面向广域网的IP+SDN+NFV控制系统研究

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面向广域网的IPSDN&N凡控制系统研究
王爱俊1祖翔2
1冲国电信股份有限公司北京研究院
2中国电信集团公司
针对运营商部署JPSDN&NFV控制器系统的主要目标，分析广域网fPSDN&NFV控制器系统的发展思路，提出应
采用集中控制与分布部署相结合的方式在JP网络中引A．SDN控制系统。基于控制系统与网络设备间接口的标准化
需求，分析IETF相关工作组的最新动态。对业界当前两大主流的开源控制系统OpenDaylight和ONOS和广域网lP
SDN&NFV控制系统部署的两种模式进行对比分析，提出运营商应尽快基于开源的控制系统主导开发可直接控制
各厂商设备的自研IPSDN&NFV控制器系统，尽早实现扁平、简洁、集约、柔性、开放的网络。
SDNController广域网OpenFIow
口引言
基于IP技术的广域网当前承载了几乎所有的互联网应
用。传统的IP广域网主要由专用的路由器设备，通过标准
化的路由协议Os—IS／OSPF／BGP／MPLSVPN等)实现了分布
式、多厂商的混合部署。基于分布式部署的原则，实现了IP
广域网的快速扩张，也保证了其有很好的顽健性，可承受网
络中单节点、多节点、单链路、多链路等多种类型的故障，
这也是越来越多的应用基于TCP／IP开发的关键原因。
但另一方面，随着IP广域网承载的应用类型越来越多，
承载的流量越来越大，也越来越难满足一些关键应用的动态
调整需求。互联网时代快速竞争的特点，要求网络也能快速
响应应用的需求，实现端到端的业务保障。但传统的基于专
用路由器设备的封闭式系统很难快速实现新增的功能需求，
基于分散控制的传统IP网络也很难实现集中调度和全局分配
资源的目标。
针对这两类关键问题，业界提出SDN／NFv的解决方
案。其中NFV主要目标是将传统的、封闭的网络软硬件实体
进行分离，采用通用的x86J]艮务器实现专用网络设备能提供
的网络功能，采用一些优化的转发技术增强x86J]艮务器的转
发性能，基于虚拟化的资源调度技术，实现网络功能、性能
的按需动态调整。而SDNI)I．I]重点解决网络资源的集中监控和
调度能力，以实现面向业务的全局网络资源端到端调度。
考虑至ljSDN／NFV技术实现的复杂性，业界当前基本都
先考虑从IDC内部网络设备功能和网络资源的虚拟化和集中
调度做起，所控N／虚拟化的设备主要是基于OpenFlow协议
30T日EC0lMMUNICA：1]oNSTECHNoIoGM2016·7
的硬件OVS交换机，集中调度的方案也围绕IDC内租户问的
网络隔离等需求实现。但对运营商来说，其网络的大部分资
产集中在广域网环境中，如何在传统的广域网环境中快速引
入SDN／NFV技术，成为运营商当前迫切需要解决的问题。
目运营商部署SDN／NFV的主要目标
网络是运营商最核心的资源，也是实现战略转型的主要
抓手。网络架构是网络的灵魂所在，决定了网络的竞争力和
发展潜力。网络架构重构、重设计、重定义已成为全球电信
网络技术创新的大潮流，也是网络转型的深化和根本。当前
的网络架构正在发生基于SDN／NFV技术的根本性变革，它
的主要特征是网络的控制和处理分离、网元的软硬件分离、
网元虚拟化、网络可编程等。
未来网络架构的演进有5个重要方向，分别是扁平、简
洁、集约、柔性和开放。
扁平：减少网络层次，提供快速直达管道的能力。
简洁：精简网络的种类、类型、数量，减少运维复杂眭。
集约：资源统一部署、配置和端到端运营。
柔性：软硬件解耦，网络资源弹性可伸缩，为业务创新
提供广阔的想象空间。
开放：开放的生态系统显然更容易激发网络和业务创新。
运营商要想达到这种网络架构演进的战略目标，要实
现两个根本性转变：从“互联网应用被动适应网络”向“网
络主动、快速、灵活适应互联网应用”的转变。可以说，
SDN／NFV技术的实现和引入使这种转变成为可能。
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目广域网IPSDN&NFV控制系统发展思路
业界当前针对SDN&NFV控制系统的发展思路基本都
是围绕OpenFlow协议以及面向IDC内部云网络的虚拟化进
行。考虑至I]SDN&NFV技术实现的复杂性，选择IDC内部，
针对云应用需求验证该技术的优越性应该是一个很好的选
择。但对运营商的广域网来说，现网所有设备都升级支持
OpenFlow，或者未来全网向由仅支持OpenFlow协议的设备
组网都是一个难以企及的目标，这主要是考虑到如下的几个
因素。
·未来的网络架构应该是分布／集中相结合的方式，既
要充分利用分布式组网带来的自组织、自适应及顽健性优
点，又要利用集中控制式带来的全局资源统筹考虑和集中调
度优势。现网全部分布式组网已难以适应互联网时代快速调
整的特点，但考虑到互联网应用的复杂性、广域网流量增长
的快速性，未来全部采用OpenFlow协议，去除底层网络设
备的自主控制能力，全部采用集中调度的网络部署方案也很
不现实。
·并不是互联网上的所有应用都需要灵活调度网络的资
源。对于那些对时延、丢包率、抖动等不敏感的业务，其一
般仅只需要网络给它提供广域网范围内的连通性。针对这类
应用，传统的网络设备以及经过大量实践检验的开放的网络
协议即可满足其要求。
·当前影响运营商业务部署速度的一个主要原因是其网络
内一般会部署多厂商的路由器设备。尽管这些路由器设备之间
自动协商所采用的路由协议是基于IETF相关RFC定义的标准化
协议，但如何配置这些路由器协议以满足各类组网需求却是各
自厂商的私有实现。对运营商来说，要完成同样一个标准协议
(如Is—IS、BGP等)的部署，就需要运维人员熟悉不同厂商的
配置规范，对现网运维人员形成较大的压力，也容易因配置的
失误导致不必要的排障，从而延缓业务的上线时间。
基于上述因素，认为未来针对广域网的控制系统架构发
展应采取如下的思路。
·采用集中控制和分布部署相结合的方式。其中分布部
署基于常规的标准化路由协议，主要针对普通互联网流量的
常规转发。而集中控制则主要针对那些对网络传输性能要求
高的关键流量的关键路由进行集中计算和统一调度。
·采用面向应用需求进行网络开发。现网的网络设备已
经具备了很多复杂的功能，基于网络的开发应该有的放矢，
从应用需求角度，按需调用网络设备所能提供的能力。
·采用分层的架构。考虑到广域网地域覆盖广阔的特
点，以及互联网业务要求全网统一服务的能力，部署于运营
商网内的IPSDN&NFV控制系统应该采用“一个业务编排层
+多个IPSDN控制器”的模式。其中统一的业务编程层用于
统一向CP／SP提供开放的接口和网络能力的“一点调用，全
网部署”，而多个IPSDN控制器则分别部署在不同的地域，
比如针对骨干网的IPSDN控制器，针对各城域网的IPSDN
控制器等。
·IPSDN控制器应支持多种标准化的南向接口，以适
应现网的多种设备。为尽可能地适应现网已经部署的大量设
备，IPSDN控制器除了要支持业界当前正在推动的一些标
准化接口(如Netconf／Yang／BGP—LS／PCEP)之外，还需要
考虑针对～些现网部署需求，支持通过CLI方式下发配置，
以及通过SNMP采集网络实时状态等。
·控制器与编排器，编排器北向应考虑采用Restful类型
的接口。采用Restful类型的接口主要是为了解耦接口调用与
业务实现的紧密绑定，该接口风格也是当前针对互联网应用
的主流接口风格。
采用上述原则设计的广域网IPSDN&NFV控制系统架构
示意如图1所示。
口IETF中针对SDN／NFV的标准化动态
为提升业务在网络中的部署速度，就需要对设备的相关
接口进行标准化。与OpenFlow重点关注设备转发层面的标
准化方向不同，IETF中，当前的标准化工作主要集中在对设
备配置、设备运行状态以及设备控制平面接口的标准化。其
相关的工作组见表1。
设备配置、状态描述以及控制平面接口的标准化，都需
要对其中涉及的众多参数以及规则进行详细描述。该描述语
言需要同时考虑人的易读性、程序的自动化处理特征以及适
应网络运行语境的因素。
基于此，IETF当前正在重点推动基于Yang语言的接口
协议内容标准化：针对设备配置、状态描述以及控制平面
接口化，IETF几乎一半以上的工作组都在定义各种各样的
YangModel。另：gbYangModel的定义不仅汇集了传统设备厂
商女1]Cisco、华为的大规模投入，也吸引了女DGoogle、ATT、
BT、中国移动等众多运营商的大力参与。应该说YangModel
的标准化已经得到了业界运营商、设备厂商的大力支持。另
外由于运营商是这些标准化接口的主要使用者，故需尽快及
早参与相关YangModel标准化的制定工作，基于自身业务发
展和运营的需求影响YangModel的制定。
囝基于OpenDaylight的IPSDN原型系统实现
业界当前面向运营商的开源控制系统主要有两大组织：
OpenDaylightS阳ONOS。基于运营商引)kSDN的主要目标，
提出一些评判IPSDN控制系统的几个关键因素，并给出对应
的具体要求：如控制器设计理念、控制器系统架构、面向模
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型的编程、所支持的南北向接口协议等。
基于这几个关键因素，对oNOs与ODL进行系统对
比，见表2。从目前的情况来看，ODL在面向模型编程、南
北向接口方面要领先于ONOS。不过，随着标准化过程的逐
步深入和开源组织的逐步成熟，二者间的差距会逐步缩小。
考虑到openDaylight系统当前支持比较丰富的南向接
口，另外采用前面所述基于YangModel的编程架构，选用
OpenDaylight实现面向混合云的云管协同原型控制系统。
面向混合云的云管协同原型系统的主要需求有两方面。
■图簟Q口
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·企业自建的私有云与租用运营商的公有云之间按需建
立大二层的网络；
·私有云与公有云之间的通信底层网络能够提供实时动
态的端到端质量保障。
在运营商未部署SDN之前，企业的上述需求一般通过
租用运营商专线来解决。专线的缺点是部署周期长，难以按
照企业需求动态建立和取消。另外由于是通过专用的链路实
现，所以价格一般也比较高。
运营商引入SDN后，上述需求就很容易通过集中控制
图1针对广域网的IPSDN&NFV控制系统架构示意
表1lETF与SDN／NFV柞I关的标准化工作组
工作组名称主要研究内容关键RFC
12RS路由器控制层面接口开放标准htfp：／／datatrackerle廿org／doc／draft—ietf—i2rs—architecture／
L3SM针对=三层VPN的ServiceModel*]lJ定htcp：／／datatracker酣org／doc／draft—ieⅡ一13sm一13vpn—service—model／
SPRING基于源地址的路由http：／／datatrackerie廿org／doc／draff-ietf—spring—segment—routing／
SFC业务链http：／／datatrackerI酣org／doc／draft—ietf—sfc—dc—use—cased
http：／／datatrackerl酣org／doc／draft—ietf～sfc—architecture／
NV03基于三层的网络虚拟化http：／／datatrackeri酣org／doc／draft-ietf—nv03-arch／FtFC7365(FrameworkforDCvirtualizationl
NETCONF对网络设备动态配置的南向协议RFC6241(Netconf)
NETMODNETCONFDataModelingLanguageRFC6991(CommonYangDataType)、RFC7277(YangModelforIPMangement)
表2ODL与ONOS设计关键点比较
评价指标具体要求0NOSODL
分布式控制(传统路由协议)为主．集中
控制器设计理念以集中控制(SDN)为主以分布式控制为主，集中控制为辅
控制(SDN)为辅
控制器系统架构性能动态扩展分布式杨讨空制平台分布式核心控制平台
软件架构功能模块式开发和动态加载基于OSGi架构，可实现模块的动态加载基于OSGifl矧"8，可实现模块的动态加载
面向模型从Lithium版本即采用MD—sAL架构．全面实
(ModelDriven)的编程基于IETF当前大力推动的YangM。deJ编程当前正开发基于YangModel的的插件现基于Yang的编程
北向接口协议Restful／RestConf实现网络模型抽象Restful／RestCon硅是供部分网络模型的抽象ReS廿uj，Reslcon纯是供较丰富的网络抽象模型
南向接口协议Netconf／Yang，BGP—LS／PCEP，南向接口主要是0penFfaw，逐步支持以Netconf／Yang、BGP—LS俨CEP为主。
OpenFIow．SNMPBGP—LS／PCEP等t#$Y．OpenFIow／SNMP为辅
重点考虑面向IDC以及一些IP+光的相关应
应用场景可渐进部署于现网重点考虑在IP广域网的应用部署
用场景
32TEIECoMMUNlCATloNSTECHNoIoGY，2016·7
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的方式实现，具体来说有两个步骤。
·基于VxLAN，采用复用现有IP网络基础链路实现大二
层链路的建立；
·采用实时动态对混合云流量所经过路由器动态控制
(Dual—i／eBGP)的方法实现对该类流量的端到端专用通路
保障，面向混合云的云管协同原型系统架构如图2所示。
针对VxLAN实现，采用OpenDaylight中的OVSDB模
块，在开源代码的基础上，与业界其他厂商一道，基于Yang
Model实现对支持OVSDB硬件Schema的交换机控制。用户可
以通过Restful接口，实时动态地对vxLAN隧道的生命周期进
行管理。
针对端到端通用链路保障，设计Dual—i／eBGP的方案，
也就是对保障流量所经过的一系列路由器逐段配置两对BGP
邻居(i／eBGP)，保障流量和非保障流量的路由分别经过这
两对BGP邻居进行分发。通过由SDN控制器动态地在每个路
由器上指定到下一个路由器地址的链路，即可实时调整保障
流量所经过的链路和可用的带宽。
在南向基于Yang对路由器／交换机进行控制的同时，也
设计了针对北向业务I拘YangModel。通过在oDL中实现北向
YangModel到南向YangModel之间的转换，用户就可以实时
通过Restful的接口调用网络所提供的能力，实现网络随需而
动的目标。
囝广域网IPSDM女NF、，控制系统部署思路
考虑到控制器南向接口的标准化还需要比较长的时间，
运营商在部署IPSDN&NFV控制器系统时，就必须考虑如何实
现对同一域内的多厂商设备进行统一控制。针对业务的快速部
署和流量的集中调度，目前主要有如图3所示的两种模式。
其中，模式一中的单域多层控制器是运营商在各厂商
控制器的基础上，再引入超级控制器和在其上的业务编排
层；而模式二的单域单层控制器是运营商主导研发的控制器
直接控制多厂商的设备。表3对这两种模式的优劣点进行对
比分析。
考虑到运营商引入SDN的主要目标是实现扁平、简洁、
集约、柔性、开放的网络，认为模式二，即由运营商来主导
开发，引入能对多厂商设备直接进行控制的IPSDN控制器系
图2面向混合云的云管协同原型系统架构
表3运营商广域网引入IPSDN控制系统模式对比
项目模式一模式二
各厂商开发自己的控制器，控制本厂商的路由器设备；运
架构关键点运营商自行开发针对不同厂商设备的控制器利办同器
营商在各厂商的控制器上，开发超级控制器和怫同器
需要标准化的内容控制器北向接口路由设备北向接口
国际标准工作组ONFIErF
减弱，运莒两弼设备的控制刀发；障低n匿冒陶!IE务舌1#着运营商对设备控制力度加强；增强了运营商快速部署业务的
运营商对网络、业务的控制力度
的灵活性灵漕性
面临的挑战运营商再度粥出缘化厂商配合不积极
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b)模式二：单蝉层控制器
图3运营商广域网引入IPSDN控制器系统两种模式
统应该是提升运营商对网络掌控力的最佳模式。目前业界流
行的开源控制系统为运营商实现这一目标提供很好的契机，
当然运营商的转型也需要产业链上的各设备厂商积极配合。
日结束语
面向广域网的IPSDN／NFV技术是运营商未来需重点考
虑的主战场，现网的大量IP网络设备如何平滑向SDN／NFV
架构演进是未来运营商应重点关注的问题。基于YangModel
的网络业务模耍!标准化、设备接口标准化是当前大型运营
商、主流设备提供商及IETF标准化组织重点推动的方向。运
营商应尽快切入并影响相关模型的制定，尽早切入并主导IP
SDN控制系统的开发，实现对单域多厂商设备的直接控制，
以加快SDN／NFV技术在现网中的应用。匝
如对本文内容有任何观点或评论．请发E—mail至ttm@bjxintongCOfTIcn。
开启E级计算新篇章
联想首届全球超算峰会在京召开
刚刚从ISC2016凯旋归来的联想集团再度吹响集结
号．在北京隆重召开了以“开启E级计算新篇章”为主题
的首届全球超算峰会。本次大会联想正式发布了其自主研
发的．面向E级计算的高性能计算机系统深腾X8800。并
和众多国际国内著名的高性能计算研究与应用专家，以及
参会的1000名来自中国各应用与研究领域的高性能计算用
户．共同分享和交流了高性能计算技术和应用发展趋势。
近年来，HPC商用化趋势加速。特别是随着众多互联
网企业开始将j-HPC作为提供云计算、深度学习等服务的基础
设施平台，原本小众的HPC市场，已经吸引了众多厂商更大
的关注。据IDC预测。2019年全球HPC市场将达至IJl52亿美
元的规模，其中中国市场将成为主要角逐之地。2016年，联
想以92套的份额成为首家在该榜单中跻身全球前二的中国厂
商．让“中国力量”成为全球HPc行业瞩目的焦点。
积淀深厚、发展迅猛，联想HPC进入快车道。作为
中国起步较早的HPC厂商。联想在2001年即成立了高性
能服务器事业部，开始了在HPC领域的探索。在2014年
34TEIEColMMUNJCAlloNSTECHNolo(》∥2016·7
收购IBMx86aE务器部门后，联想在HPC领域的技术实力
和团队能力都迈上了新台阶。联想HPC团队既有像联想集
团首席科学家祝明发、肖利民博士、杜晓黎博士等一线的
中国专家．也有联想集团高性能计算解决方案高级总监路
易吉一伯查德(LuigiBrochard)博士这样的国外权威。
同时，联想还拥有一支经验丰富的行业应用专家团队，可
以为客户提供业内领先的IT服务。联想同时在HPC领域拥
有全球领先的技术。比如全球首创的45℃温水水冷技术．
PUE可低至1．1，可以在更少的占地空间下，实现更高的
性能、更低的能耗和更低的噪音。
全球技术，本土实践。联想领军中国军团。近年
来，联想将全球化技术优势与深刻的本土客户洞察完美结
合，不遗余力地推进其HPC应用商业化的进程。连续两
年在全球TOP500排行榜中份额领军中国厂商，并在中国
TOPlOO排行榜中份额高居榜首。在联想上榜的系统中．
不仅有莱布尼茨实验室、CENlCA、北京大学、清华大
学、南京大学、中科院超算中心等．全球知名的教育、科
研机构客户，还包括中国三大电信运营商、中国石油、南
方电网等公交能源领域的巨头，以及众多大型金融机构以
及中国主流互联网客户。
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