SDN与NFV技术在云数据中心的规模应用

doi:10.11959/j.issn.1000-0801.2016023

摘要/Abstract

摘要：

以云数据中心为切入点，首先对SDN领域中的叠加网络、SDN控制器、VxLAN 3种重要技术的特点进行了研究，然后对NFV领域中的通用服务器性能、服务链两类关键问题展开具体分析。最后，阐述了前期开展的SDN/NFV技术试验工作进展及相关结论，并对VDC应用产品进行了展望。

关键词: 云数据中心, 软件定义网络, 网络功能虚拟化, VxLAN, 大二层

Abstract:

Taking the cloud computing data center as the breakthrough point,firstly,the characteristics of overlay network,SDN controller and VxLAN in SDN field were presented.Secondly,two kinds of problems about general server performance and service chain were analyzed in NFV field.Finally,the early test progress of SDN/NFV technology and related conclusions were expounded,then VDC was discussed.

Key words: cloud data center, software defined networking, network function virtualization, VxLAN, big two-layer

赵辉,丁鸣,程青松,卢凌,孔晨晟. SDN与NFV技术在云数据中心的规模应用[J]. 电信科学, 2016, 32(1): 144-151.

Hui ZHAO,Ming DING,Qingsong CHENG,Ling LU,Chensheng KONG. Application of SDN and NFV technology in the cloud data center[J]. Telecommunications Science, 2016, 32(1): 144-151.

图/表 10

图1

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图3

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表1

表2

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图6

图7

表3

VDC业务场景需求描述"

序号	需求名称	需求场景	需求解析及具体技术指标	业务归属
1	多机房提供云业务	场景1：异地组建VDC，为用户提供虚拟机服务，满足云业务场景2：同城组建VDC，为用户提供虚拟机服务，满足云业务场景3:VDC内虚拟机迁移、资源迁移、动态资源部署（分钟级）等需求	跨机房传输时延应低于5 ms；VDC分组丢失率应低于0.1%；VDC内应实现用户IP地址、隧道标识（如VNI）、全局MAC地址的管理，可动态发现、可重叠；VDC应与云资源池互通，有接口支持资源的协同；	云业务
			VDC 应支持一键部署，VDC 本身架构的配置应与用户业务参数（如IP地址、MAC地址）尽量分开
2	多机房IDC 资源整合	现有机房不能够满足用户在本机房的机架需求，需要选择同城的另一个机房的机架进行扩容，并实现两个机房之间的二层互通	对现有数据中心机房的资源进行整合管理；系统应能够实时、灵活收集并利用各机房的零散机架资源；向用户提供统一的资源视图，使用户可以感知资源的使用情况	IDC业务
3	用户业务的自动冗余与备份	用户应用系统对数据备份和容灾的需求场景主要有：数据容灾（异地高端存储、低成本云存储）；应用容灾（非实时）；对于有数据、应用容灾需求的用户主要为银行、证券等对价格不敏感的用户	异地的实时数据备份、实时应用备份近期需求不明显；高端用户个性化需求较多，一般通过项目满足；数据备份期间需要保障传输通道、IP链路的稳定带宽	IDC业务、云业务
4	混合云需求	场景1：用户租用电信的公有云，并与自有私有云二层互联，共享应用层业务资源	用户私有云与公有云二层互通的需求。用户自规划IP地址，建立三层连接；	IDC业务
		场景2：在用户私有云与其他私有云或者电信公有云连接时，对连接的链路有质量要求（SLA）	需要组网可以提供对云间连接的保障；有对用户业务7层引流的需求
		场景3：增值业务平台的集约化部署（例如：单点部署DDoS清洗系统通过引流为全DC服务等）
5	用户租用带宽按需快速调整	场景1：东西向流量带宽调整同一客户的应用系统A、B（或同一应用的A部分、B部分）部署在不同IDC机房或云资源池，A、B之间有内部流量互通；A/B部署场景主要有以下几种情况：	支持用户租用东西向流量带宽（传输、IP）的快速调度、开通，并保障链路的QoS；云计算用户和托管租赁用户有调度南北向互联网出口带宽的需求，VDC需要具备快速调度机制；	IDC业务、云业务
		物理服务器——物理服务器；云主机——云主机；	多机房共享资源，需要与资源系统结合，并支持在多租户场景下的调度，防止调度冲突
		物理服务器——云主机；
		物理服务器分布式部署。
		在以上场景下需要实现客户A、B 系统/部分之间链路（传输、IP）带宽的快速增减。
		场景2：南北向流量带宽调整
		客户租用的IDC 出口带宽，需要在（10）分钟颗粒度内实现出口带宽的快速增减。
		场景3：多机房共享互联网出口
		用户租用多个机房资源后，只在某一个机房租用互联网出口，其他机房共享这一南北向出口。同时，用户南北向流量和机房之间的流量有QoS保障需求
6	自动化运维需求	用户使用虚拟数据中心之后由于虚机或者物理主机位置难于提前确定，完全由系统实时分配（分钟级），因此有使用电信提供代维服务的需求	用户缺少云计算虚机、网络设备的维护手段，需要云管理平台提供相应的运维方法；用户缺少托管主机及其网络设备的维护手段，需要VDC本身与资源系统、DC管理系统结合提供新的运维手段	IDC业务、云业务

表3

SDN+VxLAN技术基础功能场景	技术价值
跨机房相同网段东西向互通场景（服务器A与服务器B位于不同机房）	可以把运营商分散在多个数据中心的零散服务器集中管理（如同部署在同一个数据中心），便于提高资源利用率
跨机房不同网段东西向互通场景（服务器A与服务器B位于不同机房）	可以将两个部署在不同数据中心的业务系统通过私网IP地址实现互通，有效节约公网IP地址资源
同机房南北向互通场景（服务器与出口设备位于相同机房）、跨机房南北向互通场景（服务器与出口设备位于不同机房）	可以实现多个数据中心托管服务器出口集中控制（网关）和按需部署增值业务（服务链、负载均衡等），避免各个数据中心重复投资
虚拟机跨机房在线迁移场景	可以实现业务系统双活、主备等容灾备份需求，提升系统可靠性

解决方案	网站类	FTP类	视频类	数据库类
解决方案	访问时长/s	上传/下载速率/（MB·s^-1）	分组丢失率	TPM/TPS/个
光纤直连（20 km以内）	0.71	581.1/244.3	＜3%	6 829/115
厂商A	0.56	90.4/82.7	＜3%	5 866/99
厂商B	0.51	90.9/108.2	＜3%	7 113/120
厂商C	0.58	51.6/13.5	＜3%	6 754/114

[5]	SDN 产业联盟. SDN 产业发展白皮书（2014年）[EB/OL].[2015-04-23]. .SDN Industry Alliance. White paper of SDN industrial development [EB/OL].[2015-04-23]. .
[1]	赵慧玲，雷葆华，王峰等. SDN 核心技术剖析和实战指南[M]. 北京：电子工业出版社， 2013:12-13. ZHAO H L , LEI B H , WANG F et al. Deciphering SDN:Core Techniques and Practical Guide[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2013:12-13.
[2]	NADEAU T D , GRAY K . 软件定义网络：SDN与OpenFlow解析[M]. 毕军，单业，张绍宇，等译. 北京：人民邮电出版社， 2014：:66-67. NADEAU T D , GRAY K . SDN:Software Defined Networks[M].Translated by BI J, SHAN Y, ZHANG S Y, et al. Beijing： Posts and Telecom Press， 2014：:66-67.
[3]	SDx Central. 2015年网络功能虚拟化（NFV）报告[R/OL].[2015-04-16]. .SDx Central. Network functions virtualization report[R/OL].[2015-04-16]. .
[4]	李祥敬 . 云数据中心引入网络功能虚拟化 NFV[EB/OL].[2015-03-22]. . LI X J . Data center to introduce the function of the network virtualization[EB/OL].[2015-03-22]. .

[1]	唐鑫新, 曾学文, 凌致远, 宋磊. 可编程数据平面技术综述[J]. 电信科学, 2023, 39(4): 1-16.
[2]	诸葛斌, 王林超, 宋杨, 邵瑜, 董黎刚, 蒋献. 基于LSTM流量预测的路由规划和切换[J]. 电信科学, 2022, 38(8): 86-100.
[3]	徐胜超, 熊茂华, 周天绮. 基于萤火虫群优化的虚拟机放置方法[J]. 电信科学, 2022, 38(3): 172-182.
[4]	吴晓春, 洪晨, 张岳, 张俊楠, 周静静. 基于微服务架构的粒度可变服务功能链映射算法[J]. 电信科学, 2022, 38(12): 11-26.
[5]	张岳, 张俊楠, 吴晓春, 洪晨, 周静静. 基于改进灰狼优化算法的服务功能链映射算法[J]. 电信科学, 2022, 38(11): 57-72.
[6]	刘台, 朱超, 程意, 王一鸣. 基于SDN的战术通信网络架构研究[J]. 电信科学, 2022, 38(10): 120-130.
[7]	袁硕, 任奕璟, 王则予, 孙耀华, 彭木根. 软件定义的星地融合智能无线网络[J]. 电信科学, 2021, 37(6): 66-77.
[8]	张帆, 谢光伟, 郭威, 扈红超, 张汝云, 刘文彦. 基于拟态架构的内生安全云数据中心关键技术和实现方法[J]. 电信科学, 2021, 37(3): 39-48.
[9]	朱泓艺, 陆肖元, 李毅. 网络空间内生安全试验场管理技术[J]. 电信科学, 2021, 37(3): 66-74.
[10]	胡道允, 齐进, 陆钱春, 李锋, 房红强. 基于深度学习的流量工程算法研究与应用[J]. 电信科学, 2021, 37(2): 107-114.
[11]	全硕, 王旭亮, 朱泽亚. 5G+时代的软件定义安全技术架构研究与实践[J]. 电信科学, 2021, 37(12): 60-71.
[12]	王旭亮, 全硕, 刘增义, 章军. 面向6G的新型可编程网络架构研究[J]. 电信科学, 2021, 37(12): 84-92.
[13]	胡骞, 赵国永, 霍晓莉, 李俊杰, 荆瑞泉, 闫飞, 武晓锋. 灰盒光传输设备的SDN管控技术研究及应用[J]. 电信科学, 2021, 37(12): 93-100.
[14]	牛佳, 颜永明, 林志华. SD-WAN隧道技术与组网模式[J]. 电信科学, 2021, 37(1): 137-146.
[15]	曹畅,张帅,刘莹,唐雄燕. 基于通信云和承载网协同的算力网络编排技术[J]. 电信科学, 2020, 36(7): 55-62.