周光涛 郭爱鹏 唐雄燕

中国联通网络技术研究院 北京 100048

引言

“宽带中国”战略加快光纤宽带接入网建设和普及延伸，宽带互联网应用日益繁荣，用户对业务以及网络服务质量的要求不断提升，同时，宽带业务种类不断丰富，高清视频、在线游戏以及即时通信等不同的业务对网络质量提出较高的需求，以体验为主的“超宽带”网络运营时代已经到来。

面对着日益剧增的流量需求，运营商不断投入成本扩容，但宽带IP城域网作为宽带互联网业务的主要承载主体仍然无法从根本上解决流量拥塞以及质量保障的问题。如果只将网络单纯地做大做宽，形成透明管道，将不可避免地陷入更加严重的增量不增收的恶性循环境地。随着电信基础设施建设和运营市场的逐步开放，宽带网络运营的竞争更加激烈，迫切需要引入新的技术手段保障宽带网络的服务质量和持续发展，从而适应市场竞争带来的新的发展形势。

本文从新形势下宽带IP城域网面临的挑战出发，提出宽带IP城域网络需要从简单的连接型网络向智能的功能型网络演进，增强网络基础服务能力，通过引入SDN/NFV技术打造超宽带、高智能、简运维以及大开放的新型宽带IP城域网，有助于解决运营商宽带网络运营的不灵活、不智能、运维复杂、业务创新难、业务部署慢等难题。

1 宽带IP城域网面临的问题

典型的宽带IP城域网分成核心、汇聚以及接入三个层面，作为用户接入网络与核心骨干网络之间的桥梁，可以用来承载宽带、互联网专线、IDC、移动互联网和其他(如WLAN及网管)等不同的业务，典型的连接型IP城域网架构如图1所示。为应对互联网流量冲击，长期以来采用网络不断扩容和粗放式经营模式，通过网络轻载以及扁平化建网策略，针对各类互联网业务缺乏为不同用户/业务提供不同QoS 等级的差异化服务机制。

图1 典型的连接型IP城域网架构

随着互联网业务已经成为网络流量的主体，互联网业务从简单的网页浏览，不断丰富到高速下载、高清视频、在线游戏、电子商务、金融交易等各色各样，业务类型不断细分，不同业务对网络质量要求差异化明显，当前粗放式经营的宽带IP城域网发展面临如下问题。

1.1 宽带接入及终端侧的问题

现有固定宽带业务与宽带接入方式以及接入终端之间强耦合，不但导致新业务部署复杂，而且家庭网络组网复杂，导致故障率高。不同业务终端在家庭内部组网需求迫切，家庭网关已经成为IP城域网络的延伸以及家庭业务接入第一入口，现有桥接性网关已经无法满足智能化、开放化、虚拟化的需求。此外，FTTx海量的站点管理给网络建设和维护带来新的挑战，迫切希望实现宽带接入网络节点的可视、可管、可定位。

1.2 城域汇聚及业务控制侧的问题

为降低各类业务对网络设备的压力，城域网的业务路由存在多逻辑平面和多边缘部署方式，边缘设备主要根据地域用户覆盖采用分布式部署方式，各设备独立运行和维护，地址资源规划复杂，存在网络可靠性差、设备资源利用率低且不均衡、运维成本高等一系列问题。此外，边缘设备多为厂家封闭式系统，新业务上线慢，与业务系统对接复杂，支持新特性的设备软件版本开发周期长，新特性的部署周期长。

为满足网络智能化运营需求以及少数特殊业务承载需求，除了传统城域边缘设备以外，还增加了包括CGN、防火墙、DPI、CDN等不同的增值业务网络功能节点，这些设备功能和应用场景局限，部署分散、性能提升较慢，价格居高不下，对运营商而言性能价格比较低。

以粗放式网络带宽出租运营为主，导致网络建设与承载业务割裂，设备软硬件耦合度很高，网络能力封闭，业务升级速度慢，无法灵活有效提供宽带增值业务以及端到端的宽带管道精细化运营。

在中文语境下，美国研究的概念早就存在，它关注美国方方面面的研究，不是一个单一学科概念。外语专业的美国文学、政治学的美国政治、世界史的美国史、美国外交史、法学的美国法律、经济学的美国经济、艺术类专业的美国艺术等与美国有关的各种研究，都可纳入美国研究范畴。美国研究分属不同的学科，是一个非常宽泛的学科领域。

1.3 城域核心侧的问题

云计算、大数据业务的发展、互联网客户需求的增加等因素将拉动城域网流量增长。城域网核心路由设备一方面对接骨干网业务资源，另一方面对接本地IDC业务资源，主要存在城域网核心路由器(CR)出口流量不均衡，大流量突发现象频发，部分本地化流量绕转到外网IDC访问等问题，无法实现针对业务资源分布以及用户访问行为的智能流量调度策略。

综上，传统粗放型的宽带IP城域网已经不适宜具有丰富类型的互联网以及移动互联网的业务，无法满足不同的业务在使用业务时长、业务行为、业务质量以及用户体验等方面的差异化需求，缺乏对网络的资源动态调整能力。虽然宽带城域网架构在不断增加连接带宽的同时，引入DPI、CDN等新的增强技术元素支撑网络的智能化运营，但是对用户行为缺乏全面系统的分析以及不同功能缺乏联动机制，导致网络能力并没有被充分利用，造成不必要的资源浪费。除此之外，仅面向公众用户前向接入的传统的宽带运营模式，无法满足互联网服务商针对不同业务的差异化质量保障，也缺乏拓展新型商业模式的手段[1]。

2 基于SDN/NFV的宽带IP城域网架构

SDN(Software Defined Network，软件定义网络)的设计理念是将网络的控制平面与转发平面进行分离，逻辑上集中的控制层面能够支持网络资源的灵活调度，灵活的开放接口能够支持网络能力的按需调用，并实现可编程化控制。SDN不仅能够实现对包转发的灵活控制，而且能够使更多的网络控制和策略方便地加载在IP城域边缘控制网络之上，使网络具有更高的智能和灵活性。SDN技术为城域网边缘汇聚层的网络设备架构和组网架构提供了新的思路[2]，如控制与转发分离、虚拟化、能力开放、动态重构以及集中管控的技术特点，使得边缘网络设备从传统依赖于单台设备转发和控制能力提供接入服务，逐渐过渡到由多台边缘设备联合组网协同提供服务，解决了网络可靠性差、设备资源利用率低且不均衡、运维成本高等一系列问题。

NFV(Network Function Virtualization，网络功能虚拟化)技术理念是通过将目前网上种类繁多的通信设备的硬件统一，以降低成本，而将多业务网关、CGN、防火墙、DPI等设备网络的功能通过软件虚拟化到通用硬件平台上，从而提升网络的灵活性，解决当前增值业务网络功能扩展瓶颈、部署分散、能力不足、业务单一、业务升级速度慢以及成本高等一系列问题。

综上，SDN技术为网络集中管控和调度提供了基础，同时NFV技术为增值功能网关的虚拟化实现提供了保障，通过引入SDN和NFV等，宽带IP城域网具有更高计算能力和更标准灵活的硬件架构，设备能力与业务需求匹配，使得用户接入控制更加灵活扩展，网络流量调度更加高效准确，网络增值服务功能更加丰富多彩，这些都为智能化功能型IP城域网的架构实现提供了坚实的基础。新型宽带IP城域网逻辑功能架构模型如图2所示。

图2 新型宽带IP城域网逻辑功能架构模型

基于SDN/NFV的新型宽带IP城域网络具备以下几点特征。1)超宽带。以下一代互联网为基础的“超宽带”网络，支持高速的光纤接入，实现局所多业务大容量(大容量融合BNG)的边缘接入控制(大容量融合BNG)以及大容量的核心路由转发能力(100G/400G集群)。2)高智能。适应互联网业务体验保障的城域边缘“智能化”优化，匹配智能管道发展 ，增强网络能力，通过网络功能虚拟化(NFV)提供丰富的可扩展宽带服务能力，提升宽带价值[3]。3)简运维。 采用节点融合以及集中远程配置手段，用户相关的业务属性由集中化的网络控制平面(SDN)进行端对端的配置和管理，实现统一配置、业务开通和软件升级，进一步提高网络效率。4)大开放。引入网络协同和开放平台，实现对城域网各种资源以及网络能力的抽象和封装，为业务的开发提供开放的API接口，随着网络功能的丰富化，业务创新灵活性将极大地增加。

3 SDN/NFV在城域网的应用场景

基于SDN/NFV技术，宽带IP城域网络的发展模式正在由提供单一开放性业务承载向提供满足质量需求差异化的多业务承载方向发展，正在由粗放型向细分市场、可运营、可管理、多业务的经营方向发展，正在由资源匹配方式向资源优化利用和协同方式的方向发展，正在从垂直分散向水平集中的建设、运维和服务方向发展，正在从简单骨干网延伸连接服务向面向用户和业务的信息交换服务方向发展。基于SDN/NFV的宽带IP城域网演进无法一蹴而就，必须选择合适的场景逐步实施。

3.1 基于软件定义(SDN)的宽带智能提速

宽带智能提速是指按照用户以及业务的需要动态调整接入带宽的服务能力，主要包括动态的宽带策略控制功能以及网络能力开放功能，通过能力开放平台接收来自用户以及互联网业务提供商关于动态提速的请求，由策略控制平台动态生成匹配的配置策略下发到城域网设备中执行(见图3)。

图3 基于软件定义的宽带智能提速

3.2 基于SDN的城域流量优化调度

流量优化调度需要基于对业务、用户以及网络状况的深度感知及精确掌控基础上，对网络资源的统一管理和分析，形成整体性的流量调度策略，主要包括实现对地址资源的统一分配和管理、本地化智能缓存以及流量引导、传输和IP层链路资源协同分配及调整等内容。

在SDN的技术架构下，网络设备只负责单纯的数据转发，可以采用通用的硬件，由基于独立的网络操作系统的SDN控制器完成流量调度，不同资源的控制器可以通过协同控制平面进行联合执行。SDN控制器可以提供更灵活准确及动态的流量调度手段，基于流量特征的不同，动态调度不同的业务流走不同的路径，极大地提高网络资源使用效率，有效地减轻网络设备负载，增强网络可扩展性和灵活性。基于SDN的城域网流量调度架构如图4所示。

图4 基于SDN的城域网流量调度

3.3 基于SDN/NFV的Service chain服务

Service chain是将地址转换网关、防火墙、深度包检测、流量清洗以及病毒检测等各种宽带增值服务功能进行串接，可按照用户对功能选择的不同，依次进行流量处理。

通过NFV技术将各种网络功能在通用服务器群上进行虚拟化部署，并通过基于SDN控制的交换机进行承载，对于来自于不同用户或不同应用的流量，通过SDN控制器可以灵活动态地配置业务流所走的路径，有序进入不同的虚拟化功能服务实体中，并且依据网络状况和用户的选择动态以及灵活及时地作出反应，从而改变目前静态配置业务链或业务扩展性受限、网络节点的低效以及扩展性难题，极大丰富了宽带增值服务内容和方式。基于SDN的业务链实现架构如图5所示。

图5 基于SDN的业务链实现

4 结束语

SDN/NFV技术已经得到了业界的广泛关注和认可，将会成为未来网络演进过程中的重要元素，同时，SDN/NFV也作为一种新的网络技术和架构，被引入到宽带IP城域网中将有效促进宽带运营向新的业务模式演进，能够实现更高效的部署、更便利的维护、更快速的灵活满足业务变更需求和动态的资源调整。随着后续宽带应用场景的不断丰富以及关键问题的逐步解决，将以新技术、新网络以及新模式打造全新的运营网络。

参考文献

[1]周光涛,霍龙社,甘震,等.面向智能管道的网络能力开放探讨[J].信息通信技术,2012,6(2):43-47

[2]郭爱鹏,周光涛,夏俊杰,等.基于SDN的边缘网络控制技术及应用[J].邮电设计技术,2014(3):35-39

[3]唐雄燕,周光涛,朱鹏.基于软件定义的弹性智能边缘网络[J].中兴通讯技术,2013,19(5):32-38