數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)SDN 域控制器與超級(jí)控制器建設(shè)方案

張文迪 陳鵬宗

（廣東南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 深圳518038）

目前運(yùn)營商缺乏云網(wǎng)協(xié)同能力，而阿里、騰訊等均已具備網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力，可以提供企業(yè)一站式上云服務(wù)。運(yùn)營商將面臨失去業(yè)務(wù)入口和失去客戶界面的市場挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)專線市場會(huì)被侵蝕。由此可見，運(yùn)營商數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)亟待補(bǔ)齊云網(wǎng)協(xié)同能力，增強(qiáng)市場競爭力。

1 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)總體演進(jìn)目標(biāo)

數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)包含有一/二兩個(gè)平面，每個(gè)平面均為骨干核心層、骨干匯聚層二層結(jié)構(gòu)，二平面主要疏導(dǎo)網(wǎng)內(nèi)流量；一平面主要疏導(dǎo)國內(nèi)/國際網(wǎng)間的流量，流量疏通效率有了較大的提高。

綜合考慮現(xiàn)網(wǎng)的業(yè)務(wù)功能、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備演進(jìn)及新技術(shù)發(fā)展等主要因素，按照確保網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)平滑演進(jìn)的原則，制定數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)業(yè)務(wù)承載目標(biāo)架構(gòu)：業(yè)務(wù)承載優(yōu)化，分平面承載大流量業(yè)務(wù)、高價(jià)值流量業(yè)務(wù)，積極引入SDN，提升網(wǎng)絡(luò)智能化。

目前二平面承載數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)流量，一平面承載網(wǎng)間流量。將在一平面引入SDN技術(shù)，承載數(shù)據(jù)中心互聯(lián)DCI 流量、CDN等高價(jià)值互聯(lián)網(wǎng)流量，一平面的國內(nèi)國際網(wǎng)間流量將逐步遷移到二平面，最終二平面將承載普通互聯(lián)網(wǎng)流量，包括網(wǎng)內(nèi)互訪流量和網(wǎng)間流量，一平面作為云專網(wǎng)，承載DCI、CDN等高價(jià)值業(yè)務(wù)。

數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)業(yè)務(wù)承載目標(biāo)架構(gòu)詳見圖1。

圖1

2 現(xiàn)網(wǎng)問題分析

2.1 現(xiàn)網(wǎng)鏈路利用率分析

（1）數(shù)據(jù)網(wǎng)城域網(wǎng)出口帶寬的建設(shè)較好的匹配了流量增長的需求，鏈路利用率保持平穩(wěn)。

（2）數(shù)據(jù)網(wǎng)省際中繼帶寬超前了現(xiàn)網(wǎng)的流量需求，鏈路利用率有較大的增長空間。

（3）國內(nèi)、國際互聯(lián)出口開通帶寬受限于政策，鏈路利用率基本保持在60%～70%。

2.2 第一平面網(wǎng)絡(luò)改造分析

根據(jù)骨干網(wǎng)兩個(gè)平面定位，第一平面需要進(jìn)行改造，適配云服務(wù)業(yè)務(wù)承載需求。隨著新業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，新技術(shù)的不斷出現(xiàn)，對現(xiàn)有第一平面的設(shè)備性能、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和智能化提出了更高的要求，具體分析如下：

（1）設(shè)備性能。第一平面路由器設(shè)備大部分平臺(tái)能力為100G，對SDN技術(shù)支持能力不足，需大范圍改造。

（2）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。由于工程歷史建設(shè)原因，第一平面多個(gè)省份設(shè)置多個(gè)節(jié)點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)流量疏導(dǎo)策略復(fù)雜。結(jié)合新興云業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)承載需求，需優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提高流量轉(zhuǎn)發(fā)效率。

（3）智能化。云業(yè)務(wù)DC間東西向流量要求流量的靈活調(diào)度和高QoS保證，同時(shí)云互聯(lián)/云專線等新興業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)提出按需配置、快速發(fā)放、能力開放等更高的網(wǎng)絡(luò)要求。

為滿足以上需求，需要提高全網(wǎng)流量集中調(diào)度能力，因此需要引入SDN新技術(shù)，以提升網(wǎng)絡(luò)的智能化需求。

3 建設(shè)原則

原則一：網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)化。

（1）節(jié)點(diǎn)設(shè)置。為保持結(jié)構(gòu)簡潔、疏導(dǎo)高效，每個(gè)省異局址成對設(shè)置2 個(gè)BB/BC 節(jié)點(diǎn)；云PE、網(wǎng)PE 異局址成對設(shè)置，云PE 就近云資源池設(shè)置，網(wǎng)PE 就近BB/BC 設(shè)置，云網(wǎng)PE 就近接入本省BB/BC。

（2）省際中繼。POS端口不支持SDN，撤銷現(xiàn)網(wǎng)POS鏈路；原有省份節(jié)點(diǎn)較少至2 個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過轉(zhuǎn)接電路利舊省際中繼。

（3）上連云專網(wǎng)。省內(nèi)落地設(shè)備、IT云資源池直連云網(wǎng)PE，IT云資源池直連BB/BC；撤銷省網(wǎng)、城域網(wǎng)和其余IDC上連電路。

原則二：利用私有云資源，搭建SDN控制器硬件能力。

利用私有云資源池硬件資源，滿足控制器計(jì)算、存儲(chǔ)、備份等需求。

原則三：規(guī)范控制器軟件功能、接口技術(shù)要求等，便于兩階段建設(shè)的承載網(wǎng)絡(luò)有效融合。

為滿足兩階段建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)有效融合，規(guī)范域控制器和超級(jí)控制器南北向接口，軟件功能、相關(guān)接口的定制開發(fā)應(yīng)遵循技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

4 技術(shù)方式及建設(shè)方案

進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò)智能化，升級(jí)改造數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)第一平面，實(shí)現(xiàn)P 設(shè)備支持SDN，增強(qiáng)業(yè)務(wù)開通、流量調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)及系統(tǒng)可靠性等方面能力。

改造全網(wǎng)BB/BC兼具P/PE 功能，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，新增省份網(wǎng)PE，并將緊急試商用需求承載網(wǎng)絡(luò)融入云專網(wǎng)；新建超級(jí)控制器，統(tǒng)一管理云專網(wǎng)域控制器，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自開通、流量調(diào)優(yōu)等功能；在此基礎(chǔ)上，新增軟件許可、集成開發(fā)及南北向接口軟件擴(kuò)展功能；若新增設(shè)備與先期網(wǎng)絡(luò)不同廠商，需新建域控制器；利舊數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)第一平面RR 作為云專網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)路由反射器，通過數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)兩個(gè)平面的連接疏通網(wǎng)管流量和SDN 控制器流量。具體SDN 功能如下：

（1）基于SDN 技術(shù)、TE 隧道（不接受LDP)，實(shí)現(xiàn)用戶自助分鐘級(jí)開通；基于SDN 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)用戶自助分鐘級(jí)開通；基于SR-TE(SRV4/SRV6），實(shí)現(xiàn)路徑可編程；基于SDN 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)帶寬調(diào)整自助分鐘級(jí)；基于SR Policy，實(shí)現(xiàn)用戶細(xì)顆粒帶寬調(diào)速。

（2）具備調(diào)優(yōu)功能，基于帶寬資源/時(shí)延實(shí)現(xiàn)調(diào)優(yōu)；具備用戶自助服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)自助開通，帶寬隨選。

（3）具備360 可視功能，實(shí)現(xiàn)VPN/隧道圖形化可視，以及指標(biāo)、故障360 度完整呈現(xiàn)；具備路徑可視功能，基于TE 隧道實(shí)現(xiàn)用戶的路徑可視化；具備自愈功能，實(shí)現(xiàn)隧道自愈；具備故障仿真功能，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)健壯性做主動(dòng)性檢測；具備流量仿真功能，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)性能做主動(dòng)性檢測；具備秒級(jí)監(jiān)控功能，基于Telemetry 實(shí)現(xiàn)指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

5 功能架構(gòu)

在當(dāng)前SDN架構(gòu)下，域控制器（DC）和超級(jí)控制器（SC）須協(xié)同工作共同構(gòu)建完整SDN架構(gòu)，單獨(dú)域控制器或超級(jí)控制器無法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)全部功能。DC可以集成在SC內(nèi)部，以內(nèi)部驅(qū)動(dòng)方式提供。

DC負(fù)責(zé)域內(nèi)廠家設(shè)備納管，實(shí)現(xiàn)存量發(fā)現(xiàn)和Netconf翻譯。

SC實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)發(fā)放管理、整網(wǎng)算路、網(wǎng)絡(luò)分析功能全集，配置下發(fā)可以通過DC下發(fā)，不強(qiáng)制要求SC支持和設(shè)備的Netconf 配置接口。其他所有協(xié)議均為SC直對設(shè)備。其技術(shù)架構(gòu)見圖2。

圖2

6 路由組織策略

6.1 域內(nèi)路由協(xié)議

數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)采用IS-IS 協(xié)議，所有鏈路在1 個(gè)Level-2 Area內(nèi)。數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)承載方式為IPv4/IPv6 雙棧，可以提供在骨干網(wǎng)的IPv6 業(yè)務(wù)接入能力；數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)選擇IS-ISv6 作為承載IPv6 路由的IGP 協(xié)議，骨干網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)所有路由器和交換機(jī)設(shè)備均需啟用IS-ISv6、運(yùn)行多拓?fù)?，并設(shè)置為Level-2。

6.2 域間路由協(xié)議

數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)與國際、國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)之間運(yùn)行BGP-4 路由協(xié)議。數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)骨干節(jié)點(diǎn)路由器之間建立IBGP 鄰居，為了減少IBGP鄰居數(shù)量，采用路由反射技術(shù)。采用RR 分設(shè)方式，各自獨(dú)立設(shè)置多對BGP-RR，多對RR 間建立Full-mesh IBGP 鄰居，第一第二平面互不通告路由。數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)與省網(wǎng)之間運(yùn)行BGP-4 路由協(xié)議。

數(shù)據(jù)骨干網(wǎng)承載方式為IPv4/IPv6 雙棧，骨干網(wǎng)網(wǎng)內(nèi)所有路由器設(shè)備均需啟用基于IPv6 的BGP4+路由協(xié)議。

6.3 雙跨城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)之間的路由策略

滿足閾值的城域網(wǎng)可同時(shí)接入省網(wǎng)匯接節(jié)點(diǎn)和骨干網(wǎng)節(jié)點(diǎn)，以減少對省網(wǎng)匯接路由器背靠背端口的占用，推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的扁平化。路由策略規(guī)劃如下：

（1）骨干網(wǎng)第二平面到城域網(wǎng)。僅將接入骨干網(wǎng)第二平面的省網(wǎng)、城域網(wǎng)、IDC路由發(fā)布給城域網(wǎng)。

（2）骨干網(wǎng)第一平面到城域網(wǎng)。僅將接入骨干網(wǎng)第一平面的省網(wǎng)、城域網(wǎng)、IDC路由發(fā)布給城域網(wǎng)。

（3）省網(wǎng)到城域網(wǎng)。僅將本地省網(wǎng)路由、缺省路由發(fā)布給城域網(wǎng)。

6.4 省內(nèi)IDC網(wǎng)絡(luò)和骨干網(wǎng)之間的路由策略

省內(nèi)IDC直連骨干網(wǎng)時(shí)，優(yōu)選第二平面；原雙跨接入骨干網(wǎng)和省網(wǎng)的IDC可雙跨骨干網(wǎng)的兩個(gè)平面。對于雙跨骨干網(wǎng)兩個(gè)平面、省網(wǎng)的省內(nèi)IDC出省網(wǎng)流量，若流量目標(biāo)在骨干網(wǎng)第二平面，原則上優(yōu)選第二平面疏導(dǎo)；若流量目標(biāo)在骨干網(wǎng)第一平面，則通過第一平面直接疏導(dǎo)。對僅雙跨骨干網(wǎng)第二平面、省網(wǎng)的IDC，若流量目標(biāo)在第二平面，原則上優(yōu)選第二平面疏導(dǎo)；若流量目標(biāo)在第一平面，則通過省網(wǎng)匯接節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)接到骨干網(wǎng)第一平面疏導(dǎo)。路由策略如下：

（1）骨干網(wǎng)第二平面到IDC網(wǎng)絡(luò)。僅將接入第二平面的省網(wǎng)、城域網(wǎng)、IDC路由發(fā)布給IDC網(wǎng)絡(luò)。

（2）骨干網(wǎng)第一平面到IDC網(wǎng)絡(luò)。僅將接入第一平面的省網(wǎng)、城域網(wǎng)、IDC路由發(fā)布給IDC網(wǎng)絡(luò)。

（3）省網(wǎng)到IDC網(wǎng)絡(luò)。僅將本地省網(wǎng)路由、缺省路由發(fā)布給IDC網(wǎng)絡(luò)。

7 安全、可靠性方案

（1）支持兩套不同物理位置的主備控制器容災(zāi)保護(hù)，單控制器故障時(shí)可快速恢復(fù)服務(wù)，支持主備站點(diǎn)同步機(jī)制。

（2）支持本地HA 保護(hù)方案，通過集群或主備方式實(shí)現(xiàn)微服務(wù)模塊的高可靠保護(hù)。

（3）支持通過自動(dòng)備份策略配置來實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的備份恢復(fù)；支持通過手動(dòng)導(dǎo)出數(shù)據(jù)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)備份。

（4）支持配置全節(jié)點(diǎn)事務(wù)一致性，當(dāng)進(jìn)行業(yè)務(wù)配置時(shí)，如果中間節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)異常，支持配置回滾。

（5）支持與統(tǒng)一的賬號(hào)管理中心對接，支持賬號(hào)、認(rèn)證、鑒權(quán)的統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)一套賬號(hào)能夠登錄所有相關(guān)子系統(tǒng)，降低使用成本。

8 結(jié)論

引入SDN 新技術(shù)，可提高全網(wǎng)流量集中調(diào)度能力，提升網(wǎng)絡(luò)的智能化水平；同時(shí)滿足云互聯(lián)/云專線等新興業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)提出按需配置、快速發(fā)放、能力開放等更高的網(wǎng)絡(luò)要求。