國君：5G時代，先學(xué)會什么是SDN技術(shù)

本文來自微信公眾號“國泰君安證券研究”。原標題為“5G設(shè)備要學(xué)的普通話：SDN”。

01  SDN是什么?

概括來說，SDN并不是一個具體的技術(shù)和協(xié)議，而是一種思想、一個框架。

狹義的SDN指“軟件定義網(wǎng)絡(luò)”，廣義的SDN還延伸出了：軟件定義安全、軟件定義存儲等。

可以說，SDN是一個浪潮，將席卷整個ICT產(chǎn)業(yè)。

在傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)中，用戶將自己的需求傳達給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商再將這些需求分別傳遞給各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部，控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能是在一起的，每個硬件都有其對應(yīng)的軟件系統(tǒng)。相當于每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制和轉(zhuǎn)發(fā)之間，是在使用“方言”進行交流。

而在新型的SDN網(wǎng)絡(luò)中，多出了一個SDN(Software Defined Network)控制器，代替了原來網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制功能。

網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商把需求傳達給SDN控制器，由SDN控制器進行統(tǒng)一管理，實現(xiàn)了集中控制，從而降低了網(wǎng)絡(luò)維護難度，縮短了網(wǎng)絡(luò)部署周期，節(jié)省了運維成本。

此外，該種新型網(wǎng)絡(luò)還實現(xiàn)了控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能分離，各個硬件廠家不能再針對每個硬件設(shè)計和安裝對應(yīng)的軟件系統(tǒng)，使得硬件可以通用化。

也就是說，SDN技術(shù)廣泛應(yīng)用之后，未來的硬件將開始使用“普通話”交流，打破了廠商的壟斷，降低了設(shè)備成本。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN, Software Defined Network)是一種控制面集中、控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、并直接可編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含三層：

由上層用戶與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商促成的編排層(上層應(yīng)用)

SDN控制器組成的控制層和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所在的轉(zhuǎn)發(fā)層(基礎(chǔ)設(shè)施層)

SDN控制器到達上層應(yīng)用通過開放北向接口，到達基礎(chǔ)設(shè)施層通過開放南向接口。

傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)與SDN網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別：開放創(chuàng)新是SDN的關(guān)鍵

數(shù)據(jù)來源：3GPP，5G白皮書，國泰君安證券研究

簡單來說，(可能也沒有那么簡單)就是把現(xiàn)在復(fù)雜的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備全部對上層應(yīng)用不可見。上層管理層，只需要像配置軟件程序一樣，對網(wǎng)絡(luò)進行簡單的部署，就能夠讓網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)所需要的功能。不再需要和以前一樣，一個一個去配置網(wǎng)絡(luò)上所有節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

02  SDN的過去、現(xiàn)在與將來

SDN是一項起源于美國斯坦福大學(xué)實驗室的研究項目技術(shù)。

該項目試圖通過一個集中式的控制器，讓網(wǎng)絡(luò)管理員可以方便地定義基于網(wǎng)絡(luò)流的安全控制策略，并將這些安全策略應(yīng)用到各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，進而實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)通信的安全控制。

隨后，SDN的價值得到了全球與之相關(guān)的標準化及開源組織的高度重視，開源軟件快速發(fā)展，與標準相輔相成，推動產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

首先是編排層，根據(jù)需求定制應(yīng)用，開放網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)業(yè)務(wù)協(xié)同及跨領(lǐng)域的資源調(diào)度。

其次是控制層，對底層網(wǎng)絡(luò)的抽象及管控，整體調(diào)度。

最后是轉(zhuǎn)發(fā)層，最基礎(chǔ)的轉(zhuǎn)發(fā)、性能監(jiān)控、及標準管控接口。

SDN發(fā)展歷程：內(nèi)外因促快速發(fā)展

數(shù)據(jù)來源：3GPP，Wind，國泰君安證券研究

目前，互聯(lián)網(wǎng)巨頭Google已率先面向SDN轉(zhuǎn)型，將SDN作為長期戰(zhàn)略，有目標、分場景、分步驟、漸進化推進內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)SDN化。

Google已在多場景實現(xiàn)SDN商用部署，完成端到端方案，獲得可觀的商業(yè)利潤。

2013年，數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)SDN(B4)部署完成：

利用SDN控制器計算最優(yōu)路徑，提高WAN網(wǎng)絡(luò)鏈路利用率，由30%-40%提高到100%，大大降低建設(shè)成本。

2017年，開放互聯(lián)網(wǎng)SDN(Espresso)部署完成：

利用SDN實現(xiàn)端到端廣域網(wǎng)方案，提升普通用戶訪問體驗等。

在中國，中國移動成為SDN的嘗鮮者。

中國移動SDN方案分為Overlay(層疊網(wǎng))方案和Underlay(底層網(wǎng)絡(luò))方案兩種。

中國移動SDN兩大方案各有優(yōu)劣

數(shù)據(jù)來源：中國移動技術(shù)資料

Overlay方案面向業(yè)務(wù)優(yōu)化。中間網(wǎng)絡(luò)穿通，控制器管理末端網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，無需改造大網(wǎng)，部署時間短;由業(yè)務(wù)驅(qū)動，能夠靈活高效響應(yīng)業(yè)務(wù)需求;但是沒有第三方公司差異化競爭，不能體現(xiàn)核心價值。

Underlay方案面向網(wǎng)絡(luò)能力提升。控制器管理端到端全網(wǎng)設(shè)備，需要整網(wǎng)改造，規(guī)模效應(yīng)明顯，涉及資源眾多，改造周期長;由運營商網(wǎng)絡(luò)能力驅(qū)動，可以降低運營運維成本，還可以體現(xiàn)核心價值，可形成運營商核心競爭力。

03  SDN 怎么用?

SDN主要應(yīng)用場景分為數(shù)據(jù)中心和廣域網(wǎng)。

中國移動從2012年起分場景、分步驟進行SDN應(yīng)用探索。從數(shù)據(jù)中心到廣域網(wǎng)場景，從近期overlay方案到遠期underlay方案逐步進行切入。

SDN應(yīng)用場景分為數(shù)據(jù)中心和廣域網(wǎng)

數(shù)據(jù)來源：中國移動技術(shù)資料

現(xiàn)如今，數(shù)據(jù)中心面臨多方面的挑戰(zhàn)。

首先，數(shù)據(jù)中心規(guī)?；@著，據(jù)統(tǒng)計，未來五年全國數(shù)據(jù)中心市場將保持超過20%的增長，預(yù)計經(jīng)營性數(shù)據(jù)中心機柜總數(shù)在50萬個以上，為1000萬臺服務(wù)器提供服務(wù)。

其次，數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)復(fù)雜，受傳統(tǒng)二層網(wǎng)絡(luò)4K VLAN限制，如果實現(xiàn)租戶之間的隔離，租戶規(guī)模受限，大多數(shù)廠商增強二層方式只支持兩臺核心交換機，而且采用私有實現(xiàn)方式，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)模受限。

數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)對現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)能力提出了新的挑戰(zhàn)，需要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化和開放網(wǎng)絡(luò)能力，以實現(xiàn)外部調(diào)用。

SDN數(shù)據(jù)中心為多租戶提供虛擬、隔離、可擴展、自管理的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)部署靈活性增強的基礎(chǔ)上，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)資源真正的池化。

虛擬的網(wǎng)絡(luò)是指租戶按需申請?zhí)摂M網(wǎng)絡(luò)資源，構(gòu)成虛擬私有云，開通時間僅需幾分鐘;

隔離的網(wǎng)絡(luò)是指租戶間網(wǎng)絡(luò)互不可見，租戶可任意定義IP網(wǎng)段、負載均衡策略、防火墻策略等;

擴展的網(wǎng)絡(luò)是指資源按需使用、按需擴容，通過SDN DCI或VPN(虛擬專用網(wǎng)絡(luò))等方式可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心互聯(lián);

自管理的網(wǎng)絡(luò)是指虛擬網(wǎng)絡(luò)提供流量可視化能力，租戶可以自己對虛擬網(wǎng)絡(luò)進行管理監(jiān)控和配置。

相比傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心，SDN數(shù)據(jù)中心具備開通周期短、配置規(guī)范性強和易于運維操作三大優(yōu)勢。

云數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)開通流程效率大幅提升

數(shù)據(jù)來源：中國移動技術(shù)資料

SDN在廣域網(wǎng)方面的應(yīng)用場景主要分為兩大類：

1.IP方面的應(yīng)用場景，包含IP承載網(wǎng)(SDN WAN)、企業(yè)帶寬隨選(E-BoD)和轉(zhuǎn)控分離Vbras：

2. 傳輸網(wǎng)方面的應(yīng)用場景，包含分組傳送網(wǎng)SPTN、光傳送網(wǎng)SOTN、光接入網(wǎng)Volt和切片分組網(wǎng)SPN。

04  SDN，5G必備

總結(jié)一下，SDN是一種全新網(wǎng)絡(luò)設(shè)計理念，或者說是一種推倒重來的設(shè)計思想，主要有四大特性：

轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備通用化、白盒化;

控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離;

統(tǒng)一控制器實現(xiàn)跨廠商管控;

接口標準化、開放可編程。

這些開放且創(chuàng)新的技術(shù)可實現(xiàn)全局視角網(wǎng)絡(luò)資源靈活調(diào)度以及新業(yè)務(wù)快速部署，能簡化運維、提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

SDN的創(chuàng)新特點決定了它的應(yīng)用價值。云互聯(lián)、云專線等業(yè)務(wù)對承載網(wǎng)提出低時延、高帶寬、自動化、云網(wǎng)協(xié)同、智能管控等更高的要求;同時，5G將成為數(shù)據(jù)中心行業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動力，數(shù)據(jù)中心規(guī)模會急劇上升，目前SDN已在數(shù)據(jù)中心和廣域網(wǎng)的應(yīng)用上取得了顯著成效。

5G時代大視頻、高帶寬行業(yè)應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)的發(fā)展，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量突增，流向變化、時延敏感、成本要求苛刻，如果仍用舊的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，則很難滿足各行各業(yè)豐富多樣的業(yè)務(wù)需求。

SDN由于其自身的特點，使通信網(wǎng)絡(luò)更加靈活、智能、開放，還可以簡化網(wǎng)絡(luò)配置，節(jié)省運維成本。

可以說，在5G時代，SDN是一項必不可少的技術(shù)，市場空間巨大。