5G设备要学的普通话:SDN

作者:国泰君安通信团队 

来源:国泰君安证券研究

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SDN是什么?

概括来说,SDN并不是一个具体的技术和协议,而是一种思想、一个框架。

狭义的SDN指“软件定义网络”,广义的SDN还延伸出了:软件定义安全、软件定义存储等。

可以说,SDN是一个浪潮,将席卷整个ICT产业。

在传统的电信网络中,用户将自己的需求传达给网络服务提供商,网络服务提供商再将这些需求分别传递给各个网络设备。

在网络设备内部,控制功能和转发功能是在一起的,每个硬件都有其对应的软件系统。相当于每个网络设备中的控制和转发之间,是在使用“方言”进行交流。

而在新型的SDN网络中,多出了一个SDN(Software Defined Network)控制器,代替了原来网络设备中的控制功能。

网络服务提供商把需求传达给SDN控制器,由SDN控制器进行统一管理,实现了集中控制,从而降低了网络维护难度,缩短了网络部署周期,节省了运维成本。

此外,该种新型网络还实现了控制和转发功能分离,各个硬件厂家不能再针对每个硬件设计和安装对应的软件系统,使得硬件可以通用化。

也就是说,SDN技术广泛应用之后,未来的硬件将开始使用“普通话”交流,打破了厂商的垄断,降低了设备成本。

———— 以下是专业术语的警告线————

软件定义网络(SDN, Software Defined Network)是一种控制面集中、控制与转发分离、并直接可编程的网络架构

SDN网络架构包含三层:

  • 由上层用户与网络服务提供商促成的编排层(上层应用)

  • SDN控制器组成的控制层和网络设备所在的转发层(基础设施层)

  • SDN控制器到达上层应用通过开放北向接口,到达基础设施层通过开放南向接口。

传统电信网络与SDN网络的区别

开放创新是SDN的关键

数据来源:3GPP,5G白皮书,国泰君安证券研究

简单来说,(可能也没有那么简单)就是把现在复杂的传统网络设备全部对上层应用不可见。上层管理层,只需要像配置软件程序一样,对网络进行简单的部署,就能够让网络实现所需要的功能。不再需要和以前一样,一个一个去配置网络上所有节点的网络设备。

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SDN的过去、现在与将来

SDN是一项起源于美国斯坦福大学实验室的研究项目技术。

该项目试图通过一个集中式的控制器,让网络管理员可以方便地定义基于网络流的安全控制策略,并将这些安全策略应用到各种网络设备中,进而实现对整个网络通信的安全控制。

随后,SDN的价值得到了全球与之相关的标准化及开源组织的高度重视,开源软件快速发展,与标准相辅相成,推动产业发展。

  • 首先是编排层,根据需求定制应用,开放网络资源,实现业务协同及跨领域的资源调度。

  • 其次是控制层,对底层网络的抽象及管控,整体调度。

  • 最后是转发层,最基础的转发、性能监控、及标准管控接口。

SDN发展历程

内外因促快速发展

数据来源:3GPP,Wind,国泰君安证券研究

目前,互联网巨头Google已率先面向SDN转型,将SDN作为长期战略,有目标、分场景、分步骤、渐进化推进内部网络SDN化。

Google已在多场景实现SDN商用部署,完成端到端方案,获得可观的商业利润。

2013年,数据中心间网络SDN(B4)部署完成:

利用SDN控制器计算最优路径,提高WAN网络链路利用率,由30%-40%提高到100%,大大降低建设成本。

2017年,开放互联网SDN(Espresso)部署完成:

利用SDN实现端到端广域网方案,提升普通用户访问体验等。

在中国,中国移动成为SDN的尝鲜者。

中国移动SDN方案分为Overlay(层叠网)方案和Underlay(底层网络)方案两种。

中国移动SDN两大方案各有优劣

数据来源:中国移动技术资料

Overlay方案面向业务优化。中间网络穿通,控制器管理末端网络设备,无需改造大网,部署时间短;由业务驱动,能够灵活高效响应业务需求;但是没有第三方公司差异化竞争,不能体现核心价值。

Underlay方案面向网络能力提升。控制器管理端到端全网设备,需要整网改造,规模效应明显,涉及资源众多,改造周期长;由运营商网络能力驱动,可以降低运营运维成本,还可以体现核心价值,可形成运营商核心竞争力。

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SDN 怎么用?

SDN主要应用场景分为数据中心和广域网。

中国移动从2012年起分场景、分步骤进行SDN应用探索。从数据中心到广域网场景,从近期overlay方案到远期underlay方案逐步进行切入。

SDN应用场景分为

数据中心和广域网

数据来源:中国移动技术资料

现如今,数据中心面临多方面的挑战。

首先,数据中心规模化显著,据统计,未来五年全国数据中心市场将保持超过20%的增长,预计经营性数据中心机柜总数在50万个以上,为1000万台服务器提供服务。

其次,数据中心组网复杂,受传统二层网络4K VLAN限制,如果实现租户之间的隔离,租户规模受限,大多数厂商增强二层方式只支持两台核心交换机,而且采用私有实现方式,数据中心网络规模受限。

数据中心业务对现有的网络能力提出了新的挑战,需要实现网络资源虚拟化和开放网络能力,以实现外部调用。

SDN数据中心为多租户提供虚拟、隔离、可扩展、自管理的网络服务,在网络部署灵活性增强的基础上,提高了网络资源利用率,实现数据中心网络资源真正的池化。

虚拟的网络是指租户按需申请虚拟网络资源,构成虚拟私有云,开通时间仅需几分钟;

隔离的网络是指租户间网络互不可见,租户可任意定义IP网段、负载均衡策略、防火墙策略等;

扩展的网络是指资源按需使用、按需扩容,通过SDN DCI或VPN(虚拟专用网络)等方式可以实现数据中心互联;

自管理的网络是指虚拟网络提供流量可视化能力,租户可以自己对虚拟网络进行管理监控和配置。

相比传统数据中心,SDN数据中心具备开通周期短配置规范性强易于运维操作三大优势。

云数据中心业务开通流程效率大幅提升

数据来源:中国移动技术资料

SDN在广域网方面的应用场景主要分为两大类:

1. IP方面的应用场景,包含IP承载网(SDN WAN)、企业带宽随选(E-BoD)和转控分离Vbras: 

2. 传输网方面的应用场景,包含分组传送网SPTN、光传送网SOTN、光接入网Volt和切片分组网SPN。

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SDN,5G必备

总结一下,SDN是一种全新网络设计理念,或者说是一种推倒重来的设计思想,主要有四大特性:

  • 转发设备通用化、白盒化;

  • 控制和转发分离;

  • 统一控制器实现跨厂商管控;

  • 接口标准化、开放可编程。

这些开放且创新的技术可实现全局视角网络资源灵活调度以及新业务快速部署,能简化运维、提高网络资源利用率。

SDN的创新特点决定了它的应用价值。云互联、云专线等业务对承载网提出低时延、高带宽、自动化、云网协同、智能管控等更高的要求;同时,5G将成为数据中心行业发展的主要驱动力,数据中心规模会急剧上升,目前SDN已在数据中心和广域网的应用上取得了显著成效。

5G时代大视频、高带宽行业应用、物联网等业务的发展,导致网络流量突增,流向变化、时延敏感、成本要求苛刻,如果仍用旧的通信网络架构,则很难满足各行各业丰富多样的业务需求。

SDN由于其自身的特点,使通信网络更加灵活、智能、开放,还可以简化网络配置,节省运维成本。

可以说,在5G时代,SDN是一项必不可少的技术,市场空间巨大。

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