任會(huì)影

（天津廣播電視臺(tái)，天津300000）

隨著SDN技術(shù)的不斷發(fā)展完善，其應(yīng)用的范圍、行業(yè)越來(lái)越廣，SDN技術(shù)在IP播出網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用需要人們?nèi)フJ(rèn)真研究學(xué)習(xí)。

1 傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)的局限性及SDN技術(shù)的產(chǎn)生

1.1 傳統(tǒng)IP轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)的局限性

1.1.1 流量路徑的靈活調(diào)整能力不足

以網(wǎng)絡(luò)中最常見的“魚”型圖（如圖1所示）為例，從R1或者R2訪問R6時(shí)，所有的數(shù)據(jù)流量不管網(wǎng)絡(luò)狀況如何都將通過R7完成轉(zhuǎn)發(fā)，R4和R5無(wú)流量經(jīng)過，從而造成某些鏈路超數(shù)據(jù)量負(fù)荷，有些鏈路處于閑置狀態(tài)，即對(duì)目前的網(wǎng)絡(luò)狀況沒有一個(gè)全局的了解。如果有一個(gè)核心的“大腦”能夠通過實(shí)時(shí)計(jì)算，掌握網(wǎng)絡(luò)各種細(xì)節(jié)、狀況，指揮流量分擔(dān)，從而改變轉(zhuǎn)發(fā)路徑，一部分?jǐn)?shù)據(jù)流量通過R7完成轉(zhuǎn)發(fā)，一部分流量通過R4和R5完成轉(zhuǎn)發(fā)，最終靈活完成網(wǎng)絡(luò)配置。

圖1 “魚”型圖

1.1.2 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，運(yùn)維難度較大

一個(gè)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)，如果要做到路由聯(lián)通，所有的設(shè)備都需要單獨(dú)配置動(dòng)態(tài)路由協(xié)議，如OSPF、ISIS、RIB等，如果要運(yùn)行BGP還需要提前對(duì)網(wǎng)絡(luò)做好規(guī)劃，如怎么避免環(huán)路、怎么避免路由收不到等，從而使網(wǎng)絡(luò)配置復(fù)雜，對(duì)運(yùn)維工程技術(shù)人員的要求也較高。

1.1.3 網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)升級(jí)速度較慢

如果網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)或者需求發(fā)生變化，需重新調(diào)整所有的路由器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等，從而造成網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)升級(jí)速度過慢，此時(shí)需要一個(gè)“大腦”負(fù)責(zé)升級(jí)指揮網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)，由它下發(fā)升級(jí)指令，所有設(shè)備統(tǒng)一快速完成升級(jí)。

1.2 SDN技術(shù)的產(chǎn)生

基于以上傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)的局限性，SDN技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。SDN（Soft ware Defined Network）即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，2006年斯坦福大學(xué)教授NIKE及其團(tuán)隊(duì)首先提出了OpenFlow的概念，并基于該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的可編程能力，從而使網(wǎng)絡(luò)像軟件一樣可以靈活編程。

2 SDN技術(shù)介紹

SDN的三個(gè)主要特征為轉(zhuǎn)控分離、集中控制、開放接口。

2.1 轉(zhuǎn)控分離

網(wǎng)元的控制平面在控制器上，負(fù)責(zé)協(xié)議計(jì)算，產(chǎn)生流表。轉(zhuǎn)發(fā)平面只在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上，這點(diǎn)與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的框式設(shè)備有著本質(zhì)不同，如播出系統(tǒng)中使用的H3CS7506E系列核心以太網(wǎng)交換機(jī)，它的基本結(jié)構(gòu)從上到下依次為主、備交換路由引擎，以及按照需求配置的插槽模塊，但是這種方式只是結(jié)構(gòu)上的變化，并不是實(shí)際意義上的轉(zhuǎn)控分離。

2.2 集中控制

設(shè)備網(wǎng)元通過控制器集中管理和下發(fā)流表，不需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行逐一操作，只需要對(duì)控制器進(jìn)行配置即可。

2.3 開放接口

第三方應(yīng)用只需要通過控制器提供的開放接口，以編程方式定義一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)功能，然后在控制器上運(yùn)行即可。

需要特別注意SDN控制器既不是網(wǎng)管，也不是規(guī)劃工具。網(wǎng)管沒有實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)控分離，網(wǎng)管只負(fù)責(zé)管理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、監(jiān)控設(shè)備告警和性能、下發(fā)配置腳本等，但這些仍然需要設(shè)備的控制平面負(fù)責(zé)產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)。規(guī)劃工具的目的和控制器不同，規(guī)劃工具是為了下發(fā)一些規(guī)劃表項(xiàng)，這些表項(xiàng)并非用于路由器轉(zhuǎn)發(fā)，是一些為網(wǎng)元控制平面服務(wù)的參數(shù)，比如IP地址、VLAN等。控制器下發(fā)的表項(xiàng)是流表，用轉(zhuǎn)發(fā)器轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。

SDN是對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的一次重構(gòu)，由原來(lái)的分布式控制的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)為集中控制的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。其網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)模型可分為三層：協(xié)議應(yīng)用層、控制層、轉(zhuǎn)發(fā)層，下面逐層進(jìn)行介紹。

轉(zhuǎn)發(fā)層位于最底層，主要由轉(zhuǎn)發(fā)器和連接器的線路構(gòu)成基礎(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，這一層負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)過程中所需要的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)由控制層生成。即由一系列高性能高背板帶寬的轉(zhuǎn)發(fā)器組成，各種表項(xiàng)都支持，但是自己卻沒有運(yùn)算能力，能夠很好地完成控制器交給的任務(wù)。

控制層是系統(tǒng)的控制中心，即“大腦”控制器位置所在，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部交換路徑和邊界業(yè)務(wù)路由的生成，并負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化事件，它由SDN控制器組成，通過OpenFlow協(xié)議協(xié)調(diào)控制底層的轉(zhuǎn)發(fā)器，實(shí)時(shí)掌控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的工作狀態(tài)。控制器的北向接口通過API連接APP，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)編程，南向接口連接控制器，負(fù)責(zé)任務(wù)下發(fā)指令。

協(xié)議應(yīng)用層通過API提供一個(gè)可編程接口，以APP或者其他方式登錄進(jìn)來(lái)，從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編程，使網(wǎng)絡(luò)配置更加靈活。這一層主要是體現(xiàn)用戶意圖的各種上層應(yīng)用程序，此類應(yīng)用程序稱為協(xié)同層應(yīng)用程序，典型的應(yīng)用包括OSS、Openstack等。

傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)同樣具有轉(zhuǎn)發(fā)平面、控制平面和管理平面，SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也同樣包含這3個(gè)平面，只是傳統(tǒng)的IP網(wǎng)絡(luò)是分布式控制的，而SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下是集中控制的。

SDN基本工作原理：APP業(yè)務(wù)平臺(tái)作為任務(wù)發(fā)起端通過API接口將任務(wù)下發(fā)給控制器。通?？刂破髯鳛榉?wù)端，轉(zhuǎn)發(fā)器主動(dòng)向控制器發(fā)起控制協(xié)議建立申請(qǐng)，通過認(rèn)證后，控制協(xié)議即建立連接，即轉(zhuǎn)發(fā)器先要在控制器中完成信息注冊(cè)，注冊(cè)完成后有一個(gè)資源上報(bào)過程，這些資源信息包括接口、標(biāo)簽、VLAN資源、設(shè)備廠家信息（設(shè)備類型信息、設(shè)備版本號(hào)、設(shè)備ID信息）、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌?，控制器采集這些信息是為了根據(jù)這些信息進(jìn)行本地搜索和加載相應(yīng)驅(qū)動(dòng)程序。通過搜集這些信息，控制器最終能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源計(jì)算合理的路徑信息，通過流表方式下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)器，由轉(zhuǎn)發(fā)器執(zhí)行最終任務(wù)。

3 SDN技術(shù)的價(jià)值

SDN的可編程性和開放性，使人們可以快速開發(fā)新的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和加速業(yè)務(wù)創(chuàng)新。如果希望在網(wǎng)絡(luò)上部署新業(yè)務(wù)，可以針對(duì)性修改SDN軟件，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)快速編程，業(yè)務(wù)快速上線，SDN網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中增加了一個(gè)SDN控制器，把原來(lái)的分布式控制平面集中到一個(gè)SDN控制器上，由這個(gè)集中的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中控制，其技術(shù)原理是通過SDN控制器的網(wǎng)絡(luò)軟件化過程來(lái)提升網(wǎng)絡(luò)可編程能力。通信平面包含管理平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面，SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)只是把系統(tǒng)的三個(gè)平面的功能進(jìn)行了重新分配，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)控制平面是分布式的，分布在每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備上，而SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)則是把分布式控制平面集中到一個(gè)SDN控制器內(nèi)，實(shí)現(xiàn)集中控制，而管理平面和數(shù)據(jù)平面并沒有太多變化。SDN網(wǎng)絡(luò)具備快速網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新能力，如果這個(gè)新業(yè)務(wù)有價(jià)值則保留，沒有價(jià)值可以快速下線。不像傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)那樣，一個(gè)新業(yè)務(wù)上線需要經(jīng)過需求提出、討論和定義開發(fā)商開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，然后在網(wǎng)絡(luò)上升級(jí)所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，經(jīng)過數(shù)年才能完成一個(gè)新業(yè)務(wù)。SDN使得新業(yè)務(wù)的上線速度從幾年加快到幾個(gè)月或者更快。

4 SDN技術(shù)在IP播出網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

傳統(tǒng)電視播出系統(tǒng)經(jīng)歷了模擬、數(shù)字、標(biāo)清、高清這樣的發(fā)展階段，隨著4K、8K時(shí)代的到來(lái)，普通的同軸電纜傳輸信號(hào)方式已經(jīng)無(wú)法滿足需求，IP化播出網(wǎng)絡(luò)已成為各個(gè)臺(tái)未來(lái)的制播系統(tǒng)首選，其中SDN技術(shù)在IP播出網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用已經(jīng)成為大家關(guān)注的焦點(diǎn)[1]。

一個(gè)典型的IP組播播出網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)采用兩臺(tái)SDN交換機(jī)配合控制器，SDN管理機(jī)為主體，所有的信號(hào)如視頻服務(wù)器、外來(lái)信號(hào)源等以靜態(tài)IP組播信號(hào)的方式接入交換機(jī)，數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)由交換機(jī)完成，由SDN控制器負(fù)責(zé)，這樣形成了與傳統(tǒng)播出結(jié)構(gòu)類似的IP矩陣，下游接多選一設(shè)備以終端切換方式（IGMP協(xié)議）完成信號(hào)最后的輸出。

5 結(jié)語(yǔ)

SDN技術(shù)誕生得很早，但是轉(zhuǎn)入實(shí)際應(yīng)用，尤其是在廣電行業(yè)的應(yīng)用興起于近幾年，學(xué)習(xí)SDN技術(shù)，熟悉SDN技術(shù)在IP播出網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，對(duì)于每一位廣播電視技術(shù)工作者都極為迫切，希望通過本文的介紹，大家能對(duì)SDN技術(shù)在IP播出網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用有所了解。