淺析軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在電力信息通信網(wǎng)的研究與應(yīng)用

◆崔鳴石 杜 娜 李國強(qiáng) 朱宏偉

淺析軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在電力信息通信網(wǎng)的研究與應(yīng)用

◆崔鳴石 杜 娜 李國強(qiáng) 朱宏偉

(國網(wǎng)內(nèi)蒙古東部電力有限公司信息通信分公司 內(nèi)蒙古 010010)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)了進(jìn)一步的創(chuàng)新與應(yīng)用，其設(shè)計(jì)理念是將網(wǎng)絡(luò)組成中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制平面進(jìn)行劃分，從而實(shí)現(xiàn)可編程化的網(wǎng)絡(luò)管理與控制。在2007年，Open flow提供了標(biāo)準(zhǔn)化的接口，且通過流表控制方式明確劃分了網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備的功能，為實(shí)現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）提供了技術(shù)基礎(chǔ)。本文結(jié)合軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的技術(shù)內(nèi)容、設(shè)備模型等展開進(jìn)一步的討論，并研究了軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在電力信息通信網(wǎng)中“如何構(gòu)建、如何應(yīng)用、如何管理”的重要問題，有助于提升電力數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的運(yùn)行管理水平，快速適應(yīng)電力信息通信網(wǎng)的發(fā)展需求。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）；電力信息通信網(wǎng)；應(yīng)用研究

0 引言

現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備處于快速發(fā)展的過程中，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信結(jié)構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備中軟硬件是高度集成的，其系統(tǒng)具備了一定的封閉性，其表現(xiàn)在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備通過逐跳路由的計(jì)算方法，且網(wǎng)絡(luò)不具備全方位視圖，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)過于擁堵的情況下，就不能夠?yàn)橹匾獦I(yè)務(wù)通信提供保障，不僅如此，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中采用了分布式結(jié)構(gòu)，不能夠保障對網(wǎng)絡(luò)整體的控制能力，不能夠?qū)崿F(xiàn)對不同業(yè)務(wù)流的接入與解析，并且不能有效預(yù)防網(wǎng)絡(luò)病毒，對異常流量現(xiàn)象也沒有有效的控制措施，因此，無法確保網(wǎng)絡(luò)通信的安全性。

現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不再符合電力信息通信網(wǎng)的運(yùn)行需求了，應(yīng)當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步創(chuàng)新，改變現(xiàn)有的電力信息通信網(wǎng)，推動其自身的發(fā)展。在我國社會經(jīng)濟(jì)建設(shè)的深入推動與發(fā)展環(huán)境的影響下，科技水平得到了廣闊的發(fā)展空間，尤其是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)被廣泛的應(yīng)用在人們的生活與工作中，具備了顯著的快捷性、簡便性以及穩(wěn)定性等積極因素，成為現(xiàn)代化社會中重要的通信方式。本文針對軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在電力信息通信網(wǎng)中的具體應(yīng)用展開研究，對該領(lǐng)域的研究具有一定的積極意義。

1 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）概述

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是美國斯坦福大學(xué)研究組提出的新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，將Openflow作為網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的核心技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制平面和數(shù)據(jù)平面進(jìn)行分離，網(wǎng)絡(luò)流量控制更具靈活性，促進(jìn)電力信息通信網(wǎng)的進(jìn)步與發(fā)展。

如圖1所示為典型軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）架構(gòu)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）采用單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)控制和管理網(wǎng)絡(luò)，使網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備更具標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)了編程化控制。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）具有三個(gè)基本特性，一是控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面的分離，二是邏輯集中的網(wǎng)絡(luò)控制平臺，三是在通用的網(wǎng)絡(luò)軟硬件上實(shí)現(xiàn)了可編程化控制。同時(shí)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）也在成本、業(yè)務(wù)等各個(gè)方面有著顯著的優(yōu)勢。在路由器的設(shè)計(jì)上，其組成包含了硬件數(shù)據(jù)渠道以及軟件控制，數(shù)據(jù)渠道能夠查詢、交換以及緩存每個(gè)包，而軟件控制則是管理和路由協(xié)議等。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)規(guī)劃、控制與管理上展現(xiàn)了高度的靈活性，在控制上可以自行選擇集中式控制或者是分布式控制，在轉(zhuǎn)發(fā)微量流與聚合流的情況下可以匹配流表項(xiàng)，同時(shí)在實(shí)現(xiàn)方式上也可以進(jìn)行選擇。

此外，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在響應(yīng)業(yè)務(wù)方面也有著更為快速的速度，針對路由、策略、流量工程以及安全等多種網(wǎng)絡(luò)參數(shù)上進(jìn)行定制，并且將其配置在信息網(wǎng)絡(luò)中，極大程度上減少了對業(yè)務(wù)的響應(yīng)時(shí)間。

圖1 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）典型架構(gòu)

2 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在電力信息通信網(wǎng)的應(yīng)用

現(xiàn)階段，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在電力信息通信網(wǎng)中的實(shí)現(xiàn)可以分成三種基本方式：

（1）將專用接口作為基礎(chǔ)，其主導(dǎo)是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商，在廠商提供的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上開放共同使用用戶，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開發(fā)。該實(shí)現(xiàn)方式的技術(shù)應(yīng)用具有一定的成熟性，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)實(shí)施也更加便捷，且技術(shù)體系相對而言比較封閉；

（2）將Open flow作為關(guān)鍵基礎(chǔ)并實(shí)現(xiàn)協(xié)議的開放，將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行徹底的分離，給集中化控制提供支持。該實(shí)現(xiàn)方式能夠獲得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商的大力支持，發(fā)展規(guī)?？焖偻卣梗谛畔⑼ㄐ判袠I(yè)中有著較大的影響力；

（3）將虛擬化場上作為主導(dǎo)，在多層隧道上建立二層網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一化管理與控制，充分體現(xiàn)了虛擬化管理的便捷性，但是，在實(shí)行效果上由于地層網(wǎng)絡(luò)對其產(chǎn)生了較大的影響而有所下降。

以上的實(shí)現(xiàn)方式中，第二種Open flow關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式最具可行性，并獲得了各界的高度重視，因此本文針對這一實(shí)現(xiàn)方式展開論述。

Open flow實(shí)現(xiàn)方式是采用標(biāo)準(zhǔn)化接口，通過流表控制在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制平面進(jìn)行分離，同時(shí)采用集中式控制器來管理和配置不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，其基本理念就是在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)交換節(jié)點(diǎn)上建立流表，并對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行控制。如圖2所示為Open flow的應(yīng)用結(jié)構(gòu)圖，在Open flow網(wǎng)絡(luò)中組成中，交換機(jī)起著至關(guān)重要的作用，控制著數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)活動，當(dāng)交換機(jī)受到了數(shù)據(jù)包之后，會在本地現(xiàn)有的流表中對其目標(biāo)進(jìn)行查找，若未發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的匹配，就會將這一數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到控制平面上，在控制平面上選擇數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)端口此外，Open flow網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建立是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能模塊分離，交換機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)功能是采用了Controller，基于Open flow協(xié)議控制標(biāo)準(zhǔn)化接口中的流表，從而實(shí)現(xiàn)全面管理和控制的信息網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖2 Open flow結(jié)構(gòu)圖

圖3 交換機(jī)結(jié)構(gòu)圖

3 結(jié)論

在軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的實(shí)際應(yīng)用研究中，本文針對Open flow網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)方式進(jìn)行了深入的討論，Open flow網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了集中化控制以及分布式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行全面的管理與控制，在極大程度上提升了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性，確保電力信息通信網(wǎng)的工作效率。同時(shí)，Open flow網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)加強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)自身的安全防護(hù)能力，將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全模式進(jìn)行改善，提升電力信息通信網(wǎng)的運(yùn)行安全性。不僅如此，Open flow網(wǎng)絡(luò)還可以讓網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能更具標(biāo)準(zhǔn)化，在一定程度上減小了系統(tǒng)投入的力度，為其帶來十分理想的經(jīng)濟(jì)效益。因此，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）在電力信息通信網(wǎng)中的應(yīng)用能夠提升運(yùn)行效率。

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[2]郝悍勇，胡紫巍，李建岐.SDN在下一代電力通信網(wǎng)中的典型應(yīng)用探討[J].電力信息與通信技術(shù)，2016.

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[4]“軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)體系及其電力應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)研究”等2項(xiàng)目啟動會召開[J].電力信息與通信技術(shù)，2014.