基于SDN的IDC流量靈活調(diào)度技術(shù)研究

李益錚

中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)江蘇有限公司

0 引言

為加速I(mǎi)DC流量疏導(dǎo)效率，大型IDC在以往城域網(wǎng)或省網(wǎng)單出口的基礎(chǔ)上新增骨干出口方向。原則上骨干方向疏導(dǎo)服務(wù)外省流量，省內(nèi)出口疏導(dǎo)省內(nèi)用戶訪問(wèn)流量。但I(xiàn)DC流量忙閑不均且流向不可預(yù)測(cè)，為短時(shí)間的出省突發(fā)流量進(jìn)行擴(kuò)容（如雙11、618等電商節(jié)、世界杯等特定時(shí)間段），投資收益比低。傳統(tǒng)策略路由疏導(dǎo)模式效率低，結(jié)果不可預(yù)測(cè)，急需一種自動(dòng)化手段進(jìn)行流量調(diào)優(yōu)。

1 SDN技術(shù)介紹

近幾年來(lái)，隨著SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)Software De fi ned Network）技術(shù)的發(fā)展，在承載網(wǎng)應(yīng)用日漸成熟。SDN是一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)分解成為應(yīng)用層、控制層、轉(zhuǎn)發(fā)層的三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

該架構(gòu)有如下特征：

（1）開(kāi)放可編程：定制化開(kāi)發(fā)管理網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用程序，如靈活、動(dòng)態(tài)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高虛擬化網(wǎng)絡(luò)能力。

（2）控制面集中：全局網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一控制，提高效率。

（3）標(biāo)準(zhǔn)化接口協(xié)議：使轉(zhuǎn)發(fā)面技術(shù)和上層技術(shù)解耦，加速創(chuàng)新，適應(yīng)多廠家互通。

圖1 傳統(tǒng)路由與SDN網(wǎng)絡(luò)邏輯對(duì)比圖

2 基于SDN的流量調(diào)度實(shí)現(xiàn)原理

目前CMNET國(guó)干新平面已建設(shè)完成，大型城域網(wǎng)和IDC均實(shí)現(xiàn)省網(wǎng)和國(guó)干雙跨接入，省內(nèi)業(yè)務(wù)路由通過(guò)IBGP路由協(xié)議承載，與骨干網(wǎng)之間采取EBGP路由器協(xié)議。雙跨設(shè)計(jì)初衷為出省流量直接通過(guò)骨干鏈路疏導(dǎo)，省內(nèi)訪問(wèn)流量通過(guò)省網(wǎng)疏導(dǎo)，原則上IDC服務(wù)外省流量不會(huì)通過(guò)省網(wǎng)至骨干方向疏導(dǎo)。但某些特定時(shí)期（如雙11、世界杯期間），服務(wù)外省流量激增，骨干方向擁塞，省網(wǎng)方向空閑，如果采用傳統(tǒng)方式，需要擴(kuò)容骨干方向帶寬，但周期長(zhǎng)，且非忙時(shí)間段資源利用率低、投資效益差。傳統(tǒng)維護(hù)模式是通過(guò)策略路由將IDC服務(wù)部分省份的流量牽引至省網(wǎng)方向再至國(guó)干，但實(shí)施復(fù)雜，結(jié)果不可預(yù)測(cè)。

本次在蘇州IDC進(jìn)行測(cè)試，部署SDN控制器，相當(dāng)于給網(wǎng)絡(luò)增加了一個(gè)大腦，預(yù)期目標(biāo)為解決傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及路由機(jī)制的缺陷，綜合帶寬、時(shí)延、費(fèi)用等因素，智能生成路由策略，實(shí)現(xiàn)管道智能化。

主要通過(guò)以下四個(gè)步驟實(shí)現(xiàn)：

（1）拓?fù)渖桑篠DN控制器通過(guò)與路由器建立IGP鄰居獲取IGP LSDB，得到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邏輯拓?fù)洹GP路由、COST值等信息。

（2）流量分析：轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備通過(guò)IPFIX把流量采樣結(jié)果上報(bào)給SDN控制器；SDN控制器通過(guò)BGP協(xié)議獲取轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備中的BGP路由信息；把流量采集信息與BGP路由關(guān)聯(lián)，生成基于BGP路由的TOP N流量矩陣。

（3）智能選路：SDN控制器通過(guò)Restconf接收到應(yīng)用層的業(yè)務(wù)要求。根據(jù)物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹㈡溌防寐?、流量分析矩陣等信息進(jìn)行智能選路計(jì)算，輸出流量調(diào)優(yōu)策略。

（4）策略下發(fā)：控制器通過(guò) BGP修改特定流量的BGP路由，調(diào)整流量轉(zhuǎn)發(fā)路徑；通過(guò)Netconf把需要調(diào)整的流量信息、流量調(diào)整后的轉(zhuǎn)發(fā)路徑信息下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。設(shè)備根據(jù)控制器下發(fā)的路徑信息自動(dòng)創(chuàng)建RSVP-TE隧道。

圖2 SDN邏輯控制圖

3 試點(diǎn)目標(biāo)及效果

（1）以目的AS為顆粒度實(shí)施流量調(diào)度

目前CMNET以各省為單位分別使用一個(gè)獨(dú)立AS號(hào)，本次SDN控制器以目的AS為顆粒度下發(fā)流量調(diào)整策略。

應(yīng)用案例：在“雙11”等IDC業(yè)務(wù)突增情況下，為避免IDC骨干局向流量擁塞，將部分省份（不同AS號(hào)）流量通過(guò)省網(wǎng)局向出口鏈路疏通。

（2）以用戶源地址為顆粒度實(shí)施流量調(diào)度

SDN控制器以IDC客戶源地址為顆粒度下發(fā)流量調(diào)整策略。

應(yīng)用案例：同一IDC內(nèi)，將部分低SLA等級(jí)客戶流量從省網(wǎng)繞轉(zhuǎn)至骨干，騰出骨干局向帶寬為騰訊、阿里等高等級(jí)、高價(jià)值客戶服務(wù)。

（3）異常流量防護(hù)

通過(guò)NTG平臺(tái)對(duì)網(wǎng)間攻擊流量進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，將疑似攻擊流通知路由監(jiān)測(cè)平臺(tái)；路由監(jiān)測(cè)平臺(tái)根據(jù)黑白名單判斷是否需要調(diào)控，并將攻擊流信息和限速策略通知SDN控制器；最后由SDN控制器通過(guò)BGP FLOW-SPEC下發(fā)限速策略。

圖3 流量調(diào)度效果視圖

（4）故障應(yīng)急調(diào)度

在CMNET傳輸電路去保護(hù)之后，如發(fā)生光纜中斷導(dǎo)致多個(gè)城域網(wǎng)/IDC到國(guó)干新平面的鏈路擁塞，則通過(guò)SDN控制器將城域網(wǎng)/IDC訪問(wèn)國(guó)干的流量從省網(wǎng)進(jìn)行疏導(dǎo)，同時(shí)SDN應(yīng)用層需要對(duì)全網(wǎng)的端口流量、業(yè)務(wù)流量進(jìn)行分析，并對(duì)疏導(dǎo)策略進(jìn)行流量仿真，確保省網(wǎng)端到端電路無(wú)擁塞后再向控制層下發(fā)恢復(fù)疏導(dǎo)策略。

試點(diǎn)效果：流量調(diào)度實(shí)施由原先通過(guò)設(shè)備指令配置調(diào)整為通過(guò)可視化界面實(shí)施，實(shí)施時(shí)間由原先的0.5工作日縮減為10分鐘左右，效率提升24倍。

對(duì)蘇州IDC出口流量實(shí)現(xiàn)可視化調(diào)度，順利完成了2017年“雙十一”網(wǎng)絡(luò)保障。針對(duì)蘇州IDC投訴用戶如迅雷、網(wǎng)宿的部分源IP實(shí)施出口調(diào)整測(cè)試，成功定位質(zhì)差故障點(diǎn)。

4 相關(guān)建議

（1）目前各廠家SDN控制器僅能通過(guò)私有協(xié)議對(duì)本廠家設(shè)備進(jìn)行控制，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠家眾多，實(shí)現(xiàn)兼容難度大?？稍诳刂破髦喜渴鸾y(tǒng)一編排器，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化南北向接口協(xié)議，實(shí)現(xiàn)與各廠家SDN控制器對(duì)接，SDN控制器控制各家設(shè)備?？梢暬木幣牌骺蓸O大簡(jiǎn)化維護(hù)難度。

（2）目前僅在蘇州IDC出口處部署，未來(lái)圍繞DC組網(wǎng)后，城域網(wǎng)和IDC均有多方向出口，全省部署可實(shí)現(xiàn)全局視圖流量自動(dòng)調(diào)度，對(duì)維護(hù)而言更具有價(jià)值。

（3）基于目標(biāo)AS和源IP流量流向統(tǒng)計(jì)分析功能，可指導(dǎo)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，為網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容提供流量分析手段，可減少流量繞轉(zhuǎn)帶來(lái)的路由器端口、傳輸設(shè)備投資。

5 結(jié)語(yǔ)

基于SDN的流量靈活調(diào)度技術(shù)，目前在IDC試點(diǎn)部署取得成功，在滿足突發(fā)業(yè)務(wù)的前提下有效降低了網(wǎng)絡(luò)投資，后期可推廣至城域網(wǎng)、省網(wǎng)、乃至骨干網(wǎng)絡(luò)等場(chǎng)景。集中、可編程的特點(diǎn)決定了其在未來(lái)IP承載網(wǎng)中不僅僅提供靈活流量調(diào)度，還可以實(shí)現(xiàn)流量差異化服務(wù)、DCI（Data Center interconnection）業(yè)務(wù)快速開(kāi)通等功能，為今后云網(wǎng)協(xié)同、新業(yè)務(wù)開(kāi)發(fā)提供有力的技術(shù)支撐。