CMNet省网网络建设思路及SDN应用方案

赵勇波，智海峰

（广州杰赛通信规划设计院有限公司，广东 广州 510310）

1 CMNet省网概述

1.1 网络现状

中国移动互联网（China Mobile Network，CMNet）分为骨干网、省网及城域网。CMNet省网界于CMNet骨干网与CMNet城域网之间，用于提供城域网的出口及省网业务平台的接入；CMNet城域网是CMNet省网在城域内的延伸，提供多种业务在城域内的互联及CMNet省网的接入，并且保证各种业务的安全性和服务质量。2016—2018年，某省省内互联网出口流量年增长率平均为30%左右，如图1所示。截至2018年年底，我国家庭有线宽带用户数达到54万户，4G用户突破534万户；出省流量达到1000 Gb/s，其中家庭有线宽带流量790 Gb/s、省内互联网电视流量290 Gb/s。

1.2 存在的问题

CMNet骨干网八期工程和IP城域网五期工程完成后，某省移动CMNet网络在网络架构、网络容量和网络质量上得到了长足发展，基本上可以满足省内用户对宽带速率和质量的要求，但是相对国内先进城市运营商网络及未来网络发展还存在一定的差距，具体体现如下。

图1 某省移动CMNet流量发展情况

1.2.1 网络非扁平化，运营成本偏高

随着电信技术的发展，现在的光线路终端（Optical Line Terminal，OLT）设备承载能力持续增强，原有的大二层汇聚交换机只负责流量的汇聚及透传，增加了网络故障点，易造成网络瓶颈，继续存在的意义已经不大。故随着技术的演进及网络扁平化的发展，需要视传输资源情况，逐步将现网的大二层汇聚交换机进行退网割接，OLT直联宽带远程接入服务器（Broadband Remote Access Server，BRAS）/全业务路由器（Service Router，SR）。

1.2.2 网络架构不合理，流量负载不均

受业务接入不均及流量波动影响，现网流量流向不均衡，原有网络架构、网络运营机制较难适应未来网络流量的高速增长趋势。对此，要求引入新技术，改进网络架构，促进低成本、集约化运营，提供更加智能、简捷的功能和流量优化技术。

1.2.3 网络升级换代复杂，软硬件未解耦

多数设备厂商为移动公司提供基础网络设备，传统网络设备多采用软硬件绑定方式，设备的功能升级与改造受限于硬件平台能力，在网络进行重大功能引入时，设备时常需要整体升级或替换，网络部署周期较长，运营效率低。对此，需实现平台共享，软硬件解耦的部署机制，提高运营效率。

1.3 网络建设思路

某省作为全面实施“宽带中国”战略的省份，大力推进“光网智能岛”建设。同时，随着新媒体和4K视频业务的发展，使得网络流量激增，给CMNet网络带来更大的流量转发压力和更高的低时延要求。CMNet网络需要持续优化，向高带宽、低时延、智能化方向演进。

1.3.1 适度超前建设网络

业务预测和制定网络方案时，应适度超前，充分考虑新业务的流量需求。

1.3.2 流量疏导扁平化

CMNet省网与骨干网口字型互联调整为全连接，推进网络扁平化、弱化省网疏导功能，部署多口家庭网关、视频专用虚拟局域网（Virtual Local Area Network，VLAN）、实现内容分发网络（Content Delivery Network，CDN）分级并下沉，靠近用户，实现流量疏导扁平化。

1.3.3 优化IDC出口

优化互联网数据中心（Internet Data Center，IDC）出口，探讨统一出口模式，实现跨IDC资源共享和出口流量调度。

1.3.4 IPv4/IPv6双栈改造

根据国家、某省和中国移动集团等对IPv6部署的要求和目标启动IPv6改造工作，遵循典型应用先行、移网固网并举、以增量带动存量的发展路径，以实施5G网络和铜退光进为契机，加快推进IPv6在某省移动网络的规模部署。

1.3.5 SDN等新技术应用

根据集团试点情况，综合考虑产品成熟度采取稳健策略，建议2019年开始vBRAS试点、2020年开始商用；在CMNet省网引入SDN技术，实现流量智能调度[1]。

2 CMNet省网中SDN应用方案

随着互联网的快速发展，传统CMNet省网网络设备升级换代频繁，改造困难，已无法满足超大流量和新型业务的发展需求，软件定义网络SDN在此背景下应运而生。SDN控制器去除了网络硬件的控制平面，网络设备软硬件一体化的架构将被打破，从而为网络设备卸下了重担，软硬件实现解耦。统一化、通用化、经济化的网络设备只负责网络流量的快速转发，SDN控制器软件负责网络流量的智能控制[2]。SDN控制器架构图如图2所示。

2.1 SDN引入场景

（1）SDN WAN：实时感知全网网络流量，全局集中调度流量，提升IP网络带宽利用率，保障关键业务质量。

（2）SDN DCI：数据中心之间互联网络自助开通、修改和删除，面向数据中心互联用户差异化服务，提升管道价值。

（3）SDN 省网：智能选路，流量均衡。

2.2 SDN应用方案

某省移动CMNet省网为传统网络设备组网，网络臃肿服务能力差。建议引入SDN技术，分离网络设备的控制平面与转发平面，控制平面集中到SDN控制器上，并向上提供灵活的可编程能力，大大提高网络的灵活性和可扩展性[3]。SDN控制器采用开源、标准化的南向和北向接口。

2.2.1 北向接口

北向接口是SDN应用平面与控制平面之间的接口，负责与上层应用通信、调度。其中，REST API是主流的北向接口，可实现与云平台、网管、用户自身开发的第三方系统集成；采用Java API支持第三方SDN APP。

2.2.2 南向接口

网络配置协议（Network Configuration Protocol，NETCONF）是一个基于可扩展标记语言（Extensible Markup Language，XML）的交换机配置接口，用于替代命令行界面（Command-lineinterface，CLI）、简单网络管理协议（Simple Network Management Protocol，SNMP）等配置交换机，现在发展为SDN控制器在南向控制网络设备上使用的关键应用编程接口（Application Programming Interface，API）之一。该协议采用C/S结构，SDN控制器作为NETCONF客户端，网络设备作为NETCONF服务端，通过NETCONF，SDN控制器对网络设备自动下发特性配置和静态表项。

OpenFlow协议：OpenFlow是第1个开放的南向接口协议，也是目前最流行的南向协议。其提出了控制与转发分离的架构，规定了SDN转发设备的基本组件和功能要求，以及与控制器通信的协议。下发OpenFlow标准流表、标准二三层转发表项等，PacketIN/PacketOut实现收发包、首包上送建流表等。

图2 SDN控制器架构图

开放虚拟交换机数据库管理协议（Open vSwitch Database Management Protocol，OVSDB） 是 管 理 层面的南向接口协议。OVSDB数据库表直接转换成设备上的虚拟扩展局域网（Virtual Extensible LAN，VXLAN）配置和流表支持OpenDayLight、IETF（The Internet Engineering Task Force，国际互联网工程任务组）等标准化组织的标准协议。

通过实施SDN解决方案，实现某省移动CMNet省网流量的智能调度，重点解决流量均衡和定向保障问题，减轻流量突增对业务和客户的影响。随着网络和技术的演进，后期实现全网络的SDN融合。

2.3 SDN应用关键技术

按照SDN的分层架构，SDN应用关键技术体系如图3所示。SDN架构的各层都有许多关键技术，旨在有效分离控制层面与转发层面，支持逻辑上集中化的统一控制，提供灵活的开放接口等。其中，控制层是整个SDN的核心。

图3 SDN应用关键技术体系

在SDN控制器技术选型上，要从“标准协议，通用接口”的角度出发，选定一系列通用标准技术作为方案的实现技术[4]。一方面，可以保证SDN CMNet省网解决方案整体实现上开放、灵活、易用、可靠；另一方面，能兼容运营商现有网络系统，使运营商网络系统能平滑迁移到SDN架构的同时又能满足后续业务应用升级的需求。

3 结 论

随着业务的发展和技术的驱动，网络重构成为摆在运营商面前的头等大事。各家运营商希望通过对现在的网络进行革新来适应社会的发展，满足人民群众对网络服务能力和服务质量的要求，实现“网络即服务”。SDN、网络功能虚拟化（NetworkFunctionVirtualization，NFV）和云计算是网络重构的三大核心技术，其中，SDN打破了网络设备控制与转发一体的封闭架构，定义了软件可编程网络。电信运营商通过在CMNet省网中应用SDN技术，网络的灵活性和弹性大大增加，可以快速开放或引入新的业务，增强运营商的竞争力。