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【电信行业】SDN-HUB 运营商异构SDN 统一控制器设计

案例简介

中国电信CTNET2025 网络发展愿景

2016 年7 月,中国电信发表了《中国电信CTNet2025 网络架构白皮书》,全面启动网络智能化重构。中国电信在《白皮书》中指出,为了适应互联网新时代的大环境,更好的生存和发展,运营商必须对现有网络架构进行重构,从而在根本上改造网络的特征,改善网络的能力,改进网络的服务。中国电信的目标网络应具备如下的新特征
(1)简洁:网络的层级、种类、类型、数量和接口应尽量减少,降低运营和维护的复杂性和成本。
(2)敏捷:网络提供软件编程能力,资源具备弹性的可伸缩的能力,便于网络和业务的快速部署和保障。
(3)开放:网络能够形成丰富、便捷的开放能力,主动适应互联网应用所需。
(4)集约:网络资源应能够统一规划、部署和端到端运营,改变分散、分域情况下高成本、低效率的状况。

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为使中国电信的网络具备快速、有效支撑互联网应用和互联网 + 应用的能力,同时也为了能在网络性能和功能上具备差异化的竞争优势,中国电信面向 2025 年的目标网络能力将达到如下指标:
(1) 简洁:以传送网一二干融合为抓手促进网络层级的减少;全国 90% 地区提供不大于 30ms 的传送网时延;网络种类、网元数和网络节点数明显减少。
(2) 敏捷:全面规模提供“随选网络”业务,具备分钟级的配置开通和调整能力。
(3) 开放:提供用户自定义的服务,具备 4 个维度(网络、业务、资源、服务)的能力开放。
(4) 集约:80% 网络功能软件化,全部业务平台实现云化,业务可全网统一调度。

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现状和挑战

现在中国电信通过云管理平台(Central CMP)实现了带电信各省云平台的统一管理。在这个环境中,其中14 个省市、3000 多个节点的资源池采用了Overlay SDN 解决方案,实现了网络的自动化。

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这些SDN 方案包括来自华为、中兴、华三和诺基亚等多种品牌,需要统一被CMP 云管理平台所纳管理,异构SDN 的管理成为一大挑战。

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这些挑战包括以下几个方面:
l 统一管理(Unified Management)挑战:如PNAT 问题、CMP 适配问题
l 兼容性(Interoperability)挑战:如标准统一等
l 互通性(Interconnection)挑战:如不同SDN 组网区域各自独立问题
l 协同性(Orchestration)挑战:如网络编排的资源调度问题

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中国电信SDN-HUB 解决方案
因此,中国电信研发了SDN-HUB 这一解决方案,来解决异构SDN 的通过以管理问题。它的设计目标包括:
l 基于EVPN 实现异构SDN 的L2/L3 层通信
l 提升OpenStack Neutron,支持多SDN 支持
l 统一的SDN 对外模型
l 实现网络服务的协同调度和自动化

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SDN Hub 整体架构包含三个部分:
l SDN Hub Orchestrator:主要包含模板管理、流程引擎和解析器
l SDN Hub Driver:统一的网络抽象层模型,支持l2dci/l3dci 以及改进的Neutron 模块
l SDN Hub Neutron Plugin:经过扩展的Neutron 插件,支持更强大的SDN 控制器接入和编排。

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我们在SDN Hub 里基于OpenStack Neutron 开发了插件,让SDN Hub Orchestrator 和Neutron Server 能够互动,实现了一下增强功能:
l 在Neutron 的基础上,扩展了PNAT 的
l 实现对资源调度的响应,限定只有当VM 调度时才调用SDN 网络
l 多SDN 控制器支持,植入Contrler_id,根据ID 调用不同的SDN 控制器
l 回报底层网络状态给SDN Hub Orchestrator

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在底层网络模型上,我们考虑四种网络模型:
1)private network
2)external network
3)shared network
4)vregion network
其中private,shared,external 类型的作用域为region。 private,shared,external 类型不需要考虑region 新上线同步的问题,其uuid 和vni 由region 内自行分配。
这里特别需要提到的是vregion,用来处理同一租户跨资源池或者数据中心的逻辑网络,类型需要考虑region 新上线同步的问题,其uuid 和vni 由hub central 进行统一分配。它的流程如下:


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1) cmp 下发创建vregion network/subnet,通知hub central
2) hub central 分配uuid 和vni
3) hub central 通知所有region 创建vregion network/subnet
4) region 创建network/subnet,将其状态置为inactive
5) 虚拟机创建时,nova 请求network/subnet 信息,由于此时network/subnet 信息已存在,直接返回。nova 通知neutron 创建port,根据port 中的host_id 反查controller_id 信息,更新自身状态为active,记录controller_id,发送通知到hub central 上,通报network/subnet 和controller_id 的映射关系
6) 新region 上线,资源扩展到该region,通知hub central
7) vregion 检查新region 的vni 范围,如果冲突,则提示错误,不进行同步,如果不冲突,进行同步
8) 新region 创建network/subnet,将其状态置为inactive其中private,shared,external 类型的作用域为region。private,shared,external 类型不需要考虑region 新上线同步的问题,其uuid 和vni 由region 内自行分配。
这里特别需要提到的是vregion,用来处理同一租户跨资源池或者数据中心的逻辑网络,类型需要考虑region 新上线同步的问题,其uuid 和vni 由hub central 进行统一分配。它的流程如下:
①cmp 下发创建vregion network/subnet,通知hub central
②hub central 分配uuid 和vni
③hub central 通知所有region 创建vregion network/subnet
④region 创建network/subnet,将其状态置为inactive
⑤虚拟机创建时,nova 请求network/subnet 信息,由于此时network/subnet 信息已存在,直接返回。nova 通知neutron 创建port,根据port 中的host_id 反查controller_id 信息,更新自身状态为active,记录controller_id,发送通知到hub central 上,通报network/subnet 和controller_id 的映射关系
⑥新region 上线,资源扩展到该region,通知hub central
⑦vregion 检查新region 的vni 范围,如果冲突,则提示错误,不进行同步,如果不冲突,进行同步
⑧新region 创建network/subnet,将其状态置为inactive

效果总结

通过SDN Hub,基于自研模块和OpenStack Neutron,我们实现了在同一的云管理平台(CMP)下以下能力:
l 向下实现了对异构SDN 的管理,实现同一资源池部署多厂商SDN 产品、不同资源池部署不同厂商SDN 产品和不同DC 部署不同SDN 产品三种场景下的同一管理
l 向上定义了统一的网络模型,输出了统一的标准API,屏蔽了不同SDN 之间的差异性。
l 提升了业务的敏捷性和架构的集约性

未来展望

SDN Hub 项目项目未来还会继续演进,作为电信资源管理平台的重要组成部分,未来我们的发展方向是:
l 在编排层基于开放的网络技术,结合诸如OpenStack、ONAP、ODL 等开放技术,结合自身管理需求,打造适用于电信场景的技术架构
l 遵循如CCSA、ODDC 等开放标准,实现 4 个维度(网络、业务、资源、服务)的能力开放
l 和众多产业合作伙伴持续合作,兼容不同技术方案,形成统一管理框架,形成良好的网络体系生态。

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