王歆平 ，王 茜 ，劉恩慧 ，馬亦然 ，林程勇 ，史 凡

(1.華為技術(shù)有限公司北京研究所 北京 100095；2.中國(guó)電信集團(tuán)公司 北京 100032；3.中國(guó)電信股份有限公司北京研究院 北京 100035）

1 引言

智能型通信網(wǎng)絡(luò)[1]是指客戶感知良好、運(yùn)營(yíng)管理方便、業(yè)務(wù)開(kāi)通靈活的智能增強(qiáng)型網(wǎng)絡(luò)，提供用戶高速協(xié)同接入、需求感知分析、資源自助指配、質(zhì)量按需保障的差異化服務(wù)。隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和用戶需求的不斷變化，網(wǎng)絡(luò)正在由傳統(tǒng)粗放型“啞管道”向精細(xì)化“智能管道”轉(zhuǎn)型?；诳刂妻D(zhuǎn)發(fā)分離和開(kāi)放可編程理念的SDN[2]新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷成熟，用于滿足智能管道“按需發(fā)放”、“流量?jī)?yōu)化”、“感知”、“開(kāi)放”、“協(xié)同”的需求[3]，比傳統(tǒng)方法更具優(yōu)勢(shì)。SDN控制器集中擁有全網(wǎng)視角的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌琒DN流控算法按需計(jì)算流路徑、管理調(diào)度流量，可以滿足流量?jī)?yōu)化的需求；SDN控制器的集中拓?fù)浜烷_(kāi)放北向接口，便于用戶按需實(shí)時(shí)定制業(yè)務(wù)，可以滿足按需發(fā)放的需求；通過(guò)OpenFlow（OF）等控制通道協(xié)議，轉(zhuǎn)發(fā)面將網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、流量實(shí)時(shí)上報(bào)到控制器進(jìn)行流量分析，可以滿足感知的需求；SDN控制器開(kāi)放北向可編程接口，便于第三方應(yīng)用的快速生成，可以滿足開(kāi)放的需求；SDN集中控制面之后，便于不同區(qū)域網(wǎng)絡(luò)間的協(xié)同，可以滿足協(xié)同的需求。

本文在基于SDN的下一代高智能網(wǎng)絡(luò)（S-NICE）的總體架構(gòu)研究的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)分析設(shè)計(jì)了基于SDN技術(shù)的按需智能路由系統(tǒng)，通過(guò)關(guān)鍵技術(shù)的研究和原型系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不僅探索了如何實(shí)時(shí)、自助、按需定制地為VIP用戶或應(yīng)用開(kāi)展智能路由服務(wù)，而且也探索了如何平滑地從傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)向SDN過(guò)渡，為將SDN技術(shù)應(yīng)用到運(yùn)營(yíng)商智能管道網(wǎng)絡(luò)中做出了有價(jià)值的研究和范例。

2 基于SDN的下一代高智能網(wǎng)絡(luò)方案

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

基于SDN的下一代高智能網(wǎng)絡(luò)（如圖1所示）分為承載控制層和承載層。承載控制層向上層應(yīng)用提供滿足業(yè)務(wù)需求并與承載層能力相匹配的管理控制能力，提供基于感知分析的SDN控制和策略控制。承載層滿足各類(lèi)用戶和終端的靈活接入、各類(lèi)應(yīng)用的按需路由優(yōu)化和策略執(zhí)行，并具備應(yīng)用可感知、用戶可區(qū)分、路由可優(yōu)化的新型轉(zhuǎn)發(fā)體系。

圖1 下一代高智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型

從實(shí)現(xiàn)的角度，下一代高智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由5個(gè)系統(tǒng)組成:能力開(kāi)放系統(tǒng)、高智能引擎系統(tǒng)、軟件定義的智能承載系統(tǒng)、智能邊緣接入系統(tǒng)、高智能運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)。

·能力開(kāi)放系統(tǒng):為上層應(yīng)用提供統(tǒng)一的開(kāi)放接口，支持智能型網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)能力的調(diào)用，也支持對(duì)智能承載、智能邊緣接入系統(tǒng)中資源、路徑、服務(wù)等能力的靈活調(diào)用和管理。

·高智能引擎系統(tǒng):面向感知的高智能引擎系統(tǒng)具體包括感知分析系統(tǒng)、SDN控制和策略控制等子系統(tǒng)。通過(guò)對(duì)承載層各層面信息的統(tǒng)計(jì)分析，針對(duì)不同的用戶和應(yīng)用需求，設(shè)置相應(yīng)的資源調(diào)用策略或者應(yīng)用路由。通過(guò)SDN控制和策略控制功能，選擇適合不同應(yīng)用流量模型的路由、存儲(chǔ)或處理資源，保障業(yè)務(wù)承載的質(zhì)量并提升承載網(wǎng)絡(luò)的傳送效率。

·軟件定義的智能承載系統(tǒng):是新型的基于SDN路由開(kāi)放技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)虛擬化的新型路由系統(tǒng)，支持對(duì)承載網(wǎng)的傳送路由資源的虛擬抽象信息提供，支持與高智能引擎系統(tǒng)協(xié)同的可編程、可擴(kuò)展的應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)能力。

·智能邊緣接入系統(tǒng):支持用戶和應(yīng)用接入信息的感知采集、海量終端的無(wú)縫接入、IPv6過(guò)渡技術(shù)等，為構(gòu)建端到端的下一代高智能網(wǎng)絡(luò)提供用戶可識(shí)別、應(yīng)用可區(qū)分、跨網(wǎng)協(xié)同的智能邊緣控制能力。

·高智能運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng):支持與SDN控制和策略控制相關(guān)的針對(duì)用戶和應(yīng)用的認(rèn)證鑒權(quán)、計(jì)費(fèi)賬務(wù)、審計(jì)管理、業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)管理等功能。

2.2 按需智能路由系統(tǒng)特征

基于下一代高智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模型，按需智能路由系統(tǒng)由SDN控制器和智能承載設(shè)備構(gòu)成（如圖1所示）。按需智能路由系統(tǒng)用SDN技術(shù)為VIP用戶或應(yīng)用按需定制、自動(dòng)實(shí)時(shí)提供有質(zhì)量保證的流轉(zhuǎn)發(fā)路徑，既可以實(shí)現(xiàn)管道的按需貨幣化，也可以提升VIP用戶的應(yīng)用體驗(yàn)，滿足精細(xì)化運(yùn)營(yíng)管道的智能管道需求。

按需智能路由系統(tǒng)特征如圖2所示，在按需智能路由服務(wù)中，80%的普通用戶報(bào)文通過(guò)傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)，而20%的VIP用戶，根據(jù)自己的需要，付費(fèi)定制高質(zhì)量的服務(wù)，享用優(yōu)質(zhì)QoS保證的OpenFlow(OF)流轉(zhuǎn)發(fā)路徑；SDN控制器上的流控算法按需為VIP付費(fèi)用戶計(jì)算定制路徑，可以支持粗或細(xì)粒度、靜態(tài)或動(dòng)態(tài)VIP流量識(shí)別和NaaS定制路由服務(wù)；當(dāng)SDN控制器出現(xiàn)故障時(shí)，不影響傳統(tǒng)普通業(yè)務(wù)的IP轉(zhuǎn)發(fā)，已經(jīng)定制了按需定制路由服務(wù)的VIP用戶，依舊享有轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備上已經(jīng)建立好的精細(xì)化流轉(zhuǎn)發(fā)路徑，而新的VIP用戶也通過(guò)傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)，不影響現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用。

3 按需智能路由系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

如圖3所示，按需智能路由服務(wù)是一個(gè)端到端的業(yè)務(wù)方案，為了實(shí)現(xiàn)該業(yè)務(wù)功能，對(duì)SDN控制器和轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備提出了許多新的能力需求。SDN控制器需要支持開(kāi)放可編程的北向接口（northbound interface，NBI）、流路徑計(jì)算、拓?fù)涫占DN域邊界節(jié)點(diǎn)識(shí)別、按需鏡像流機(jī)制和4～7層按需鏡像流機(jī)制等關(guān)鍵技術(shù)，而且轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備需要既支持傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)，又支持OF流轉(zhuǎn)發(fā)。

圖2 按需智能路由系統(tǒng)特征

圖3 按需智能路由系統(tǒng)架構(gòu)和處理流程

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）SDN 控制器

SDN控制器平臺(tái)提供OF的各項(xiàng)基礎(chǔ)通信和管理功能，目前業(yè)內(nèi)有很多開(kāi)源的SDN控制器平臺(tái)，如Floodlight[4]、POX[5]、NOX[6]、ODL[7]等，本原 型使用了一款華為控制器平臺(tái)，基于通用服務(wù)器平臺(tái)、C語(yǔ)言和Linux OS開(kāi)發(fā)。如圖4所示，NICE組件是實(shí)現(xiàn)按需智能路由服務(wù)各項(xiàng)特定功能的關(guān)鍵組件，它作為一個(gè)應(yīng)用組件可以集成在任一款SDN控制器平臺(tái)上。

圖4展示了NICE組件接口和內(nèi)部功能模塊。組件接口包括北向接口 （傳遞定制參數(shù) API）、OF-packet-in/out接口（用于傳遞packet-in或packet-out消息）、流表接口（用于下發(fā)鏡像流表和轉(zhuǎn)發(fā)流表）、拓?fù)浣涌冢ㄓ糜讷@取SDN域網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌┮约芭c增值業(yè)務(wù)組件之間的接口（用于和增值業(yè)務(wù)組件通信，按照定制需求，實(shí)現(xiàn)增值業(yè)務(wù)功能）。NICE組件的功能模塊主要包括邊界識(shí)別、策略管理、應(yīng)用感知、流管理&流表計(jì)算、流路徑計(jì)算模塊。邊界識(shí)別模塊根據(jù)packet-in消息中攜帶的in/out接口信息和接口屬性信息（內(nèi)外聯(lián)、上下行信息），確定SDN邊界節(jié)點(diǎn)，并保存到流管理表中；策略管理模塊管理從北向接口接收到的策略參數(shù)，完成策略組合識(shí)別、策略仲裁，并保存流策略到流管理表中；流管理&流表計(jì)算模塊管理、維護(hù)流管理表，向流路徑計(jì)算模塊請(qǐng)求路徑計(jì)算，根據(jù)路徑和策略計(jì)算流表、流表下發(fā)；流路徑計(jì)算模塊根據(jù)拓?fù)洌褂肧DN路徑計(jì)算算法，計(jì)算有質(zhì)量保證的流轉(zhuǎn)發(fā)路徑；應(yīng)用類(lèi)型感知模塊對(duì)上送到控制器的流，進(jìn)行深度感知分析，實(shí)現(xiàn)針對(duì)符合要求的特定應(yīng)用，進(jìn)行流轉(zhuǎn)發(fā)流路徑的計(jì)算。

圖4 NICE組件架構(gòu)

（2）北向接口設(shè)計(jì)

北向接口基于標(biāo)準(zhǔn)的RESTful接口和規(guī)范，根據(jù)按需智能路由業(yè)務(wù)的需求，定義了可編程的API參數(shù)和XML消息類(lèi)型格式。

北向接口包括兩類(lèi)參數(shù):標(biāo)識(shí)參數(shù)和策略參數(shù)。其中標(biāo)識(shí)參數(shù)可以包括流量標(biāo)識(shí)和應(yīng)用感知類(lèi)型標(biāo)識(shí)，流量標(biāo)識(shí)用來(lái)標(biāo)識(shí)一條流，可以是1～5元組（源IP地址、目的IP地址、協(xié)議號(hào)、源端口號(hào)、目的端口號(hào)）；應(yīng)用類(lèi)型標(biāo)識(shí)用于標(biāo)識(shí)承載在一條流里的一個(gè)4～7層的應(yīng)用類(lèi)型，例如HD video、P2P、VoIP等。而策略參數(shù)是提供給SDN流路徑算法按需計(jì)算流轉(zhuǎn)發(fā)路徑用的，可以包括帶寬（如2 Mbit/s、4 Mbit/s、8 Mbit/s、10 Mbit/s）、QoS 等級(jí)（如金、銀、銅）、低時(shí)延等級(jí)（如普通、高級(jí)）、無(wú)擁塞等級(jí)（如普通、高級(jí)）、增值業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)（如URL過(guò)濾、流量分析）。

XML消息格式被設(shè)計(jì)用于發(fā)起業(yè)務(wù)控制、封裝和參數(shù)傳遞。設(shè)計(jì)了4類(lèi)基本的消息接口:業(yè)務(wù)創(chuàng)建、刪除、變更消息接口和SDN控制器能力上報(bào)消息接口。其中，業(yè)務(wù)創(chuàng)建消息接口用于實(shí)時(shí)創(chuàng)建VIP按需定制服務(wù)，包括業(yè)務(wù)創(chuàng)建消息和創(chuàng)建應(yīng)答消息；業(yè)務(wù)刪除消息接口用于實(shí)時(shí)刪除VIP按需定制服務(wù)，包括業(yè)務(wù)刪除消息和刪除應(yīng)答消息；業(yè)務(wù)變更消息接口用于實(shí)時(shí)變更VIP按需定制服務(wù)，包括業(yè)務(wù)變更消息和變更應(yīng)答消息；如SDN控制器能力上報(bào)接口用于將SDN的能力上報(bào)給編排設(shè)備Orchestrator，包括上報(bào)消息和上報(bào)應(yīng)答消息。此外，根據(jù)需要，也可以定義其他的附加消息接口。

（3）OF-hybrid 混合轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備

轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備采用OF-hybrid路由器，基于華為NE40E平臺(tái)開(kāi)發(fā)，可以同時(shí)支持傳統(tǒng)路由轉(zhuǎn)發(fā)和OF流轉(zhuǎn)發(fā)。在轉(zhuǎn)發(fā)面，通過(guò)配置使能OF流水線（pipeline）轉(zhuǎn)發(fā)功能。當(dāng)未使能該功能時(shí)，路由器只是一臺(tái)普通的傳統(tǒng)路由器。OF-hybrid混合轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的端口屬性分為兩類(lèi):SDN外連端口（SDN-ExtPort）和 SDN 內(nèi)連端口（SDN-IntPort）。如圖 3 所示，SDN外連端口用小圓圈表示，代表通過(guò)該端口可以與傳統(tǒng)路由器相連；SDN內(nèi)連端口用小方塊表示，代表通過(guò)該端口可以實(shí)現(xiàn)SDN域內(nèi)各轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間的互連。接口屬性可以通過(guò)配置預(yù)先指定。

當(dāng)數(shù)據(jù)流到達(dá)OF-hybrid設(shè)備時(shí)，將首先觸發(fā)流表查找，如果未匹配，則會(huì)有3種miss-table動(dòng)作處理:上送SDN控制器、IP轉(zhuǎn)發(fā)或者丟棄。需要預(yù)先在SDN外連端口和SDN內(nèi)連端口上配置miss-table動(dòng)作為IP轉(zhuǎn)發(fā)。

3.2 關(guān)鍵技術(shù)

本節(jié)重點(diǎn)介紹實(shí)現(xiàn)按需智能路由服務(wù)所需的關(guān)鍵技術(shù)，SDN/OpenFlow規(guī)范的基礎(chǔ)通用功能此處不再贅述。

（1）integrated OF-hybrid 混合轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

integrated OF-hybrid混合轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)是OF-hybrid路由器的核心機(jī)制，通過(guò)配置使能OpenFlow流水線功能，從而激活路由器，同時(shí)既支持傳統(tǒng)路由轉(zhuǎn)發(fā)，又支持OpenFlow流轉(zhuǎn)發(fā)。如圖5所示，當(dāng)使能OpenFlow轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，報(bào)文進(jìn)入路由器后，先進(jìn)行OpenFlow流表的匹配查找，如果匹配，則先進(jìn)行OpenFLow的流表處理，再進(jìn)入傳統(tǒng)流水線查表轉(zhuǎn)發(fā)，如果未匹配，則進(jìn)行table-miss動(dòng)作:上送控制器、繼續(xù)IP轉(zhuǎn)發(fā)或者丟棄處理。但是如果未使能OpenFlow轉(zhuǎn)發(fā)，報(bào)文進(jìn)入路由器后，直接進(jìn)入傳統(tǒng)流水線完成轉(zhuǎn)發(fā)。

圖5 integrated OF-hybrid混合轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)

（2）流轉(zhuǎn)發(fā)路徑計(jì)算

SDN流路徑計(jì)算功能是流量調(diào)度的核心，根據(jù)用戶的定制需求，基于SDN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，?jì)算一條從SDN域入口到出口節(jié)點(diǎn)的流路徑。為了實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能，要求滿足以下條件:流路徑計(jì)算算法、SDN網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、SDN域入出邊界節(jié)點(diǎn)和用戶流量調(diào)度策略參數(shù)。流路徑算法可以使用CSPF（constrained shortest path first）來(lái)計(jì)算一條符合約束條件的流路徑。用戶流量調(diào)度策略也就是用戶定制參數(shù)，能夠通過(guò)北向接口獲取。

因?yàn)閕ntegrated OF-hybrid轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備同時(shí)支持OpenFlow協(xié)議和傳統(tǒng)的IGP（如OSPF），可以有兩種方法收集SDN域網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?。一種是通過(guò)ONS規(guī)范的改進(jìn)LLDP（link layer discovery protocol）實(shí)現(xiàn)拓?fù)涫占?；另一種方法是充分利用傳統(tǒng)OSPF收集拓?fù)?，然后鏡像到SDN控制器上。

（3）按需鏡像流表機(jī)制

為了識(shí)別SDN域邊界節(jié)點(diǎn)，需要發(fā)送用戶流量到SDN控制器，但是這將給OpenFlow控制通道造成很大的負(fù)載壓力，給控制器造成很大的性能處理壓力。為了解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)了按需鏡像流表機(jī)制。鏡像流表是指查找流表匹配后，動(dòng)作是mirror的流表。動(dòng)作mirror意味著這條匹配流不但繼續(xù)進(jìn)行傳統(tǒng)的IP轉(zhuǎn)發(fā)，同時(shí)將被復(fù)制一份發(fā)送到SDN控制器。

從北向接口收到標(biāo)識(shí)參數(shù)后，SDN控制器將發(fā)送鏡像流表到所有的SDN邊界節(jié)點(diǎn)。如果一條數(shù)據(jù)流匹配了鏡像流表，它將被發(fā)送到SDN控制器。

此外，如果鏡像流表長(zhǎng)期不被使用，能夠通過(guò)老化機(jī)制，定期自動(dòng)刪除。

（4）SDN邊界節(jié)點(diǎn)識(shí)別技術(shù)

當(dāng)一條用戶數(shù)據(jù)流穿過(guò)SDN時(shí)，它首先到達(dá)SDN的邊界入口節(jié)點(diǎn)的SDN外連端口，觸發(fā)查找流表，此時(shí)如果存在鏡像流表，OF-Hybrid設(shè)備除了繼續(xù)IP轉(zhuǎn)發(fā)該條數(shù)據(jù)流，還要復(fù)制一份，用OpenFlow packet-in消息封裝后發(fā)送到控制器。SDN控制器收到后，根據(jù)packet-in消息中攜帶的端口號(hào)和上行屬性信息，斷定該節(jié)點(diǎn)是這條流在SDN域的邊界入口節(jié)點(diǎn)。

此外，該數(shù)據(jù)流通過(guò)SDN域的內(nèi)部中間節(jié)點(diǎn)繼續(xù)IP轉(zhuǎn)發(fā)，因?yàn)镾DN內(nèi)連端口被配置為miss-table動(dòng)作為IP轉(zhuǎn)發(fā)，而且此時(shí)中間節(jié)點(diǎn)還沒(méi)有OpenFlow流表，所以查表后進(jìn)行table-miss動(dòng)作，繼續(xù)IP轉(zhuǎn)發(fā)。

最后，該數(shù)據(jù)流到達(dá)SDN域邊界出口節(jié)點(diǎn)，SDN外連端口觸發(fā)查找流表，此時(shí)如果存在鏡像流表，OF-hybrid設(shè)備除了繼續(xù)IP轉(zhuǎn)發(fā)該條數(shù)據(jù)流，還要復(fù)制一份，用OpenFlow packet-in消息封裝后發(fā)送到控制器。SDN控制器收到后，根據(jù)packet-in消息中攜帶的端口號(hào)和下行屬性信息，斷定該節(jié)點(diǎn)是這條流在SDN域的邊界出口節(jié)點(diǎn)。

至此，得到了該條流在SDN域的邊界入口節(jié)點(diǎn)和出口節(jié)點(diǎn)。

（5）應(yīng)用類(lèi)型識(shí)別技術(shù)

為了給承載在一條流中的某一個(gè)4～7層應(yīng)用提供高質(zhì)量的流轉(zhuǎn)發(fā)路徑服務(wù)，需要在SDN控制器上進(jìn)行應(yīng)用感知識(shí)別，這個(gè)功能可以用現(xiàn)有的DPI(deep packet identification)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用類(lèi)型識(shí)別功能是一個(gè)高級(jí)功能，通過(guò)北向接口發(fā)來(lái)的應(yīng)用感知類(lèi)型標(biāo)識(shí)參數(shù)來(lái)使能，如果該參數(shù)為有效值，則使能應(yīng)用感知功能，如果為無(wú)效值，則不使能。

3.3 系統(tǒng)處理流程及優(yōu)勢(shì)

根據(jù)圖3，典型按需智能路由服務(wù)的處理流程設(shè)計(jì)為以下幾個(gè)步驟。

（1）VIP個(gè)人用戶根據(jù)自己的需求，通過(guò)傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)路徑，提交定制路由服務(wù)申請(qǐng)到OTT（over the top）的應(yīng)用服務(wù)器。定制參數(shù)可以是用戶業(yè)務(wù)流的流量標(biāo)識(shí)參數(shù)和策略參數(shù)，其中流量標(biāo)識(shí)參數(shù)可以是五元組標(biāo)識(shí)、需要感知的4～7層應(yīng)用類(lèi)型標(biāo)識(shí)等，策略參數(shù)可以是帶寬、QoS等級(jí)、低時(shí)延等級(jí)、無(wú)擁塞等級(jí)、增值業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)ID等。收到用戶定制請(qǐng)求后，OTT服務(wù)器向編排設(shè)備Orchestrator繼續(xù)發(fā)送用戶定制路由服務(wù)請(qǐng)求，Orchestrator收到請(qǐng)求后，根據(jù)北向接口規(guī)范封裝定制參數(shù)，并發(fā)送給SDN控制器。

（2）SDN控制器通過(guò)北向API收到定制路由服務(wù)的流量標(biāo)識(shí)和策略參數(shù)后，向所有SDN域的邊界節(jié)點(diǎn)下發(fā)該用戶業(yè)務(wù)流的鏡像流表。

（3）用戶業(yè)務(wù)流經(jīng)過(guò)SDN域入、出邊界integrated OF-hybrid轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)時(shí)，查鏡像流表，上送到SDN控制器，SDN控制器識(shí)別出入口邊界節(jié)點(diǎn)和出口邊界節(jié)點(diǎn)。

（4）SDN控制器根據(jù)識(shí)別出的入口邊界節(jié)點(diǎn)和出口邊界節(jié)點(diǎn)以及北向API發(fā)來(lái)的策略參數(shù)信息，使用路徑算法，為該VIP用戶計(jì)算符合需求的高質(zhì)量保證的路徑和轉(zhuǎn)發(fā)流表，并將轉(zhuǎn)發(fā)流表通過(guò)OpenFlow控制通道分別下發(fā)到該路徑上相應(yīng)的各個(gè)integrated OF-hybrid轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)上。

（5）VIP用戶通過(guò)按需付費(fèi)，享受定制的、高質(zhì)量保證的流轉(zhuǎn)發(fā)路徑服務(wù)，提高了使用體驗(yàn)。

更進(jìn)一步，如果定制業(yè)務(wù)需要做應(yīng)用感知，即從北向接口發(fā)來(lái)的定制參數(shù)中，應(yīng)用感知類(lèi)型標(biāo)識(shí)參數(shù)被設(shè)置為有效值，則在業(yè)務(wù)處理流程的步驟（3）中，收到鏡像數(shù)據(jù)流后，SDN控制器需要首先進(jìn)行4～7層的應(yīng)用類(lèi)型識(shí)別，如果識(shí)別出的應(yīng)用類(lèi)型與應(yīng)用感知類(lèi)型標(biāo)識(shí)的應(yīng)用類(lèi)型相同，則SDN控制器繼續(xù)識(shí)別入口邊界節(jié)點(diǎn)和出口邊界節(jié)點(diǎn)。

按需智能路由系統(tǒng)具有5個(gè)特點(diǎn):平滑可靠的SDN過(guò)渡、按需服務(wù)、精細(xì)化流轉(zhuǎn)發(fā)、流量可調(diào)控、節(jié)約資源。平滑可靠的SDN過(guò)渡是指可以從傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)到SDN，這得益于integrated OF-hybrid設(shè)備同時(shí)支持IP轉(zhuǎn)發(fā)和OF流轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)控制器出現(xiàn)故障時(shí)，不影響傳統(tǒng)普通業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)；按需服務(wù)是指可以根據(jù)VIP用戶或VIP業(yè)務(wù)不同的策略需求，提供高質(zhì)量、精細(xì)化流轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)；精細(xì)化流轉(zhuǎn)發(fā)是指可以支持高質(zhì)量保證的流轉(zhuǎn)發(fā)；流量可調(diào)控是指SDN控制器自動(dòng)識(shí)別SDN邊界節(jié)點(diǎn)，SDN流控算法按需計(jì)算流轉(zhuǎn)發(fā)路徑，進(jìn)行流量控制；節(jié)約資源是指按需鏡像相比傳統(tǒng)首分組識(shí)別方案，大幅減少控制器與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間控制通道的壓力以及控制器的處理壓力。

4 系統(tǒng)驗(yàn)證和應(yīng)用場(chǎng)景

4.1 實(shí)驗(yàn)部署和驗(yàn)證

按需智能路由系統(tǒng)已經(jīng)在華為實(shí)驗(yàn)室 （如圖6所示）和中國(guó)電信江蘇省無(wú)錫市試驗(yàn)網(wǎng)進(jìn)行了部署和驗(yàn)證，主要測(cè)試和驗(yàn)證內(nèi)容如下。

（1）通過(guò) OpenFlow 1.3協(xié)議[8]，基于 SDN控制器控制的NICE-SRS系統(tǒng)能夠成功建立，控制器和轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備正常通信。

（2）SDN北向接口通信成功，通過(guò)此接口，成功實(shí)現(xiàn)S-NICE按需智能路由服務(wù)的建立、刪除和修改。

（3）SDN控制器能夠?qū)崟r(shí)根據(jù)用戶定制參數(shù)，成功計(jì)算有高質(zhì)量保證的流轉(zhuǎn)發(fā)路徑，提升用戶的使用體驗(yàn)。

（4）當(dāng)SDN控制器發(fā)生故障時(shí)，傳統(tǒng)IP業(yè)務(wù)不受影響，正常工作；先前申請(qǐng)了S-NICE按需智能路由服務(wù)的用戶依然享有高質(zhì)量保證的流轉(zhuǎn)發(fā)路徑服務(wù)。只有后續(xù)新的用戶不能使用S-NICE按需智能路由服務(wù)。

（5）可以同時(shí)支持IPv4和IPv6業(yè)務(wù)的OpenFlow流轉(zhuǎn)發(fā)。

4.2 應(yīng)用場(chǎng)景設(shè)計(jì)

按需智能路由系統(tǒng)可以根據(jù)不同的用戶或商業(yè)需求，提供許多應(yīng)用場(chǎng)景。本次實(shí)驗(yàn)分別針對(duì)VIP個(gè)人用戶、ICP、企業(yè)，設(shè)計(jì)了3種典型常用的業(yè)務(wù)場(chǎng)景。

（1）為VIP個(gè)人用戶提供按需定制路由服務(wù)

首先，當(dāng)VIP個(gè)人用戶正在觀看ICP（internet content provider）提供的高清視頻時(shí)，若網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量惡化，則該用戶的視頻網(wǎng)頁(yè)會(huì)變得有馬賽克、不清晰。為了改善觀看體驗(yàn)，該用戶通過(guò)點(diǎn)擊填寫(xiě)集成在視頻網(wǎng)頁(yè)上的定制菜單按需申請(qǐng)高質(zhì)量定制路由服務(wù)，定制參數(shù)可以是帶寬、QoS等級(jí)等。不同的帶寬和QoS等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的價(jià)格，用戶可以根據(jù)自己的需要和承受能力，支付相應(yīng)的費(fèi)用，享受相應(yīng)的高質(zhì)量路徑服務(wù)。整個(gè)操作非常簡(jiǎn)單、實(shí)時(shí)。完成定制后，該用戶由一個(gè)普通用戶成為一個(gè)VIP個(gè)人用戶；接著，SDN控制器和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)定制策略參數(shù)，實(shí)時(shí)按需為該用戶的高清視頻流量生成一條帶寬保證的高質(zhì)量流轉(zhuǎn)發(fā)路徑；最后，該用戶訪問(wèn)高清視頻網(wǎng)頁(yè)時(shí)，觀看過(guò)程一直保證清晰流暢，不受網(wǎng)絡(luò)擁塞影響。

（2）為ICP提供應(yīng)用感知的定制路由服務(wù)

圖6 按需智能路由原型系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室部署

首先，一個(gè)ICP希望改善它所有的高清視頻用戶的觀看體驗(yàn)，于是該用戶通過(guò)登錄一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的自助服務(wù)網(wǎng)頁(yè)，填寫(xiě)定制參數(shù)來(lái)按需申請(qǐng)應(yīng)用感知的定制路由服務(wù)，對(duì)高清視頻用戶提供高質(zhì)量的流轉(zhuǎn)發(fā)路徑服務(wù)。完成定制后，這個(gè)高清視頻應(yīng)用由一個(gè)普通應(yīng)用成為VIP應(yīng)用；接著，SDN控制器和網(wǎng)絡(luò)根據(jù)這些定制策略參數(shù)，為每個(gè)訪問(wèn)該ICP高清視頻網(wǎng)站的個(gè)人用戶，實(shí)時(shí)生成多條高質(zhì)量流轉(zhuǎn)發(fā)路徑；最后，該VIP個(gè)人用戶訪問(wèn)高清視頻網(wǎng)頁(yè)時(shí)，觀看過(guò)程一直保證清晰流暢，不受網(wǎng)絡(luò)擁塞影響。

（3）為企業(yè)提供應(yīng)用感知的高級(jí)定制服務(wù)

首先，企業(yè)通過(guò)登錄一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商提供的自助服務(wù)網(wǎng)頁(yè)，填寫(xiě)定制參數(shù)來(lái)按需申請(qǐng)“應(yīng)用感知的高級(jí)定制服務(wù)”，申請(qǐng)?jiān)鲋禈I(yè)務(wù)URL過(guò)濾和企業(yè)上網(wǎng)流量統(tǒng)計(jì)分析；接著，SDN控制器根據(jù)定制策略參數(shù)，實(shí)時(shí)下發(fā)控制指令，SDN智能邊源設(shè)備實(shí)時(shí)執(zhí)行URL過(guò)濾和上網(wǎng)流量分析；最后，企業(yè)員工在工作時(shí)間訪問(wèn)娛樂(lè)網(wǎng)站返回禁止訪問(wèn)提示頁(yè)面，而且企業(yè)管理者可以查看企業(yè)上網(wǎng)流量統(tǒng)計(jì)分析報(bào)表。

5 結(jié)束語(yǔ)

下一代高智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和按需智能路由系統(tǒng)，既探索了用SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能管道的需求，又探索了從傳統(tǒng)IP網(wǎng)絡(luò)向SDN平滑過(guò)渡的過(guò)程，通過(guò)原型驗(yàn)證其是新穎、有價(jià)值、可行的。同時(shí)，中國(guó)通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（CCSA）和國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU-T）[9]都在開(kāi)展下一代高智能網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化工作，以促進(jìn)相關(guān)技術(shù)方案的成熟。未來(lái)在SDN流量調(diào)度算法、SDN控制器的性能和可靠性、轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的性能和標(biāo)準(zhǔn)化等方面仍有很多工作需要繼續(xù)深入。

1 YD-T 2636-2013.智能型通信網(wǎng)絡(luò) 總體框架和要求，2013

2 ONF.Software-Defined Networking:the New Norm for Networks,2012

3 ITU-T Y.2301.Network Intelligence Capability Enhancement-Requirements and Capabilities,2013

4 Big Switch networks.http://tinyurl.com/cgepwdj

5 Mccauley J.POX:a python-based open flow controller.http://www.noxrepo.org/pox/about-pox/

6 Gude N,Koponen T,Pettit J,et al.NOX:Towards an Operating System for Networks.ACM SIGCOMM Computer Communication Review,2008,38(3):105～110

7 Open daylight.http://www.opendaylight.org/

8 ONF.OpenFlow Switch Specification Version 1.3.1,2012

9 ITU-T Y.S-NICE-reqts.Requirements and Capability Framework for NICE Implementation Making Usage of Software Defined Networking Technologies(S-NICE),2013