行至半程,软件定义网络怎么样了?

作者:刘晶;来源:中国电子报

自2012年刮起的SDN(软件定义网络)收购潮,到今天依然没有止歇。最近的一项收购是今年4月初,AMD宣布以19亿美元(121亿人民币)的价格买网络供应商Pensando,用来增强面向超大规模提供商、小型云和5G的SDN智能。

去年也有多项收购事关SDN。2021年5月,思科宣布收购了以色列SDN控制软件开发商Sedona系统公司,Sedona的NetFusion软件是分级控制器HCO领域的市场领导者,HCO是实现5G切片、可路由光网络的关键;2021年9月,Extreme Networks收购了Infovista的SD-WAN(软件定义广域网)业务,而Infovista在该领域与华为、中兴都有合作。如果这两项收购还是两家公司对其SDN能力的补足,那么2021年11月,爱立信斥资62亿美元收购美国云通信厂商Vonage,则是对网络功能可编程在企业级网络应用的重大投资,毕竟这笔收购费用接近于爱立信2021年一个季度的收入。

网络软件支撑着包括路由、信令等多种协议的完善和发展,网络设备的性能,很大程度上是由网络软件的性能所决定。而这些收购也说明,SDN技术思想已深入人心,采用SDN架构理念,实现网络集中控制和能力开放,成为了全球各大电信运营商和云服务商一致拥抱的网络转型方向。

掌握SDN就是掌握网络主导权

“软件是硬件之魂,这毫无疑问非常适用于网络领域。”新华三集团副总裁、智能管理与运维产品线总经理王斌对《中国电子报》记者表示,“与软件定义存储、软件定义计算相比,软件定义网络在技术层面是最复杂的,因为网络是点状、网状分布结合的一个系统,是一个复杂的组合体。IT基础设施的计算、存储、网络是比较关键的三大部件,现在又增加了边缘和终端。如果没有网络的连接性,其他的实体单元很难发挥功效。在信息化建设中,软件定义网络的重要性是不言而喻的。”

无论是固定网络、移动网络还是IP网络,迄今几乎所有的通信设备商都采用了软硬件一体化模式,设备商基于标准研制一体化专用设备,运营商采购这些设备建设网络,提供标准化服务。一旦技术升级和标准换代,设备商需要重新研制新设备,运营商又需要重新采购新设备和建设新网络,这导致运营商级网络周期长、投资大、灵活性差。

“软硬解耦的计算机为网络设备树立了榜样。10多年前,美国斯坦福大学的Nick Mckeown教授团队在研究中意识到传统网络的问题,提出了软件定义网络SDN概念,其初始动机就是希望打破传统网络设备软硬件一体化的僵化局面,让网络设备重演计算机软硬件分离的开放之路,从而激发网络产业的创新活力。”中国联通研究院副院长、首席科学家唐雄燕说。

斯坦福大学的Nick McKeown教授在2008年4月提出SDN概念时,首先论述了实现SDN的OpenFlow原理。OpenFlow提出一个很好的理念,就是把网络的转发和控制分离,转发的部分其实就是硬件部分,控制的部分则以软件部分为主。

中国移动研究院基础网络资深专家程伟强告诉《中国电子报》记者:“这个理念有两个非常大的价值。一是网络的转发功能和控制功分离后,就有机会把产业链分成软件和硬件解耦的两部分,硬件的部分让它足够的通用化,降低成本,而软件能够进行大规模的软件工业化生产,进行开发,提升系统的灵活性。二是能给整个网络的调度和运维带来极大的便利。以前网络是每一台设备都有自己的控制,这种网络的流量调度是基于每一个节点进行,‘只见局部,不见整体’,引入SDN后,因为控制集中化,控制器系统能看到整网的资源分布情况,能从全局视角对网络进行优化调度。”

谷歌在2012年实现了对SDN方案的规模应用, 整个网络领域都受到了非常大的鼓舞。谷歌基于Openflow完成其数据中心的互联网络B4,引入SDN后,谷歌B4链路利用率能从原来的30%~40%,提高到90%以上接近100%。应该说这是软件定义网络走向工业化的起点。

互联网企业在SDN的成功激励着运营商。2013年,中国移动在ONF(开放网络论坛)中率先提出电信级SDN的理念。ONF对SDN的定义是一种新型的网络架构,其设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离,并实现可编程化控制。这一定义突显了SDN的三大特征:控制和转发分离,网络控制集中,网络开放与可编程。

程伟强说:“谷歌作为一个互联网厂商,它的网络规模、网络需求和运营商电信级网络是完全不一样的,中国移动提出建设电信级SDN的同时,也在ONF中发起成立了相应的工作组,聚集了全球最大的运营商,如AT&T、德国电信、日本NTT、国内的三大运营商等,我当时作为电信级SDN工作组的主席,见证了运营商真正引入 SDN最初的设想以及基础技术的构建。”

“SDN一是可以增强网络弹性,提升网络对新业务适配的灵活性和敏捷性;二是通过分层解耦的模式,可以更好把握产业链的堵点和卡点,管控供应链风险;三是通过网络软件的自主研发和开放网络设备的核心技术攻关,可以更好的将网络技术发展的主导权掌握在运营商自己手中。”唐雄燕说。

SDN像一场网络运动,不仅将运营商卷入其中,通信设备商在跟进。“2010年的时候,我们去了几趟斯坦福大学,和Nick McKeown教授有过多次交流。”王斌说,“新华三SDN研发的启动比较早、比较全面,做的是多场景的SDN解决方案,我们把它命名为‘应用驱动网络AD-NET解决方案’。从2016年到现在,新华三的SDN软件在国内的市场占有率始终保持在第一。”

SDN始于互联网兴于运营商

互联网企业拉开了软件定义网络规模应用的序幕,但将软件定义网络向全网推进的,是电信运营商。唐雄燕表示,在网业分离的形势下,寄生在运营商网络之上的互联网业务日新月异,尤其是在业务迁移到云计算后,业务动态性进一步加大,僵化的底层网络已无法适应上层业务创新的需要,传统电信网络变革势在必行。

2013年美国运营商AT&T发布的Domain2.0战略是其中的典范,AT&T提出到2020年网络软件化率要达到75%的目标。Verizon发布了SDN/NFV(NFV,网络功能虚拟化,与SDN相伴而生)参考架构白皮书,引入统一的端到端网络编排和业务编排,从顶层设计对网络进行升级。Telefonica提出UNICA架构,使用SDN将分散在各地的数据中心统一管理。全球顶级运营商相继开始引入SDN技术进行试点。

我国三大运营商在2015年开始启动SDN。2015年,中国移动提出Novonet项目引入SDN/NFV和编排技术,并于2019年启动全球规模最大的网络云八大区构建,其中包括了5G核心网的NFV、数据中心SDN等内容,目前已经广泛应用。这一项目让中国移动构成了全球最大的网络云基础设施,提出了以ONAP为核心的智能化编排管理体系,中国移动主导的ONAP开源社区已经发布EI AIto版。

2015年中国联通启动CUEB-Net2.0,并于2016年首次提出构建基于SDN的产业互联网CUII(China Unicom Industrial Internet),现在已经实现了国内首个大规模广域网SDN商用部署,自主研制了适用于超大规模异构网络的网络控制和协同器。唐雄燕说:“通过SDN集中控制极大提升了网络服务的灵活性和敏捷性,并通过能力开放实现了与公有云服务的集成,提供了云联网等业界领先的云网一体化服务产品。”

中国电信则发布CTNet2025网络架构白皮书,重点强调了新型OSS系统的重要性以及O域与B域的协同。

未来十年SDN理念将贯穿云网

从2012年到2022年,SDN工业化进程已经走过十多年,未来向哪里去?中国电信在2019年提出面向2030年的云网融合之路,中国移动和中国联通在云网融合的基础上,进一步提出面向2030年的算力网络,算力网络是云网融合的深化,而且目前算力网络已经被看成是第六代移动通信的支撑网络。

“在云网融合中,SDN起到了云网信息互通、网络感知云服务和云资源的作用。而SD-WAN(软件定义广域网)可以看做是云的触角,是云互联的外延,这代表着网络联接将会与各种云服务更加深度的整合,这也是SDN技术的发展趋势。”唐雄燕说。

目前,阿里、腾讯、谷歌、亚马逊等云厂商都在做SD-WAN,利用SD-WAN技术,云厂商可以在互联网上实现POP点(网络提供点)的连接。一个全国都有分支机构的企业,每个分支机构可以看作是一个POP点,云服务商可以将这些POP点灵活快速地连接起来,为客户提供云网结合的服务。如果说SDN的应用主要体现在数据中心的互联,那么SD-WAN则是将软件定义扩展到了整个互联网中。

但运营商实现SD-WAN并不像云厂商这么简单。

“业务快速变化,对网络的敏捷性要求就比较高。要定义网络这种网状结构,要做业务切片,SDN就需要做到全网多点协同联动,这个难度就大了很多。”王斌说,“SD-WAN的目标是让上层应用更好地去调用底层的网络资源,可以说SD-WAN是云网融合非常关键的技术之一,也是推进云网快速发展的关键要素。”

运营商传统的网络协议IPv4/MPLS是按照网络节点一跳一跳地做网络资源的管理和控制的,这种方式与SDN希望的便捷灵活是矛盾的。“是时候引入全新设计的网络协议支持SDN了,在制定互联网连接标准的国际组织IETF中,讨论最热烈的是SRv6协议,它最大的好处是极大地减少了网络的跳数。在SRv6网络中,SDN控制器只要和源地址的节点‘打交道’,就能够实现整条业务流的配置和管控。”程伟强说。

目前的核心工作是让SRv6更好用,中国移动正在牵头做的G-SRv6,在不损失SRv6特点的同时,进一步优化SRv6的结构,提高网络利用率。目前,G-SRv6已经被IETF接纳,是SRv6国际标准发展的方向。

“从云网融合的发展趋势看,大家比较公认会经过三个阶段,首先是云网协同阶段,下一步即将进入的就是云网融合阶段,最后是云网一体的阶段。在这三个阶段里,软件定义网络的理念始终贯穿其中。”王斌告诉记者,这三个阶段各有侧重点,在云网协同阶段,重点是统一云网资源,实现资源的可视化,推动云和网的无缝对接;在云网融合阶段,重点是实现云网资源的集中管理、协同调度,目前要实现这个目标还需要做技术创新和突破;在云网一体阶段,重点是实现云网操作系统,在这一阶段,SDN在边缘云、行业云等应用场景中会起到不可替代的作用。

“面向5G演进网络、6G以及算力网络,在网络的转发面节点,类似固网的BRAS(宽带接入服务器)、移动网络的UPF(边缘接入网关)等都会变得更加关键,因为网络需要具备通信-感知-计算-智能相融合的能力,这些都需要软件化进行管控,软件化的服务将在其中发挥更大的作用。”唐雄燕说。

SDN行至半程,网络在开放和封闭间折中

SDN提出伊始,就是希望建设一个开放的网络生态。这包涵两重意义:一是软件与硬件解藕,二是网络通过软件实现开源开放。

SDN相关的开源社区非常活跃,从SDN部署层次看,主要包括云内操作系统OpenStack,SDN控制器ODL、ONOS、Open Contrail、Floodlight、RYU(开源控制器),以及转发层OVS。其中,ODL和ONOS是控制器的开源组织,OpenStack是北向接口模块的开源组织,OVS是转发模块的开源组织。作为SDN概念和架构的创始组织,ONF在制定架构、北向接口和网络模型方面的标准,目前已经拥有140多家会员,包括运营商、设备商、芯片商,覆盖全产业链。

活跃的开源社区加快了SDN的落地速度,谷歌、亚马逊等云服务厂商通过SDN增强了对网络的掌控力。但运营商在落地SDN时,这种掌控力打了对折。

“因为不同于学术界的狭义SDN,工业界实际上是在发展广义SDN,网络的南向接口不局限于OpenFlow协议,也可以不对底层网络设备大动干戈,只是在网络管理控制和能力开放上增强。这其实是开放与封闭的折中,网络的可编程和开放性局限于网络控制平面,转发平面依然采用功能固定的包处理硬件。”唐雄燕表示。

为推动转发平面的可编程,Nick Mckeown教授等SDN先驱们2015年又发明了用于数据平面的新一代编程语言P4,解决了OpenFlow编程能力不足和扩展性差等问题,推动SDN迈向下一代。P4产业化今天还处于发展初期,谷歌率先在其商用网络中采用P4技术,AT&T也在网络中安装了基于P4的白盒交换机,P4可编程芯片初创公司Barefoot Networks在2019年6月被英特尔收购。

为了推动软硬件的解耦,运营商在部署SDN的同时也引入了NFV(网络功能虚拟化),NFV的特点是软硬件解耦、硬件通用化和设备功能软件化。NFV的理想状态是实现虚拟网络功能层、云虚拟化层和硬件设备层的三层解耦,各层可独立发展和创新,尤其是希望与应用关联度最大的网络功能层能彻底开放,让更多的创新者参与研发和提供VNF,激发网络业务创新活力。但在实践中,三层解耦更复杂,系统集成的高难度,许多运营商又退而求其次,仅追求软硬件两层解耦,所以网络开放的效果大打折扣。

这导致为运营商做SDN的企业,只做纯软件的比较少,大部分都是软硬结合,而且都是以ICT厂商为主导。国外企业以思科为龙头,国内企业以新华三、华为等为主导。而纯软件的SDN企业的结果往往是被收购,最后融入ICT厂商的方案中。

但SDN“软硬件解藕、网络开源开放”的思想就像一粒种子,推动电信全领域的网络转型。

移动基站一直是封闭设备,近年火热的O-RAN(开放的无线接入网) 则希望基于通用硬件平台和软硬解耦模式研制白盒化基站。5G网络也与之前的几代移动通信网络有了巨大的变化,实现了云化的核心网,引入了边缘云实现边缘计算,支持网络切片。在后5G和6G时代,5G核心网的云化、NFV化、边缘计算会更普遍。“从移动网的角度看,从3G到5G的演进,很明显的体现了整个网络的云化、虚拟化、软件化的趋势。”程伟强说。


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SDNLAB君 发表于22-04-16
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