加速网络转型升级,中国移动SDN实践稳步推进

目前SDN已成为业界研究热点,SDN是一种软件集中控制、网络开放的体系架构,核心思想在于控制与转发分离、集中化控制、通过标准接口开放网络能力,其最大的价值在于提高全网资源使用效率,提升网络虚拟化能力和加速网络创新。中国移动正在积极推动基于SDN的网络转型,以实现网络的快速部署和灵活调度、业务的快速上线和更新。SDN可应用于数据中心、数据中心间互联、BRAS设备、骨干网等多种应用场景。

基于SDN的云数据中心进一步演进

将SDN应用于云数据中心,利用集中控制、能力开放的SDN网络架构,可提高整网资源调度的高效性,提升网络服务的虚拟化能力,满足虚拟机或是裸金属服务器在数据中心内灵活创建、删除或隔离等业务需求。自2014年起,中国移动云数据中心规划引入SDN进行组网,目前SDN在云数据中心已经大规模商用部署。

华三、中兴、诺基亚、华为等传统设备商及部分软件提供商均有SDN数据中心成熟解决方案。经过测试和实践,SDN数据中心已能较好提供租户VPC业务。但是,目前SDN网络开放性仍存在局限性,现网实施的多为单厂商私有方案,即同一资源池的SDN相关网元(包括控制器、交换机、网关、FW/LB等)均由单一厂商提供或单一厂商集成后提供,这种方式既不利于网络规模的平滑扩展,也难以引入竞争加快产业发展。立足于构建数据中心高性能、高可靠和开放的网络,中国移动提出数据中心端到端全面解耦方案。该方案通过制定控制器南北向标准接口,进行控制器和SDN转发设备(包括基础转发设备和增值业务转发设备)对接测试,实现了SDN数据中心网络的全面开放。数据中心端到端全面解耦方案如图1所示。

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图1 数据中心端到端全面解耦方案

标准化的接口模型

SDN数据中心关键接口包括控制器的北向接口和南向接口。目前控制器和硬件交换机、SDN网关以及增值业务转发设备之间的接口未实现统一,成为制约数据中心开放网络的瓶颈。中国移动结合实际数据中心业务需求,基于OpenFlow定义的多级流表,首次提出SDN数据中心交换机OpenFlow TTP(Table Type Patten)转发模型,定义控制器和硬件交换机标准接口。同时,通过制定控制器和SDN网关设备、防火墙以及负载均衡器设备的接口,实现数据中心SDN网络的开放架构。

自主研发数据中心控制器

软件化的趋势下,芯片和软件是核心技术,掌握核心技术有利于匹配多样化需求,实现功能定制化,提升运维效率。从2014年开始,中国移动便尝试基于开源社区代码自主研发数据中心控制器产品。数据中心控制器是数据中心网络的核心控制网元,自研控制器一方面可以定制路由转发功能和管理功能,提高网络能力,另一方面结合自研控制器利用标准化的接口模型对接商业转发设备,可促进设备互通测试,推动数据中心网络开放。中国移动自研数据中心控制器AERO沿用开源OpenDayLight通用架构,结合定制化开发和相关代码BUG修复,目前能够支持中小型数据中心规模。

基于SDN的云数据中心互联

目前数据中心间东西向流量占比迅速上升。SDN具有集中控制、网络虚拟化和网络开放化的特点,利用SDN,数据中心互联可实现网络策略自动化部署、二三层网络按需配置、资源统一管理和调度等功能,进一步实现高效运营和运维,促进运营商数据中心互联管道智能化。

多厂商数据中心互联方案测试

目前业内基于SDN的数据中心互联主流方案为EVPN+VXLAN,EVPN作为控制面协议,实现邻居自动发现,远端MAC/路由信息学习,基于用户标识生成转发表项并转发;转发面采用VXLAN报文封装,通过不同VNI标识不同的租户或业务。2016年底,中国移动开展了多厂商数据中心互联方案成熟度测试,测试涵盖主流设备厂商。测试发现,同厂家基于SDN数据中心互联方案基本成熟,部分缺乏自动化开通能力;异厂家基于SDN数据中心互联二层方案互通成熟,三层方案互通存在问题。针对自动化开通问题,中国移动制定了数据中心互联接口规范,利用标准接口实现数据中心互联业务的自动开通和部署;针对互通性问题,中国移动在标准层面作了严格规定,明确EVPN协议的路由类型,保证多厂商设备的互通性。

SDN数据中心互联架构

SDN数据中心互联架构遵循SDN通用架构,分为协同层、控制层和转发层三层。协同层通过北向接口接收上层业务需求,编排跨数据中心间互通需求并下发给各数据中心内SDN控制器。同时,协同层需要调用骨干网WAN控制器下发差异化服务策略、流量调优策略等。控制层包括DC控制器和WAN控制器,其中DC控制器负责数据中心内的VPC和业务链管理以及DC间EVPN协议相关配置,保证租户跨数据中心端到端网络自动互通;WAN控制器负责骨干网智能流量调度和关键业务质量保证。转发层包括DC内网关设备及骨干网设备,DC内网关设备可根据DC控制器下发的策略完成DC内的转发以及DC间的报文封装、解封装;骨干网设备根据WAN控制器下发的策略完成关键用户/业务质量保证。基于SDN的数据中心互联架构如图2所示。

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图2 基于SDN的数据中心互联架构

目前,基于SDN的数据中心互联方案已在部分移动省公司进行试点,并规划用于中国移动集团私有云商用部署。

基于SDN/NFV的转控分离vBRAS架构

电信网络的IT化是未来网络演进的趋势,SDN和NFV作为运营商网络IT化转型的关键技术也逐渐走向成熟。BRAS设备由于兼备IP承载网的边缘和用户接入网关的双重身份,功能复杂、数量众多,是整个IP承载网IT化转型的关键网元,也是整个网络体现智能性、开放性的核心载体。将SDN和NFV引入传统BRAS设备,并结合CT和IT的互补优势,中国移动以TIC(电信集成云)为基础,在业界提出了基于转控分离的vBRAS架构。

转控分离vBRAS架构

转控分离vBRAS架构的总体原则是:控制转发分离,控制面集中化、云化、功能原子化,转发面通用化,标准化南北向接口。

转控分离vBRAS区别于传统BRAS,具有转发控制彻底解耦,集中化云化的控制面(BRAS-CP),多种形态、灵活部署的转发面(BRAS-UP),标准化的南北向接口等多项特点。

转控分离vBRAS系统包含BRAS-CP(Control plane)和BRAS-UP(User plane)。其中,BRAS-CP定位为用户控制管理部件,负责用户接入控制、认证授权计费、用户会话及策略管理、地址管理及UP管理等功能;BRAS-UP定位为用户策略执行部件,负责用户侧流量转发及流量控制等功能。其中对于云化的BRAS-CP,中国移动将进一步推动其功能原子化,引入分布式数据库及异地容灾等相关技术。另外,中国移动将持续推动转发面通用化发展,推进UP统一对象化接口,开放生态支持UP多形态演进。NP、ASIC、P4等类型UP适合分布式部署;云化的X86 UP适合集中式部署。

转控分离vBRAS系统实现

转控分离vBRAS系统功能划分如图3所示,BRAS-UP中的管道类控制面功能(单播路由协议、组播路由协议等)已被纳入城域网SDN Controller的功能范畴,会随着SDN WAN的演进逐步消失。

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图3 转控分离vBRAS功能划分

中国移动已联合华为、中兴、华三、上海诺基亚贝尔、赛特斯及烽火通信,共同推进转控分离vBRAS技术的发展。目前,中国移动已完成两轮大规模实验室测试,并在多省市展开现网试点,预计2018年开始正式商用。同时,中国移动积极推进转控分离vBRAS架构和接口的标准化工作,在IETF、BBF、ONF以及CCSA等国际国内标准化组织内均进行了相关立项和文稿发布。

其他

中国移动新型网络转型还包括在传输网、骨干网等场景引入SDN,以技术平台为单位引入SDN,不同技术平台可采用不同的控制器和物理层设备,协同层根据业务需求统一调配全网资源,进而实现基于SDN开放、灵活、智能的端到端新型网络(NovoNet)。



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