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5G网络变革推手:SDN软件定义网络

2020-10-09 17:50云杰小编阅读:79

5G网络变革推手:SDN软件定义网络

SDN的起源:分布式还是集中式?

谈到SDN,业内人士必然会提及“转发、控制分离”。实际上,SDN的本质一语便可道破:SDN没有另起炉灶,只是重构了传统网络而已。

从互联网的鼻祖APRANET开始,传统网络就采用了分布式架构,通过一系列网络协议传递可达信息。一传十,十传百,从而实现互联互通。这种结构最显著特点就是转发、控制合二为一:各节点决定自己的转发规则;一旦有节点损坏或有新的节点加入,各节点通过网络协议重新学习、收敛,再次实现互通。

ARP:地址解析协议,通过IP地址获取主机MAC地址

OSPF:开放式最短路径优先,用于一个自治域内的一种基于链路状态的路由协议

RIP:路由信息协议,用于一个自治域内的一种基于距离矢量的路由协议

BGP:边界网关协议,用于不同自治域间交换路由信息

传统网络

这种“各自为政”的方式看似不错,既能抵御部分节点失效的风险,又具有一定的可扩展性。但是,随着互联网的飞速发展,尤其是云计算、大数据等新兴技术的出现,传统网络的瓶颈也逐渐显现,比如:每个节点自主决定转发规则,缺乏整体观念;制定新的网络协议耗时过长等。

为应对上述问题,一些公司从上世纪90年开始尝试将转发和控制进行分离。SDN一词的创立和风靡则归功于斯坦福大学的Nick McKeown教授,其推动的OpenFlow几乎已成为实际的南向接口标准。

SDN的网络架构分为三层,从下至上分别是转发面,控制面和应用层。控制面向下的接口为南向接口,负责配置、修改转发规则,其主流标准就是前文提及的OpenFlow。控制面向上为北向接口,为网络应用提供API,实现网络的定制化,目前尚没有开放的标准化接口。

SDN网络

SDN的现状:精耕细作还是遍地开花?

自从ONF (Open Networking Foundation,主要推进SDN和OpenFlow的标准化)于2011年成立以来,SDN基本上朝着两个维度发展:一个维度是SDN关键组件,包括转发面、控制面和南向接口的演进;另一个则是向其它应用领域的延伸。

转发面

由于是对传统网络的重构,转发面的最初形态自然与传统网络设备类似。随着数据中心和网络虚拟化的兴起,软件作为一种新的转发面开始出现,代表之一是开源社区的Open vSwitch。值得一提的是,与DPDK(由英特尔联合第三方软件开发公司推出的一款数据面开发套件)结合之后,Open vSwitch在某些应用场合展示了优异的线性交换能力,逼近硬件的性能,而软件在可重配可扩展方面的潜力却是硬件无法比肩的,具有非常广阔的应用前景。

控制面

作为SDN的中枢大脑,控制面根据网络运营商定义的策略配置网络拓扑和转发规则。比较著名的控制器有OpenDayLight(目前成熟度最高的开源平台)和ONOS(面向运营商领域,在集群、可靠性和性能方面做了增强)。

南向接口

南向接口的发展基本上呈现OpenFlow一枝独秀的局面。OpenFlow以流表作为配置对象,流表定义了对报文的基本处理,包括匹配(match)、计数(counter)和操作(action)等。高度抽象和易于实现是OpenFlow取得成功的关键 。

应用领域延展

在数据中心取得成功后,SDN开始被应用到其它领域。被5G网络架构采用是SDN发展史上的又一重要里程碑(虽然3GPP将会定义新的南向接口)。在4G/LTE设计之初,由于业务不丰富以及用户的数据需求不高,分组核心网被设计成以下架构。从接入网涌入的数据统一汇入服务网关(S-GW)和分组数据网关(P-GW)。

4G/LTE网络架构

随着VR/AR,无人驾驶,无人机集群等新应用和新服务不断涌现,用户对数据获取不仅在量(即带宽)上要求更高,在质(即时延)上也提出了明确的要求。LTE的这种架构已经明显阻碍了新应用和新服务被采用。为了应对这些挑战,3GPP遵循SDN“转发、控制分离”这一基本原则,在设计5G网络架构时做出重大改变:数据面下沉+控制面集中。

5G网络架构

在LTE时代,分组核心网关的数量屈指可数,而5G则会大量采用分布式网关(即上图中的UPF)。我们在软件交换机Open vSwitch的基础上,增加了无线分组数据(主要是GTP-U隧道)的封装、解封装、转发以及其它网关功能,完成了业界第一台支持5G分布式网关的SDN软件交换机,有望在流量导出与分流,移动边缘计算,高可靠、低时延通信等业务中得到广泛应用。


文章标题:《5G网络变革推手:SDN软件定义网络》

作  者:云杰小编。本文部分资料来源于网络,转载目的在于传递更多信息及学习参考:https://www.gdyunjie.cn/showinfo-112-3248-0.html

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