SDN技术在数据中心网络中的应用研究

李志敏 曹广山

随着科学技术的进步和信息技术的不断发展，我们已经进入互联网高速发展阶段。现时代，各个国家都在研究人工智能，一切的设备和操作都向着智能化方向发展，网络也不例外。SDN技术在数据中心网络中的应用十分广泛和重要，本文就SDN技术的定义和结构进行了介绍，对比传统的数据中心网络，结合实际分析和探讨，得出了相应的结论。

一、SDN的发展及体系架构

随着互联网的快速发展，信息服务也向着智能化和高速化发展，SDN技术就是信息服务和网络中新兴起的一种技术，新架构。SDN的最初概念在美国斯坦福诞生，是一种新兴的网络架构，随着创新进步，它的核心技术被分离出来，然后应用在了信息服务和网络中，起初可以很好的进行网络流量的控制，随后又逐步发展出来更多功能，扩展了它的能力，为日后网络架构的创新提供了更加精良的环境。近些年来，我国网络服务商和网络设备制造商不断利用SDN技术，让它实现综合化和商业化，所以实现的技术和接口变得更加错综复杂，也就导致了SDN成了一个统称，一种可以编程的网络架构，涉及十分广泛。SDN中有个非常重要的标准组织叫ONF，它在2016年发布了对SDN的重新定义，是一种满足四种条件的网络架构。第一是控制和转发分离原则；第二是集中化控制原则；第三是网络业务的可编程，第四是开放的接口。也可以总结为网络控制实体的独立、资源的高效利用、业务生命周期的可扩展以及网络的结构。SDN的体系架构并不复杂，都是由各种group组成的，大致都分为服务端和客户端。控制器是它的核心，主要负责协同和虚拟化工作，它的主要通信方式就是通过A-CPI进行，可以和高层次控制器或者应用通信。它的资源控制和管理主要通过D-CPI进行。

二、SDN的应用

（一）数据中心网络架构

SDN在数据中心网络中的应用非常广泛。这种网络架构主要分为四个层面，和网络协议层类似的层面，主要分为控制层、转发层、编排层和应用层。首先，对于控制层，它是最主要的一部分，由一个及以上的控制器组成，可以调度不同控制域的网络资源，然后使用这些资源满足应用程序和与服务对资源的请求。对于应用层，它主要分为两大部分云管理平台和应用程序，有一部分传统也有一部分SDN的网络管理能力。这里的网络管理功能，指的是在传统网络设备存在的基础上使用的SDN设备，SDN的数据中心的网络管理就包含传统和现代SDN网络管理两大块，SDN网络管理系统不同于传统就是它既可以独立建设也可以和传统网管合作集成。对于转发层和控制层，转发层就是SDN的转发设备，其中也可能有些传统的转发设备，总之传统的是不可能被完全顶替掉的。编排层就是编排器对多个SDN的控制协同，目的是实现云服务中网络资源部署的自动化。

（二）SDN的网络功能

SDN数据中心的网络功能主要分为四个部分，分别是服务的自动化、组网的可扩展、资源的可调度和运维的自动化。服务的自动化就是指通过云平台的对接，这种基于SDN的数据中心应该具备一定的智能化能力，比如感知网络资源的需求，自动设置最优的处理方案并部署实施，最终进行结果的交付。如果其中的需求有变更，SDN网络也能感知到，然后根据需求的变更动态调整当前的状态，设计最新的方案解决问题，真正的做到云计算的“按需服务”。如果业务中止，SDN网络可以在最短的时间内回收网络资源，并且将这些状态反馈给云平台，整个过程都是计算机网络智能化应该具备的最基本的能力。组网的可扩展性可以从四大方面考虑。第一，从用户角度，用户的数量和规模一定是持续增长的，SDN数据中心网络就应该支持增长。第二，从设备本身的角度考虑，设备从最初的制造上就应该具备高扩展性，可以支持不同的厂商，就像编程技术中的跨平台性能，越高越好。第三，从系统的建设角度考虑，就是逻辑层面的可扩展性，其中，控制平面的高扩展性是必须的。第四，网络规划角度层面，SDN数据中心网络能够实现各种数据的互联，提高数据的关联性。对于资源的可调度，基于SDN的数据中心网络，可以实现底层数据的调度，应对灵活多变的需求。它可以实时维护全局的资源视图，根据实地链路条款，对设备的转发逻辑进行调整。它还可以根据控制平面策略，对数据资源调整，可以支持定制化服务链来引导业务流量。最后是运维的自动化，良好的自动化运维能力是基础，这样能够大幅度减少网络配置人员的工作量，提高控制和修复网络的能力。

三、SDN部署方案

（一）总体技术概括

SDN技术的发展让它更加复杂，它不是简单意义上的替换，而是把传统的网络架构作为基础，让它进化、演进的结果。新建立的网络可以建立在SND上，传统的网络可以使用它对网络更加智能的控制。现在很多地方都部署了大型數据中心来为以后大数据和人工智能的发展打下基础。总之，SDN数据中心网络的部署方案大致分为五个部分，分别为搭建架构、单DC构建机架资源整合共享能力、构建安全与增值业务资源池、跨DC构建机房资源整合共享能力和DCI广域流量调优。

（二）部署详细介绍

首先，我们需要搭建网络的整体架构，这相当于一个草图。根据数据中心的规模然后选出大致的设备，配置合适的路由，然后满足多个机房资源的共享就可以完成初步的搭建工作。其次，我们要部署SDN的控制器、网关、支持网关的接入交换机，让它成为网关的边缘设备，然后再基于网关和SDN来创建域以及部署需要的管理软件。然后我们需要构建安全池和增值业务资源池，构建资源池的核心就是通过SDN控制器业务链来解决方案，进行更加集中的控制管理，让资源实现“按需使用”，同时实现价值增值系统VAS的资源共享，提升业务的创新能力。对于跨DC构建机房资源整合共享能力，最开始需要做的就是升级软件，把机房部署在市级地区，然后布置网关、交换机、基于网关和SDN的域，在市之间配置VXLAN网关的大二层隧道来实现资源的远程迁移和共享，之后构建集群化的云平台，实现存储管理、网络拉通管理功能。总结已经构建的物理和逻辑功能，即为用户搭建的云网络可以提高虚拟交换的组网能力，并且能够提供扩展空间，增加业务。资源的配置更加合理，可以根据用户的需求达到“按需分配”的目的，提高资源的利用率，降低整个项目的开发成本。这样开发的好处还有促进商业模式的转型，增强安全业务等等。其次是DCI的广域流量调优设置，一般都是通过流量的分析通过SDN数据中心网络技术对流量实现智能的调度，包括出口路由器和主干上的流量控制，能够优化流量调度，提升宽带的利用率，不仅能够节省流量还能节省用户的开销。之后需要优化用户的体验，主要是带宽和业务逻辑的调整，并且调整模式也要转变，有手动调控编程自动化智能调控，最终提升效率。

（三）技术难点分析

虽然SDN发展迅速，但是，它的框架是可扩展的，需要不断创新，完全掌握是不可能的，可能的方法是新技术的不断捕获。虽然SDN可以很大程度提高经济收益，但是还有些因素限制它的发展，比如传统网络的体系已经建成了大概，如何在传统的网络基础上铺设SDN是非常困难的，如何实现新的业务，开发新的网络构架，如何跨平台集约化运营，实现“网络即服务”的概念也是非常难的。在此过程中的人力物力因素也是很高的，需要很大的资本才能运营起来，一些看似很小的技术点可能需要很费劲的方法才能解决。但是，只要发展，困难绝对可以解决。

四、结语

科学在进步，时代在发展，智能化和自动化已经成为现代信息技术进步的标志。SDN技术是一种灵活的、可持续演进的网络新架构，它可以重构网络架构，让网络更加灵活和智能。随着这种技术的应用和提高，网络新架构和新模式的开发环境会变得越来越好，实现网络的集约化运行更加便捷，网络会更加智能化和自动化。应该不断创新此技术，开发新技术，让网络向着更高方向发展，为人类社会做更大的贡献。

作者单位：中国联通山东省分公司