周烈瑜

摘 ? 要：軟件定義網(wǎng)絡作為一種新型的網(wǎng)絡設計理念，越來越受到運營商和服務商的青睞。在互聯(lián)網(wǎng)時代，民航系統(tǒng)的快速發(fā)展離不開通信網(wǎng)絡的高效支持。文章簡單介紹了軟件定義網(wǎng)絡技術和現(xiàn)有民航通信網(wǎng)絡，并嘗試探討民航通信網(wǎng)引入軟件定義網(wǎng)絡技術的應用前景。

關鍵詞：軟件定義網(wǎng)絡;民航通信網(wǎng);段路由;網(wǎng)絡架構

隨著近幾年信息技術的飛速發(fā)展，5G、云計算、物聯(lián)網(wǎng)和邊緣計算等技術的成熟，服務模式和商業(yè)模式的升級，為企業(yè)和用戶創(chuàng)造更大價值的同時，也給網(wǎng)絡傳輸帶來新的挑戰(zhàn)。簡化運維、挖掘潛能、快速靈活是新一代網(wǎng)絡發(fā)展的必然趨勢，軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Network，SDN）應運而生。自2006年斯坦福大學CLean State課題研究組提出以來，SDN不僅在Facebook，Google，Microsoft、華為等互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)中先行，而且在傳統(tǒng)的金融、廣電、基建等行業(yè)開始逐步投入使用。民航系統(tǒng)現(xiàn)有光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）的固有缺陷無法適應新技術的發(fā)展，而愈發(fā)成熟的SDN網(wǎng)絡是當下熱點，也為現(xiàn)有網(wǎng)絡向未來網(wǎng)絡的演進提供了發(fā)展思路。

1 ? ?SDN的概念分析

SDN是一種新型的網(wǎng)絡設計理念，其控制層和轉發(fā)層完全分離，軟硬件相互分離，控制層轉移到其他設備而不位于網(wǎng)絡設備中，提供統(tǒng)一管理和開放接口。放網(wǎng)絡基金會（Open Networking Foundation，ONF）定義的SDN結構包括3個層面，即轉發(fā)層、控制層和業(yè)務層[1]。

控制層基于軟件實現(xiàn)，集中網(wǎng)絡智能邏輯，負責網(wǎng)絡的內部交換路徑和邊界業(yè)務路由的生成，并負責處理網(wǎng)絡狀態(tài)變化事件;轉發(fā)層由網(wǎng)絡設備組成，負責執(zhí)行用戶數(shù)據(jù)的轉發(fā)，過程中所需表項是由控制層生成的，不具備自主性;業(yè)務層則由網(wǎng)絡應用服務組成，開發(fā)應用，并根據(jù)需求修改網(wǎng)絡轉發(fā)行為。層間連接通過開放接口實現(xiàn)資源分配和網(wǎng)絡服務的功能。

2 ? ?SDN的特點優(yōu)勢

傳統(tǒng)網(wǎng)絡的控制平面和數(shù)據(jù)平面是分布在各個設備上的，為了有效管理各個節(jié)點的設備，提高運維效率，通常需要部署網(wǎng)管系統(tǒng)作為管理平面。此外，流量控制、路徑規(guī)劃、策略調整都需要通過網(wǎng)元配置實現(xiàn)。在大型網(wǎng)絡系統(tǒng)中，這些配置維護措施既繁瑣又容易出錯，對于維護人員的技能要求較高，如果各節(jié)點、各層級的網(wǎng)絡設備生產(chǎn)廠家規(guī)范不同、操作界面差異較大、設備操作指令繁瑣，運維要求將進一步提升[2]。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡的設備控制平面是封閉式的，不同廠家的實現(xiàn)機制不同，造成新功能的部署周期長，且固件更新、軟件升級需要逐臺操作，工作效率較低。一旦需求變動，路由器、交換機、防火墻和接入設備都需要修改。隨著硬件技術愈發(fā)成熟，在瞬息萬變的新時代網(wǎng)絡環(huán)境中，靈活性、擴展性、可維護性和高穩(wěn)定、高性能一樣重要。

SDN通過將控制、轉發(fā)分離，集中控制器管理，擺脫底層網(wǎng)絡設備的依賴，屏蔽底層設備差異。這種控制權是開放的，策略和規(guī)則是自定義的，更加靈活和智能。在SDN環(huán)境中，網(wǎng)絡節(jié)點設備是自動化連通的，無需反復進行配置，只需定義簡單的網(wǎng)絡規(guī)則即可，亦或是通過編譯方式進行修改，以獲得更優(yōu)的數(shù)據(jù)交換能力。一旦用戶需求改變或者設備升級，只需要遵循協(xié)議，在控制平面進行簡單修改即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換連通，無需逐臺修改設備配置參數(shù)。

在流量控制方面，SDN更是具有明顯優(yōu)勢。網(wǎng)絡中有多種類型的數(shù)據(jù)業(yè)務而總帶寬一定，當某一特定節(jié)點或時刻需要更多流量和帶寬，連傳統(tǒng)網(wǎng)絡中往往不好處理。在SDN網(wǎng)絡環(huán)境中，SDN允許規(guī)整流量，臨時放寬某些業(yè)務的帶寬，待需求減少時再恢復[3]。

3 ? ?民航通信網(wǎng)

3.1 ?民航通信網(wǎng)簡介

民航行業(yè)目前正處于高速發(fā)展時期，2018年全國235個機場全年旅客吞吐量為12.64億人次，較2017年增長10.2%?！笆濉逼陂g機場旅客吞吐量年均增長13.6%，貨郵吞吐量年均增長10.7%。為適應民航行業(yè)的發(fā)展速度，民航系統(tǒng)內的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務發(fā)展突飛猛進，包括安全保障、運行生產(chǎn)、航班信息、旅客服務、辦公自動化（Office Automation，OA）、電子政務、監(jiān)督管理等，覆蓋全民航企事業(yè)單位和管理機構。這對傳輸網(wǎng)絡的大帶寬、低時延、高冗余及擴展性提出了新的需求。

2018年起，全國新一代民航通信網(wǎng)正式開始建設，這新一代的全國系統(tǒng)網(wǎng)絡由傳輸網(wǎng)、IP承載網(wǎng)和時分復用（Time-Division Multiplexing，TDM）承載網(wǎng)3部分組成，覆蓋全國49個管理局，212個地方機場，31個航空公司，67個空管分局站和403個空管臺站。其中，傳輸網(wǎng)是民底層物理傳輸網(wǎng)，租用運營商裸光纖和多業(yè)務傳送平臺（Multi-Service Transfer Platform，MSTP）專線構建密集型光波復用（Dense Wavelength Division Multiplexing，DWDM）和MSTP傳輸網(wǎng)中，提供傳輸通道，實現(xiàn)中繼資源的調度及業(yè)務的綜合傳送;業(yè)務承載網(wǎng)構建在傳輸網(wǎng)，實現(xiàn)接入業(yè)務的有效承載。IP承載網(wǎng)承載航空安全保障之外的其他類民航通信業(yè)務，TDM承載網(wǎng)承載航空安全保障業(yè)務。

3.2 ?民航通信網(wǎng)特征

民航通信網(wǎng)絡建設不能落后于民航行業(yè)的發(fā)展，必須與時俱進，包括以下幾個特征：（1）強安全性，安全是民航行業(yè)的底線，任何人和事物不能越過這條底線，網(wǎng)絡亦是如此，只有安全的網(wǎng)絡環(huán)境、安全的業(yè)務隔離、安全的設備支持才能保障飛行的安全。（2）高可靠性，穩(wěn)定可靠不僅是運維人員的追求，也是行業(yè)平穩(wěn)運行的基礎。（3）高冗余度，任何網(wǎng)絡都不能保障自身擁有100%的正常率，而網(wǎng)絡自愈能力和設備冗余能力則可以將風險降低。（4）經(jīng)濟高效，民航通信網(wǎng)絡需要通過信息化實現(xiàn)高效管理，提高設備利用率，促進行業(yè)發(fā)展。（5）兼容接入，隨著技術發(fā)展，接入設備將會越來越多，類型和需求也會更加復雜，需要有較好的擴展性，確保新設備可靠接入，經(jīng)濟便捷。

4 ? ?民航通信網(wǎng)SDN應用

引入先進技術，提升現(xiàn)有民航通信網(wǎng)性能，是必然趨勢。SDN作為新興技術，具有一定的特點與優(yōu)勢，與現(xiàn)有民航通信網(wǎng)結合，可以提高網(wǎng)絡性能，更好滿足各類需求，SDN的引入具有如下優(yōu)勢。

4.1 ?可靠的保障

由于采用了統(tǒng)一的控制平面管理網(wǎng)絡資源，當網(wǎng)絡節(jié)點或者鏈路故障時，SDN能夠快速修復，并重新分配資源，具有自愈能力。

4.2 ?靈活的使用

SDN提供開放接口，允許動態(tài)編程。工程師可以根據(jù)需要在底層物理網(wǎng)絡上編程，分別為每個子網(wǎng)實現(xiàn)服務質量（Quality of Service，QoS），充分利用網(wǎng)絡資源，并靈活地提供上層服務。

4.3 ?虛擬網(wǎng)絡資源

建立網(wǎng)絡資源（帶寬、存儲、處理）池，物理拓撲抽象化，并形成抽象的邏輯網(wǎng)絡，根據(jù)需求建立動態(tài)虛擬網(wǎng)絡，滿足各類應用的需求。動態(tài)規(guī)劃資源，根據(jù)需求調整設備狀態(tài)，提高資源利用率，使其高效運行。

4.4 ?兼容及擴展能力

SDN屏蔽底層設備差異，軟件化的業(yè)務定制利于新業(yè)務的快速部署和調試;控制與轉發(fā)分離，利于硬件標準化，使得不同硬件支持相同軟件，新接設備更便捷，擴展性也更好。

4.5 ?關鍵技術SR的引入

段路由（Segment Routing，SR）是基于源路由理念而設計的在網(wǎng)絡上轉發(fā)數(shù)據(jù)包的一種方法。SR將網(wǎng)絡路徑分成一個個段，并且為這些段和網(wǎng)絡中的轉發(fā)節(jié)點分配段標識ID。通過對段和網(wǎng)絡節(jié)點進行有序排列，就可以得到一條轉發(fā)路徑。

傳統(tǒng)的IP數(shù)據(jù)包轉發(fā)技術依賴于能以最短路徑到達目的地的IP地址。為了滿足業(yè)務的低時延要求，出現(xiàn)快速重路由（Fast Reroute，F(xiàn)RR）技術，為了滿足專線業(yè)務的大帶寬需求，出現(xiàn)TE技術，這些都是網(wǎng)絡適配業(yè)務發(fā)展的表現(xiàn)。但是業(yè)務種類越來越多，不同類型業(yè)務對網(wǎng)絡的要求不盡相同。如果仍舊按照網(wǎng)絡適配業(yè)務的思路，不僅無法滿足業(yè)務的快速發(fā)展，而且會使網(wǎng)絡部署越來越復雜，難以維護，解決思路就是SDN。SR正是在此背景下產(chǎn)生的，通過SR可以簡易定義一條顯式路徑，網(wǎng)絡中的節(jié)點只需要維護SR信息，即可應對業(yè)務的實時、快速發(fā)展要求。SR通過對現(xiàn)有協(xié)議進行擴展，能使現(xiàn)有網(wǎng)絡更好地平滑演進;提供集中控制和分布式之間的平衡;采用源路由技術，提供網(wǎng)絡和上層應用快速交互的能力;簡化多協(xié)議標簽交換（Multi-Protocol Label Switching，MPLS）控制協(xié)議，提供高保護率的FRR保護能力，具有容量擴展能力以及更好地實現(xiàn)SDN。

5 ? ?SDN應用前景

SDN具有的優(yōu)勢和特點能夠提升現(xiàn)有民航通信網(wǎng)的性能，為其提供有效的支撐，使得民航通信網(wǎng)絡更好地促進民航系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定、高效運行。

SDN通過控制和轉發(fā)分離的機制，統(tǒng)一管理協(xié)議和邏輯，對網(wǎng)絡底層設備差異性進行屏蔽，使民航通信網(wǎng)更加簡單、高效，并對網(wǎng)絡資源進行有效管理。一旦發(fā)生故障，便能快速、精準定位，并從邏輯層面對故障節(jié)點、鏈路、設備進行隔離，保障全網(wǎng)穩(wěn)定運行、不受影響。

SDN使民航通信網(wǎng)能夠支持控制中心按需分配資源、動態(tài)規(guī)劃流量，提高設備利用率、延長設備使用年限、提高網(wǎng)絡可靠性。由于底層設備差異化屏蔽，當新設備接入時，能夠直接將其加入當前的統(tǒng)一管理中，使新設備快速融入并發(fā)揮性能。

從民航通信網(wǎng)絡的發(fā)展歷程來看，民航通信以安全為第一目標，并不會直接使用較新的技術，然而網(wǎng)絡技術的更新?lián)Q代勢在必行，將SDN引入到目前的網(wǎng)絡框架，應該是一個逐步改進的過程，而不是快速革新和顛覆。

[參考文獻]

[1]張宇，胡紫，盧利鋒，等.SDN技術在智能電網(wǎng)中的應用[J].智能電網(wǎng)，2016（12）：1229-1235.

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[3]王茜，趙慧玲，解云鵬，等.SDN在通信網(wǎng)絡中的應用方案探討[J].電信網(wǎng)技術，2013（3）：23-28.