发展的驱动力，构建面向下一代数据中心必须的考虑点之一。

1SDN RR流量调优方案
1.1方案思路
运营商IDC机房主要包含交互网络、服务器和存储三大元素，这三大元素统一构成承载IDC数据业务的硬件资源，通过统一的ICT管理中心进行三大资源的统一调度和按需分配。

IDC内部一般以二层交换技术为主实现大流量快速交换，服务器、存储设备通过接入/汇聚交换机连接到IDC核心路由器，与骨干网进行互联。

大型IDC可以拥有独立的AS号，与骨干网实现BGP路由交互。

由于IDC业务路由的不对称，常常出现某条电路拥堵，其他电路空闲围观的场景。

此外，运营商多个IDC间的横向数据流量如何能够享有足够的网络带宽及如何满足跨IDC的业务所需要的低时延，也是IDC组网需要解决的问题。

IDC常规建设思路，是希望通过精准预测峰值流量、高频率调整路由策略来实现，一旦路由策略确定，大多数流量都按照最短路径自动寻址转发，IDC的带宽会随着实际流量的增长不断扩容。

但流量预测受限于预测手段与实际情况的差异，高频路由调整受限于维护力量的实时介入，准确性和实时性都无法保证。

换个思路来说，如果可以实时采集获得的实际流量、流向数据，分析和优化形成调度策略，自动分配网络资源，动态按需调整业务，就可以达到充分利用网络带宽的目的。

采用SDN RR解决方案的全局集中算路机制，可以实现统一资源分配、全局优化和统一控制，消除分布式控制容易产
生的多点协同和难以维护。

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图1SDN RR系统业务逻辑图
策略制定的目标可以基于源IP、目的IP、前缀、AS域等任一或多种方式组合的智能流量调控方式。

而且SDN RR控制器可以设定为自动流量调度和人工调整有机结合的方式，人工调整优先级高于自动流量调度，确保人工应急机制的强制优先性。

1.2系统的构成和功能
SDN RR系统包括三大功能模块器件：流量分析器、策略管理器和路由控制器。

流量分析器采集设备流量，可以通过netstream/netflow采集流信息，或者SNMP获得链路的流量统计信息，甚至可以从其他采集系统获得。

流量统计包括两部分：基于接口的流量统计和基于流的流量统计。

策略管理器负责流量分析策略、流量调整策略、网络控制策略的管理。

流量调整策略是根据客户的流量调整目标而设计的调整策略，可以包括预设电路门限、流量调优负载均衡、控制网络时延指标等服务质量。

SDN RR提供把流量调整到指定链路（显示路径）上的能力。

策略管理器配合路由控制器下发策略。

路由控制器与网络转发设备（路由器）间采用标准的BGP协议，可以规避厂商私有协议对网络开放性的影响。

路由控制模块：路径调整的实现有三个基本步骤：BGP选路确定路径的目的、计算路径、控制路由走计算出来的路径。

外部BGP路由选择的基本原则是确保路由的可达性。

得到处理的算路拓扑后，系统根据流的带宽、显式路径等约束计算满足条件的的路径。

计算出路径后，SDN RR采用BGP路由或者BGP flowspec路由来控制转发器的转发，达到调整流量的目的。

1.3SDN RR与传统RR的关系
为了降低网络故障率，网络部署初期，SDN RR与传统RR 可以一并部署，出现业务逻辑错误，可以切换到传统RR模式快速回退。

当SDN RR控制器与RR共存时，SDN RR控制器仅需计算那些需要调整的流，仅控制这些流的转发。

同时，传统RR 也会对这些路径进行反射，SDN RR采用提高BGP路由优先级的方法来使得SDN RR计算的路由优先，RR则感知不到SDN RR的存在。

转发器优选SDN RR发布的路由。

当SDN RR稳定运行后，SDN RR需要同时计算非调整的背景路由并反射给其他SDN内邻居。

根据租户的SLA等级提供差异化服务，确保即使在拥塞的情况下优先服务的租户/业务不丢包，时延不恶化。

2SDN vDC解决
2.1总体部署方案
IDC云数据中心整体架构由上至下主要分为运营系统、网
络系统、服务器和存储系统三大部分。

其中运营系统包括统一门户、运维系统、云平台；网络系统包括SDN控制器、核心交换机、接入交换机、VxLAN网关以及防火墙等增值业务设备。

网络、服务器和存储统一构成承载IDC数据业务的硬件资源，通过统一的云平台进行三大资源的协同调度和按需的资源分配。

基础网络通过SDN控制器集中控制VxLAN网关、接入交换机NVE（Network Virtualization Edge）和服务器NVE，并构建不依赖于IP组播的VxLAN虚拟网络；同时可以通过VxLAN网关或支持VxLAN功能的接入交换机兼容传统非VxLAN网络的无缝接入。

另外通过Service Chaining技术将FW、LB等多个增值业务点串联起来，构建面向租户的业务链，从而实现面向租户的按需增值业务。

服务器采用KVM虚拟化软件，并部署Open vSwitch，OVS 需支持NVE功能，同时支持openflow1.3，并集中由SDN控制器控制，从而构建不依赖于IP组播的VxLAN虚拟网络。

2.2基于SDN的VxLAN虚拟网络
VxLAN属于IETF NVo3标准技术之一，VxLAN NVE （Network Virtualization Edge）部署在VxLAN网络边缘，可以基于L3基础网络建立E2E的二层虚拟化网络，并支持24bits 的VNI ID（16M租户能力），满足数据中心VM迁移和多租户的需求。

SDN控制器北向通过RESTful与OpenStack Neutron互通，南向通过标准OpenFlow控制Open vSwitch、具备VxLAN 功能的接入交换机以及VxLAN网关；控制器通过与OpenS-tack的协同实现E2E业务的自动化发放，通过获取计算节点和存储节点的业务需求并触发网络协同，从而构建VxLAN虚拟网络以满足云计算业务需求。

SDN控制器可以集中管理ARP和MAC表项，通过按需下发流表，消除VxLAN对IP组播技术的依赖。

2.3面向租户的增值业务链
统一部署增值业务资源池，通过SDN控制器业务链解决方案，集中控制管理，提供每租户每业务的按需使用，支撑运营商开展差异化的增值业务运营，同时实现资源共享；通过Service Chain技术提供增值业务的快速创新能力和创收来源。

SDN控制器通过OpenStack协同获取租户的增值业务需求，通过Service chain技术构建业务链，并向VxLAN网关下发引流策略；VxLAN网关感知租户业务，并依据引流策略将租户业务转发给对应的增值业设备进行处理，针对租户实现按需的增值业务的自动化发放。

3结语
传统IT架构中的网络，根据业务需求部署上线以后，如果业务需求发生变动，重新修改相应网络设备上的配置是一件非常繁琐的事情。

运营商多年以来倡导的“智能管道”其核心就在于单位成本下的管道收益提升，提供灵活、差异化、智能调度的管道资源，是SDN为智能管道打开的一扇通往未来之门。

目前SDN技术正处于商用试点阶段，在现网中还存在诸多难以解决的问题，需要经历长期的演化和发展才能逐渐走向成熟。

参考文献：
[1]Thomas D.Nadeau Ken Gray.软件定义网络：SDN与
OpenFlow解析[M].人民邮电出版社，2014(5).
[2]黄韬,刘江,魏亮,张娇,杨帆,刘韵洁.软件定义网络核心原
理与应用实践(第二版)[M].人民邮电出版社，2016(9).
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