05 zhao huiling

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软件定义网络的探讨（Software Defined Networking）

赵慧玲

0中国电信“云计算”研究中心 0

赵慧玲

目录

1 SDN概念定义

2 SDN产业现状2 SDN产业现状

3 SDN应用场景

4 SDN影响分析


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Definition of SDN

2(c) Copyright 2013 Fujitsu Network Communications, Inc. All Rights Reserved.

SDN Definition 1:Source: paraphrased Wikipedia definition

An approach to computer networking which abstractsthe control plane and the data plane

Enables management of network services throughabstraction of lower level functionality into virtual services

Provides programmable central control of networkswithout requiring physical access to the network HW

( &

中国电信“云计算”研究中心 33(c) Copyright 2013 Fujitsu Network Communications, Inc. All Rights Reserved.

Decouples systems that makes decisions (match &action) about where traffic is sent (control plane) fromunderlying systems that forwards traffic to selecteddestination (data plane)

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SDN Definition 2:Source: Derived from ONF white paper

An emerging network architecture where networkcontrol is decoupled from forwarding and is directlyprogrammableprogrammable

Enables the underlying infrastructure to be abstractedfor applications and network services, which can treatthe network as a logical or virtual entity

Network intelligence is (logically) centralized insoftware-based SDN controllers, which maintain a


,global view of the network

SDN Definition 3Source: ITU-T draft SDN frameworkrecommendation

A networking technology which allows centralized, programmable control planes and data planeabstractionabstraction

Control and data planes are separated, so networkoperators can directly control and manage their virtualized resources and networks


4

SDN Definition 4Source: Heavy Reading

An architectural concept that encompasses theprogrammability of multiple network layers – including management network services control forwardingmanagement, network services, control, forwardingand transport planes

to optimize the use of network resources, increase networkagility, unleash service innovation, accelerate service time-to-market, extract business intelligence and ultimately enable dynamic, service-driven virtual networks.


SDN Definition 5Source: Infonetics Research

A subset of programmable networks Enable networking applications to request and

manipulate services provided by the networkmanipulate services provided by the network and allow the network to expose network state back to the

applications

2 common types of SDNs API Control plane abstracted

from data plane

Programmable Networks

SDNs

SDNSDN “API” “Control Plane”

中国电信“云计算”研究中心 7

from data plane

7(c) Copyright 2013 Fujitsu Network Communications, Inc. All Rights Reserved.

NetworkAPIs

protocols

* IETF SDNP* ALTO

Control PlaneProtocols

* OpenFlow* PCE

* BGP-TE

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SDN的特征

集中控制

集中控制使得全局优化成为可能，比如流量工程、负载均衡集中控制使得整个网络可以当作一台设备进行维护，设备零配置即插即用，大大降低运维成本，类似的技术:

开放接口

集群路由器，虚拟集群，Cisco�nV

应用和网络的无缝集成，应用告诉网络如何运行才能更好地满足应用的需求，比如业务的带宽、时延需求，计费对路由的影响等。用户可以自行开发网络新功能，加快新功能面世周期理论上NOS和转发硬件的开放标准接口使得硬件完全PC化


网络虚拟化逻辑网络和物理网络的分离，逻辑网络可以根据业务需要配置、迁移，不受物理位置的限制。多租户支持，每个租户可以自行定义带宽需求和私有编址；类似的技术:Centrex

SDWN Architecture软件定义无线网络架构－

App layerVideo SecurityVehicularNetworks HealthM2M

Freq.Allocation

PowerControl

SelfHealing

ICICQoSOpt.

CSThreshold

UNIFIED CONTROL PLANE

SW layer

WiFi AP Femto Cell Pico Cell Cognitive Radio

Commodity HW

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安全多租户、数据中心周期管理、请求交付、服务目录、工作流程、自助服务

使用者数据中心（部门: 市场部）使用者数据中心（部门: 财务部）

部门虚拟数据中心服务目录部门虚拟数据中心服务目录用户和策略用户和策略

软件定义基础设施(SDII)

把物理资源变成虚拟资源池

(金) (铜)

提供虚拟数据中心（VDC）

(银)

物理IT资源（计算资源，存储资源，网络资源)

Hypervisor

把物理资源变成虚拟资源池

资源池数据存储仓端口组

SDN关键技术体系

云管理平台 SDN应用应用层

网络资源统一管理基于API的应用开发

SDN控制器控制层

南向接口

北向接口

网络操作系统拓扑和设备管理流表控制和下发

开放的REST�API网络设备私有接口


网络设备网络设备网络设备转发层多级流表处理高性能数据转发

南向接口OpenFlow协议

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网络功能虚拟化（NFV）网络架构草案


网络发展的趋势

挑战趋势

新业务•云计算网络IT化

①控制转发分离

•云计算•OTT视频

网络能力•性能瓶颈•扩展性差

网络运营

网络IT化

设备软件化

件标准化

SDN②设备资源虚拟化


•设备复杂•维护成本高

硬件标准化③通用硬件、可编程

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SDN实现方案概览

基于专用接口基于开放协议（OpenFlow、ForCES、…）

基于叠加网络


网络设备厂商主导，在其网络设备上开放专用API，供用户开发网络应用

技术较成熟，现网实施便捷，技术体系封闭

虚拟化厂商主导，基于隧道技术实现网络虚拟化，利用软件进行统一管控

与虚拟化管理整合较便捷，实施效果受底层网络影响

基于开放的网络协议，实现控制平面与转发平面的分离，支持控制集中化

获得众多厂商支持，规模发展迅速，业界影响力大

SDN产业现状

SDN在解决方案规划、软硬件支持方面已经有了长足进展


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SDN对产业链各方的影响

设备制造商的变化– IT厂商借机蚕食电信设备厂商的市场– 传统设备厂商借用概念提升产品竞争力

运营商可能面临的境况– 网络运营商面临网络软件化的挑战

互联网业务提供商热衷支持SDN的使用


– 互联网业务提供商热衷支持SDN的使用– 互联网业务提供商可能架空网络运营商，加剧管道化

运营商案例-NTT Communication

ONF的董事会成员之一，对SDN持有非常积极的态度

– 自主研发了Virtual Network Controller Ver2.0

主要用于多个数据中心的统服务和按需配置已在其欧• 主要用于多个数据中心的统一服务和按需配置，已在其欧洲、美国和日本的数据中心进行了虚拟数据中心的部署

– 推出多项基于基于SDN的创新网络服务，改善用户体验

• 基于SDN的网关互联自动化：通过门户调用API实现VPN


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1. Verizon的SDN理念：将分散在网元中的业务智能集中到云中（即数据中心），采用通用硬件。

2 当前视频分发网已经是SDN理念

运营商案例-Verizon

3. 当前业界离SDN还有很大差距希望SDN全程全网协同，支持多域多数据中心

2. 当前视频分发网已经是SDN理念，基于用户策略、内容检测、Cache、RAN拥塞、服务器性能，综合优化用户体验。下一步，拟采用Openflow为长寿流优化路径。


缺少网络与云计算之间的协同

缺少高级语言抽象应用、计算和网络的灵活组合

缺少多层网络集中控制和优化简化

Openflow只解决部分低层网络标准化问题

SDN标准化现状 – ONF已发布的标准

自2010年初发布第一个版本（v1.0）以来，ONF已经发布了多个版本的OpenFlow主体规范（OF）以及为网络灵活配置的OF-config协议

OF 1.1: 定义多表Pipeline，支持标签/隧道,多路径

OF 1.2: TLV变长表项消息，支持IPv6基本匹配

OF 1.3.0: 拓扑发现，测试流程，测试集...

OF 1.3.1: 提升了版本协商能力.

OF 1.3.2:

改进MPLS、，multipart等微小改动

OF 1.0：基本协议,十元组，动作


路径

2011.2 2011.12 2012.4 2012.9 2013.42009.12

动作

ONF制定的标准进展较快，目前正式发布的新的版本为

OpenFlow 1.3.2: 接口开放协议，支持远程控制通道建立、流表的策略下发等

OF-CONFIG 1.1.1 :接口配置和管理协议规范

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SDN标准化现状 – ETSI NFV

ETSI网络功能虚拟化行业规范工作组(ISG) :

– 由7家电信网络运营商联合发起（AT&T、英国电信（BT）、德国电信、Orange、意大利电信、西班牙电信公司和Verizon西班牙电信公司和Verizon

– 52家网络运营商、电信设备供应商、IT设备供应商以及技术供应商组建

NFV旨在通过研究发展标准IT虚拟化技术，使得许多网络设备类型能够融入到符合行业标准的大量服务器、交换机和存储设备中。

– 支持在行业标准服务器硬件上运行的软件中执行网络功能


行网络功能

– 这些软件可以根据需要在网络中的不同位置硬件上安装和卸载，不需要安装新的硬件设备

首次会议于2013年1月15-17日召开，计划制定支持虚拟功能硬件和软件基础设施的要求和架构规范

SDN标准化现状 – 开源项目OpenDaylight

思科、IBM、微软等巨头合作建立开源SDN项目OpenDaylight与Linux基金会合作，开发SDN控制器、南向/北向API等软件旨在打破大厂商对于网络硬件的垄断，驱动网络技术创新力旨破大商络硬件断，动络技术新力


已经拥有27个成员，预计2013年12月发布第一个正式版本可能包括思科的控制器、IBM的Open DOVE等等开源组件

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SDN标准化现状 - IETF

IETF早期有两个与SDN相关的研究项目/工作组，分别是ForCES和ALTO。

目前，IETF新成立了I2RS(Interface to the Routing System)工作组用以定义对路由系统开放的需求场景和架构作组，用以定义对路由系统开放的需求、场景和架构

IETF 主张在现有的网络层协议基础上，增加插件（plug-in），并在网络与应用层之间增加SDN Orchestrator进行能力开放的封装，而不是直接采用 O fl


是直接采用 Openflow进行能力开放，目的是尽量保留和重用现有的各种路由协议和IP网络技术

SG13下一代网络开展SDN研究，已经在未来网络课题组开展了Y.FNsdn和Y.FNsdn-fm等项目研究，分别对应SDN的需求和架构研究

由中国电信主导，在现有网络（NGN）中引入SDN的需求和架构研究，开展需求、架构的研究

SDN标准化现状 – ITU-T

Data Plane(Specialized Hardware)

Control Plane

Data Plane(Forwarding Abstraction)

Control Plane

Network OS

Controller(NetworkOS)

Separation Network OS

SDNLanguages

a.1 control and data planes tightly-coupled b.1 control and data planes separated

SDNApps


a.3 single physical network

b.3 Multiple, isolated, virtual networks

Client

Client

Server

Server

Mobiltye.g., Content Routing

Energy efficient forwarding

a.2 distributed control of network equipments

b.2 centralized, programmable control of network equipments

a. Current networking technology b. SDN networking technologyY.FNsdn

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SDN标准化现状 – ITU-T：S-NICE

NICE NGN网络智能化的增强 SDN 以增强网络的智能性并将集中控

Y.S-NICE


NICE是NGN网络智能化的增强，SDN可以增强网络的智能性并将集中控制的路由开放给上层应用

SDN适合应用在NICE架构中，可以简化NICE架构，增强与现有架构的兼容性，降低运营成本

S-NICE是在NICE架构中使用SDN技术的一种NICE应用的特定形式，由中国电信主导，在2月ITU-T SG13全会立项通过，正式开展研究工作

2013年2月ITU-T会议上成功立项Y S NICE的需求标准

SDN标准化现状 – ITU-T：S-NICE

SDN在NICE架构中的应用

Y.S-NICE的需求标准– 业务控制层：核心网（IMS或者EPC）

引入SDN的技术要求，重点支持设备虚拟化和应用能力开放

– 承载控制层：各种网络控制系统引入SDN的技术要求，尤其是感知分析系统、策略控制系统和资源调度系统

载层基转发技术在


– 承载层：基于SDN转发面技术，在数据中心、骨干网、城域接入网等不同层面引入虚拟虚拟化、软件化和统一转发设备的技术要求

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下一代高智能网络:S-NICE下一代高智能网络:S-NICE

基于SDN的下一代高智能网络架构

互联网应用/内容

能力能力开放能力开放系统

高智能引擎策略调度系统

双栈承载网

感知分析系统

路由开放

网络虚拟化

下一代高智能网络支

SDN控制器


智能边缘

有线接入无线接入

融合接入感知网关

网络虚拟化

内容路由

策略执行

支撑系统

基于SDN的下一代高智能网络技术突破

业内第个同时支持策略调度和SDN控制能力

能力开放系统

策略API接口系统管理

业内第一项支持SDN的智能型通信网络国际标准成功立项 -- 2013.2

业内第一个同时支持策略调度和SDN控制能力向应用层开放的原型系统 -- 2013.6

协议适配接口

策略配置组合能力应用管理

报告生成协议适配

业内支持感知分析与策略调度能力协同的高智能引擎原型系统 -- 2013.8


业内第一款同时支持IPv4和IPv6的SDN控制器和路由器设备的原型系统 -- 2013.8

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SDN可为IPv6过渡提供统一部署的平台

IPv6过渡期较为复杂，包含用户的逐步迁移、设备的支持更替、地址池的规划管理、支撑系统的叠代改造等。

采用SDN架构可为运营商提供统一的过渡期转换服务、灵活处理用户的IPv6迁移、回收并管理IPv4地址池降低整体IPv6过渡期的成本更便捷地实现IPv6过渡期地回收并管理IPv4地址池、降低整体IPv6过渡期的成本，更便捷地实现IPv6过渡期地址/端口资源的调度、备份及管理。

隧道模块隧道模块翻译模块翻译模块

中国电信“云计算”研究中心 289/2/2013全面创新求真务实 28

地址共享地址共享模块模块

映射处理映射处理模块模块

Open-IPv6:统一IPv6过渡方案

中国电信“云计算”研究中心 299/2/2013全面创新求真务实 29

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SDN标准化现状 – ITU-T：SG11启动SDN

SDN在11组全面启动，整体研究工作与13组关注的网络需求和架构同时展开，互相补充借鉴

–整体SDN技术的信令协议的需求和架构：主要内容为控制器和应之间的接控制功能控制实体之间的接控制用之间的接口，SDN控制功能和控制实体之间的接口，SDN控制

实体和网络设备之间的接口–SDN在宽带接入服务器（BRAS）上的实现：主要研究BRAS设备

上实现SDN的需求和架构，以及BRAS设备与SDN控制器之间的接口定义

–SDN在接入网上的实现：中国电信成立了新的标准项目，主要研究接入网（FTTH/B/C以及IP RAN等）上引入SDN的需求和架构


究接入网（FTTH/B/C以及IP RAN等）上引入SDN的需求和架构，以及相关接口的定义

–支持IPv6的SDN：主要研究支持多种IPv6转换技术的SDN控制器和转发平面的接口定义

SDN标准化现状 – CCSA

CCSA的TC1于2013年初成立 “未来数据网络（FDN）”任务组（SWG3），重点研究基于SDN技术的未来数据网络的场景需求、架构和协议标准。目前已立项的标准研究：

的应场景和求中电信中移动牵头– FDN的应用场景和需求（中国电信、中国移动牵头）

– FDN的功能体系架构（阿朗牵头）

– FDN的网络通信协议（中兴、华为牵头）

由中国电信主导，在TC3开展了NGN网络中的SDN技术引入的需求和架构研究，尤其是与ITU-T SG13对口制定基于智能型网络的SDN技术标准（S-NICE）

已立项：基于SDN的智能型通信网络总体技术要求（中国电信工信部研究院


– 已立项：基于SDN的智能型通信网络总体技术要求（中国电信、工信部研究院、华为牵头）

– 将立项：基于SDN的智能型通信网络能力开放平台技术要求（中国电信、工信部研究院、华为牵头）

– 将立项：基于SDN的智能型通信网络策略控制系统技术要求（中国电信、工信部研究院、华为牵头）

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转发平面与控制平面关系：由紧耦合向松耦合演进控制平面：由分布式向集中式演进，并开放北向接口转发平面：由特定硬件转发行为向可被定义的灵活硬件转发行

SDN带来的影响分析-网络设备影响

为演进


SDN应用场景

SDN可能率先在数据中心、城域网边缘、园区网等场景引入


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现有DC只能基于网管分别控制虚机和交换机，提供DC内的基本二层转发、DC间的三层互联，难以保证QoS、TE，无法实现实时的虚机迁移…

未来IDC可考虑引入控制器集群，集中控制分布在不同DC的SDN交换机，提供多租户、按需配置网络连接等VDC业务，支持虚机实时迁移等应用

SDN应用思考-数据中心虚拟化

VM VM VM VM VM VM

IDC-A

VM网管

SW网管

等应用

VM VM VM VM VM VM

IDC-A

Controller群-

业务平台

API

openflow


VM VM VM VM VM VM

IDC-B

VM VM VM VM VM VM

IDC-B

Controller群-

现在未来

SDN带来的影响分析-网络架构影响

承载控制层

认证系统

网管

融合策略控制体系

承载控制层－－协调

认证系统

网管系统

融合策略控制体系

orchestrator

无线接入

WLAN

FTTx

系统

IP/传送网/分组域/CDN网

系统

IDC

感知分析流量调度

DPI/DFI

资源指配

差异化管道

策略制定

有线接入

系统系统感知分析流量调度

DPI/DFI

资源指配

差化管道

策略制定

有线

Controller Controller

orchestrator

承载控制层－－控制

SDN化


接入

承载网络层CDMA DPI/流量调度

无线接入

WLAN

FTTx

承载网络层

IP/传送网/分组域/CDN网

CDMA

IDC

DPI/流量调度

DPI/DFI差异化管道有线接入 Switch

Switch

Switch

Switch影响1：层次细分化：Controller提供统一的转发控制，承载控制层细分为承载协调和承载控制两个子层影响2：Controller分布化：controller设备分布化部署，控制不同的承载网络层网元

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SDN带来的影响分析-核心网络影响

IMS核心网

HSS

UE

SDN化

eNodeB 3

S‐GW 2P‐GW

S‐GW 1eNodeB 2UE

CSCFCSCF

UE

HSS

BAS WAGAP

宽带城域网

移动核心网（EPC）

移动回传网

WiFi

LTE

Internet

MME

HSS


影响1：网络架构、设备虚拟化：采用虚拟化技术对IMS、EPC网元进行改造，核心网的架构将会产生革命性的变革

影响2：获得新的机会提升核心网络的智能：梳理核心网网元能力，基于SDN理念提升控制能力，增强网络感知、控制及能力开放等智能化。

国家863项目-软件定义网络关键技术研发与示范

研究SDN体系架构，关键技术及网络设备，构建SDN示范网络。研究网络控制与数据转发分离、服务与资源动态感知和协同技术；研制SDN核心设备、软件协议栈及相应

型系统进行范应

研究SDN体系架构，关键技术及网络设备，构建SDN示范网络。研究网络控制与数据转发分离、服务与资源动态感知和协同技术；研制SDN核心设备、软件协议栈及相应

型系统进行范应

863 SDN关键技术研发和示范

原型系统；进行示范应用原型系统；进行示范应用

提出支持控制平面与数据转发平面分离，支持灵活控制和开放功能的SDN网络体系架构，在开放环境下实现高效、节能、智能和优化的组

研究支持多业务动态感知和检测的SDN技术，提出多业务实时状态分析以及应用需求动态交互的机制，实现应用层对资源需求的动态弹性调度。向IETF/ITU等国际标准组织提交标准草案；研制支持资源弹性调度的软件定义网络控制设备及数据转发设备，数据转发设备的整机

验证设备研制成果，构建网络控制中心平台，搭建不少于2个城市、6个核心节点的跨区域异地示范试验系统，进行大规模


网能力和业务提供机制。向IETF/ITU等国际标准组织提交标准草案

交换容量不低于20Tbps、单槽位转发能力不低于1Tbps。网络控制设备具有实时控制和管理至少100台数据转发设备的能力

数据分发测试和数据中心建设，完成网络验证与评估示范应用

SDN体系、机制与架构研究

支持资源弹性调度的SDN关键技术研究与设备研制

SDN验证与示范

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网络： SDN带来的机遇与挑战并存2012年以来，SDN在业界的热度

持续升温，正日益成为未来网络的演进趋势Vanson Bourne�调查显示调查显示

55%的企业正在考虑引入SDNIDC预测，至2016年，全球

SDN市场达到20亿美元

SDN重新定义网络基础技术架构，有助于突破运营商面临的协议标准化、设备专用化、能力封闭化等制约，为运营商带来新的机遇

网络资源创建、更改、释更便宜的网络设备，降


开源

节流

网络资源创建、更改、释放更快捷，加速新业务开发网络资源控制更精细，密切控制能力与业务的结合网络资源掌控在自己手中，支持差异化的创新

更便宜的网络设备，降低对专用硬件设备依赖性更高的网络资源利用率实现多网融合，降低管理复杂性、采购成本改善运维能力，降OPEX

网络设备商•硬件的既有利润将向软件系统转移•传统硬件设备商受到新兴的软件商的冲击

SDN对产业链各方的影响

传统硬件设备商受到新兴的软件商的冲击

电信运营商•Controller的管理和部署是一个新课题，将引发组网架构和运维模式的改变•引入SDN的利大于弊还是弊大于利尚未可知


互联网公司

•对管道之上流量的调度完全可以由其自己定制和自主控制，改变其过去在承载网中被运营商主导/受限于运营商的“不利”局面•Overlay在运营商网络之上，利大于弊

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1 SDN 不仅是一类技术更是“IT化、

1）加强架构研究：深入研究SDN对电信网络架构的

网络：SDN技术引入的总体看法

2

SDN 不仅是类技术, 更是 IT化、虚拟化、软件化”的新型网络

如果把SDN比作工具，IT和网络产业都可以使用。

究SDN对电信网络架构的潜在影响和应对策略

2）注重标准工作：积极参与NFV、ONF等国际组织，在国内/行业标准中占据主导，为运营商相关利益先行布局


3 SDN现阶段还只是对局部网络或特定应用有直接影响，对其未来的发展有待探讨

3）尝试特定应用：以IDC、云网关为切入点进行试验，待成功后再进行拓展

谢谢！


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