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中国移动研究院
段晓东
2013年8月
对SDN的实践与探索
目录
• SDN需求及应用场景
• SDN应用实践
• 下一步工作和建议
• 总结
低成本，高效率，多业务运营是未来对网络的基本需求
从话音时代向流量和数据时代的加速转移，对未来的网络提出更高的要求
失去主营地位的话音等通信类业务的相关网络基础设施降低成本的压力与日俱增，主要集中在软交换、CM-IMS和通信类业务平台的建设与维护。
接入网
分组域
软交换
CM-IMS
互联网业务
通信业务
承载与传送承载与传送
扩容与功能增强是高效流量经营的基本手段，离不开成本控制。OTT、云端模式的持续、快节奏冲击更对分组域的“灵活性”提出更高要求。
接入网
分组域
软交换
CM-IMS
互联网业务
通信业务
承载与传送承载与传送
低成本运营
高效率运营
灵活业务提供
杀手级应用时代 长尾应用时代
ARPU如何提升收入？
Bandwidth如何满足带宽增长超摩尔定律需求？
Cost如何降低组网成本
SMS 话音 专线
移动宽带
Internet上网
IPTV 海量的长尾应用
?A
C
B
每Bit
价值 HDTV
话音通信话音通信 宽带通信宽带通信 超宽带、内容通信超宽带、内容通信
可见的事实是ARPU的增长远无法跟随流量的增长
提升流量价值
降低流量成本
大带宽不等于高价值，如何创造价值是我们需要思考的问题
背景1——提升管道价值，应对流量挑战
内容调度和网络融合的流量工程
网络流量均衡和利用率提升
背景2——快速的网络优化和运营能力提升
需求 协议 产品 测试
TRILLTRILL Problem
2006.6 2011.7
TRILL-Protocol
2013.7
• 可互通产品，暂无• 应用案例，极少• 其他标准化还在进行中
加快网络的新能力部署，解耦转发技术和新功能、新协议的联系
现有漫长的标准化和产品化流程严重阻碍了快速的新功能引入
加速网络的面向流量和内容的调度和运营能力
背景3——端管云中加强管道的智能化
开放网络服务愿景
物理网络
虚拟网络
Internet
用户网络：独立的带宽、QoS，安全、组网服务 用户网络2
计算服务 存储服务
虚拟化
网络服务虚拟化带宽、QoS、VPN、防火墙……
云计算NaaS？？？
软网络成为网络发展的必然
，网络软化的本质是软件和硬件分离、控制和转发分离、管理和控制的集中化，虚拟化/云化等等，SDN和NFV是重要的实现手段
从封闭黑盒的网络走向开放可编程的软网络
架构演进
转发功能
控制功能
网络功能虚拟化（NFV）
SDN—控制和承载分离
标准化接口
网络服务虚拟层
网络操作系统
应用 业务 租户
转发
转发
转发
应用/业务/租户
转发
转发
转发
控制
控制
控制
交换
专用硬件
控制/业务
专用硬件
路由
专用硬件
虚拟化 虚拟化 虚拟化 虚拟化
接入 IMS 核心网
x86 x86 x86
1. 专用硬件平台2. 控制转发集成3. 独享物理网络
1. 简单转发设备2. 控制转发分离3. 虚拟网络资源
SDN的应用思考
SDN来源于IP，但不一定最先广泛应用于IP
数据中心的SDN应用：数据中心内部的网络服务虚拟化、数据中心之间数据同步的流量工程
承载网
GGSN、PGW等网关类功能的硬件接口标准化，控制功能软件化
移动网
构建动态基础传输网络：即时提供带宽，网络参数自适应流量大小和传输距离
传输网
SGSN
PCRF
GGSN
MME
SAE GW
HLR
传输网
IP承载网
分组域核心网
云WLAN：无线管理控制面集中、虚拟化家庭网关虚拟化: 简化家庭网络功能及组网拓扑，提高网络灵活性
接入网
SDN促成云计算网络虚拟化：运营者可为租户提供计算、存储、网络成套资源的虚拟化服务
• 网络服务虚拟化：MAC、VLAN、IP地址、网络带宽、负载均衡能力、防火墙能力作为虚拟网络资源出租给租户
• VPC：企业私有云通过专线与IDC互连，通过网络虚拟化技术建立逻辑上独立的虚拟私有云VPC
SDN使得骨干网每一个管道装上比特：提高利用率，并保证管道中高价值业务的服务质量
• 集中控制网络设备转发，调度全网可用带宽，提高网络利用率
• 智能调度高低价值业务，采用差异化端到端QoS，保证高价值业务质量
集中控制
差异调度节点1
节点2
节点3
SDN应用场景——承载网：IDC&骨干网
当前PTN、OTN传送网采用大多采用静态配置的运营方式，缺乏智能的控制调度，集团客户等业务需要快速开通，业务感知的能力，当前的网络不能满足要求PTN、OTN网络天然支持集中控制的架构，引入SDN实现网络拓扑发现、路径自动建立、带宽按需调整等功能，快速响应集客业务的需求，提高集团客户的用户体验。
现网PTN• 控制和转发分离• 手动分发PTN路由，管理带宽• 网管和PTN间私有接口
S-PTN• 独立的控制器• 智能控制面• 通过北向接口及标准化南向接口实现控制器和PTN间接口的开放
集中网管集中网管 SDNSDN
网管服务器
PTN
Qx
转发面
控制面SDN控制器
OpenFlow@PTN
OpenFlow/Qx
转发面
控制面通过OpenFlow实现控制器南向接
口从私有到开放
从网管演进到SDN控制器
转发支持OpenFlow
演进升级演进升级
集客
集客
集客 集客
集客
集客
SDN应用场景——传送网： PTN/OTN
用通用的路由交换设备实现分组域的转发功能，用通用的服务器实现业务处理和控制面功能
uGW uGW
uGW
Open Router Internet
2G/3G/LTE接入网 分组域核心网 分组域流量处理能力
流量提醒SDN网络控制器
网关业务处理
PCRF
MME
流量处理编排APP
新流量处理能力
新流量处理能力
……视频优化
压缩适配
Open Router
Open Router
网关的业务处理和转发功能进一步分离，推动设备的通用化、简洁化
分组域流量处理能力的灵活增加、独立扩展以及动态组合 基于用户、终端、网络和业务信息以及市场策略，利用
SDN增强P-GW具备更加灵活和智能的包转发能力，以及流量处理能力的动态组合（service chain）
视频业务
页面浏览
通用的服务器设备：软件定义网络功能
通用的路由交换设备
流量处理能力的独立扩展及组合，推动网络功能的智能化、高灵活性
SDN应用场景——移动分组域
目录
• SDN需求及应用场景
• SDN应用实践
–实验室测试
– S-PTN推进
–业务示范
• 下一步工作和建议
• 总结
在国内、北美两地同时搭建近20个厂家设备测试环境，验证标准及产品成熟度，完成业界首本系统性的SDN测试规范
开展国内首个多厂家大规模SDN测试，验证openflow成熟度
• 包含7个厂家的controller，10个厂家的OpenFlow交换机，2个仪表厂家• 已规划包括功能、性能、网关和QoS、SDN应用等测试内容
模拟单机、整网等组网模型，全面覆盖数据中心场景下的多种测试需求
OF交换机 OF接入
OF汇聚
单机测试 同厂家组网测试 异厂家组网测试
OF汇聚
华为/NEC
华为/NEC
华为/NEC
中兴华三
Arista 神州数码 Juniper
OF接入
基本功能单播/组播/广播
同厂家拓扑发现
异厂家拓扑发现
性能吞吐量
时延
流表容量
可靠性
网关和QoS与传统网络互通
流分担能力
QoS标记
QoS调度
SDN APP防火墙功能
租户自服务
策略随业务迁移
智能流量调度
IXIA/Spirent
H3C
中兴
NoviFlow Centec
iwNetworks
floodlightBigSwitch
RYU
SDN实验室测试结果——交换机
转发设备的性能较传统网络设备差距较大，体现为流表小、学习速度慢
57%43%
OF 1.0OF 1.3
33%
67%OF 1.0OF 1.3
控制器对OPENFLOW支持情况交换机对OPENFLOW支持情况
从交换机、控制器支持情况看，OF1.0支持情况好于1.3
流表容量（千条） 流表学习速度（秒/千条）
基准值为0.06ms
SDN实验室测试结果——控制器、应用
• 控制器拓扑发现、能力协商、流表下发在少量配对时仍需完善
• 控制器间主备保护倒换算法欠妥；switch间数据面保护存在较大的切换时延
– 数据中心内要求250ms内完成倒换，部分厂家配对达400~500ms，部分单厂家未优化达秒级
• 异厂家Controller-Switch部分配对时，广播处理能力低
– 只支持500pps广播处理能力
控制器路径计算算法、性能、标准化实现方式有待完善
上层应用缺乏，未能发挥SDN的优势
• 部分厂家支持一定数据中心内提供虚拟化网络服务的能力，但还不完善
• 带宽管理等其他场景下的应用能力还有待进一步开发
• 流表学习速度：Openflow对未知流量学习机制为SW-Controller-SW方
式，较传统网络转发表学习速度慢
• 协议字段定义：协议中对于部分字段（如IDLE Time）未明确定义，异厂
家SW、Controller之间互通存在流表下发失败等问题
• 未知包处理机制：目前协议缺少对于未知包的控制机制，未知包会不断上
送Controller，造成资源过度消耗
SDN实验室测试结果——协议
目录
• SDN需求及应用场景
• SDN应用实践
–实验室测试
– S-PTN推进
–业务示范
• 下一步工作和建议
• 总结
Super PTN原型系统的开发及验证
EC #1 EC #2 EC #3
EC #1 26 Gbs 8 Gbs
EC #2 26 Gbs 10 Gbs
EC #3 8 Gbs 10 Gbs
晚上
白天
集团客户1
集团客户2
PTNNodes
资源占用
应用 APIs应用 APIs
网络控制器
资源发现及控资源发现及控制
网络侧APIs网络侧APIs
基于MPLS-TP动态带宽可重配 PTN网络
EC#1 EC#2 EC #3
EC #1 21 Gbs 13 Gbs
EC #2 21 Gbs 10 Gbs
EC #3 13 Gbs 10 Gbs
针对目前问题，中国移动开发Super PTN原型系统，推动产业链的完善和技术成熟
开发APP软件实现基于动态CIR和PIR
配置的虚拟网络带宽动态控制
APP
合作开发定制的具有Openflow接口
的Super PTN芯片及原型系统
扩展Openflow协议支持PTN特有
的OAM、QoS和保护机制
根据PTN的应用需求修改开源
controller缺乏芯片支持
Openflow协议需扩展
无相关应用APP
目录
• SDN需求及应用场景
• SDN应用实践
–实验室测试
– S-PTN推进
–业务示范
• 下一步工作和建议
• 总结
云中心网络资源虚拟化系统演示基于SDN架构和openflow协议，实现物理网络池化，及多租户逻辑网络隔离
数据中心内：云计算网络资源虚拟化系统演示
云间智能流量调度演示演示Overlay模式下，基于SDN架构和openflow协议，实现根据链路质量进行实时流量调度
数据中心间：智能流量调度系统演示
全球首套Super PTN原型系统演示
Ring 1 Ring 2DUT 1
DUT 2
DUT 4
DUT 5
DUT 6
DUT 3
DUT8
SDN Controller DUT7
S-PTNS-PTN
MPLS-TP封装
原始业务报文
OpenFlow
中国移动与合作伙伴深入合作研发完成了Super PTN芯片，基于此进行了全球
首套基于OpenFlow的SDN化PTN原型系统的演示成功演示SDN化PTN接口封装和解封装过程，表明该原型系统可支持PTN向SDN演进，标志
我司向SDN化PTN产品化迈出了第一步
下一步继续完善该系统，实现端到端SDN化业务感知系统
PTN 的 SDN 控制平面
LSP / PW 标签处理
入口
PTNPTN PTN
出口
PTN
API
SDN化PTN原型机节点架构 S-PTN实际演示组网图
目录
• SDN需求及应用场景
• SDN应用实践和探索
• 下一步工作和建议
• 总结
SDN相关标准化分布
• OpenFlow SDN 主战场
• I2RS：RIB的接口，较保守的中间第三条路线• NVO3：网络overlay的虚拟化• PCE：路径计算功能，Google用于实现TE• Netconf/YangModel: 自动配置和数据模型• L3VPN: VXLAN/NVGRE等数据转发封装协议• NSC: BOF立项阶段，业务链• SDNRG: IRTF 研究组
• 固定宽带接入虚拟化：PD 295• 切实可行的未来网络功能虚拟化的方案
• NFV ISG： 网络功能虚拟化，多个大T运营商联合主导推动短期能实现的电信解决方案
• 云操作系统，集成基于SDN的网络虚拟化插件
• 国际厂家主导的SDN开源项目，丰富controller的能力和SDN应用，促进SDN的推广应用
SDN 标准和产业推动
switches
controllers
APP
API 北向接口
OpenFlow
东西
向
东西
向
南向接口
内部计算
I2RS Netconf …转发平面
业务链NSC
APP APP
努力推动SDN控制器北向接口的标准化，为运营商灵活开发网络应用奠定基础
推动网络业务链技术标准化，实现“原子化”应用，和基于原子应用的连接组合
智能流量调度、虚拟多租户、S-PTN
应用是关键
标准化推动
芯片：支持大流表容量的芯片 交换机：完善对Openflow标准协议支持（如
LLDP、流表字段定义等） 控制器：提升控制面/数据面可靠保护能力，加快
流表计算和下发速度，完善对广播/组播处理机制
提升产品成熟度
PTN、OTN等
应用领域扩展
目录
• 运营商需要SDN
• SDN应用实践
• 对SDN的探索
• 总结
希望与业界同仁共同推进SDN优化与实践落地
• 满足低成本、高效率、灵活业务三大运营需求，推进
SDN/NFV为代表的软网络成为未来网络发展的必然趋势
• 在传输、承载、核心等多个领域，与业界携手推进SDN测
试验证、应用实践、国际标准化等工作
• 进一步测试验证提供电信级成熟可用的系列产品并推进实
用化
• 应用是发挥SDN优势的根本，期待与业界合作，创造
SDN新价值
谢谢各位
