第五代无线通信技术5G因他的高传输速度与低延迟早就被人们所知,5G的传输速度将会是4G的100多倍。每一代无线通信技术的诞生都带来了更高速的上网体验,从3G的100多KB/S的下载速度到4G的1M/S的下载速度与新技术有着千丝万缕的关系。现在,4G的发展也遇到了瓶颈,由SDN、NFV技术支持的5G开始引领下一代无线通信潮流。

SDN(软件定义网络)是什么?

软件定义网络(SDN)是一种新架构,旨在实现更灵活,更具成本效益的网络。SDN的目的是通过使企业和服务供应商能够快速响应不断变化的业务需求来改善网络控制。

在SDN中,网络工程师或管理员可以从控制台调整流量,而无需接触网络中的各个交换机。无论服务器和设备之间的具体如何连接,集中式SDN控制器都会指示交换机在任何需要的地方提供网络服务。

SDN允许通过采用网络架构的新方法来动态配置网络。在传统的网络设备中,如路由器或交换机,包含控制和数据板块。控制板块将通过网络的路由来确定流量,而数据板块是实际承载网络流量的一部分。通过分离控制板块和数据板块,可以使供应商使用独立管理的软件在外部配置网络设备,并且可以将网络从封闭系统转换为开放系统。

SDN的特性

  • 直接可编程:对网络控制和数据板块进行去耦,使网络智能能够驻留在基于软件的SDN控制器中。

  • 开放:促进行业内部就开放标准管理不同供应商设备达成共识。SDN的开放标准是成功采用该技术的关键,并促进了蜂窝生态系统中基于SDN的创新。

  • 灵活:根据不断变化的流量场景和部署特征,为运营商实现蜂窝网络的动态配置,管理和优化。

SDN的架构

典型的SDN架构包括三层:应用层、控制层和基础设施层。


  • 应用层包含组织使用的电信网络应用或功能,包括入侵检测系统,负载平衡或防火墙。在传统网络使用专用设备的情况下,SDN将设备替换为使用控制器来管理数据板块行为的应用程序。该层承载SDN应用,并通过标准化API,北向接口与支持SDN的控制器通信。开发人员可以编写用于配置网络的应用程序,而不必担心底层网络的详细信息。SDN应用程序可以是网络应用程序,云编排或业务应用程序。

  • 控制层代表集中式SDN控制器软件,充当软件定义网络的大脑。该控制器驻留在服务器上,管理整个网络中的策略和流量。SDN将控制板块与数据板块分离。SDN控制器位于控制层中,可转换应用层要求并控制SDN数据路径。SDN控制器构建并呈现网络的逻辑映射,以便由位于应用层内的SDN应用进行有效的决策。

  • 基础设施层由网络中的物理交换机组成。该层被称为实现SDN数据路径并转发实际流量的实际网络硬件(核心网络、基站、交换机、路由器等)。基础架构层需要实现基于开放标准的基础架构程序化访问,以实现SDN控制器的编程。

这三层使用相应的北向和南向API进行通信。例如,应用程序通过其北向接口与控制器通信,而控制器和交换机使用南向接口(例如OpenFlow)进行通信。

SDN如何运作

SDN包含多种类型的技术,包括功能分离、网络虚拟化和通过可编程性实现的自动化。

最初,SDN技术专注于将网络控制板块与数据板块分离。当控制板块决定数据包应如何流经网络时,数据板块实际上将数据包从一个地方移动到另一个地方。

在传统的SDN场景中,数据包到达网络交换机,交换机专有固件内置的规则告诉交换机转发数据包的位置。这些数据包处理规则从集中控制器发送到交换机。

交换机(也称为数据板块设备)根据需要向控制器查询指导,并为控制器提供相关的流量信息。交换机将沿同一路径发送到同一目的地的每个数据包并以完全相同的方式处理所有数据包。

SDN使用被称为自适应或动态的操作模式,其中交换机向没有特定路由的数据包发出路由请求到控制器。此过程与自适应路由分开,自适应路由通过基于网络拓扑的路由器和算法发出路由请求。

SDN的虚拟化方面通过虚拟覆盖发挥作用,虚拟覆盖是物理网络之上的逻辑上独立的网络。用户可以实现端到端覆盖以抽象底层网络和分段网络流量。这种微分段对于具有多租户云环境和云服务的服务提供商和运营商尤其有用,因为他们可以为每个租户提供具有特定策略的单独虚拟网络。

SDN的优点

使用SDN,管理员可以在必要时更改任何网络交换机的规则——优先级,优先级规则会对其进行排序甚至阻止特定类型的数据包,并具有精细的控制和安全级别。这在云计算多租户架构中尤其有用,因为它使管理员能够以灵活且高效的方式管理流量负载。从本质上讲,这使管理员能够使用较便宜的商品交换机,并且比以前对网络流量拥有更多控制权。


使用SDN的其他优点是网络管理和端到端可见性。网络管理员只需处理一个集中控制器即可将策略分发给连接的交换机,而不是配置多个单独的设备。此功能也具有安全性方面的优势,因为控制器可以监控流量并部署安全策略。例如,如果控制器认为流量可疑,则可以重新路由或丢弃数据包。

SDN还能虚拟化以前由专用硬件执行的硬件和服务,从而减少了硬件占用空间和降低运营成本。

此外,SDN有助于软件定义的广域网(SD-WAN)技术的出现。SD-WAN采用SDN技术的虚拟覆盖方面,在整个WAN中抽象组织的连接链接,并创建一个虚拟网络,可以使用控制器认为适合发送流量的任何连接。

为什么5G需要SDN?

5G不仅仅是下一代移动网络服务,5G正在成为一个点对点的系统,他将实现一个完全移动的互联社会并支持各种实例。其中包括

  • 密集区域的高容量、高性能室内和室外的宽带接入,实现宽带的区域全覆盖

  • 可靠的“生命线”通信

  • 支持对延迟敏感应用的实时通信,包括视频、物联网(IoT)、机器类通信、车辆通信、电子医疗应用(如远程手术)、超大规模传感器网络,以及工业控制和安全机制,包括控制电网、交通、自动驾驶汽车和“智慧城市”管理

  • 娱乐、虚拟现实和其他新型用户体验

正如高速互联网连接和智能手机引发的颠覆性变化。例如,在内容制作和消费方面,5G将改变各个行业,包括电信、汽车、医疗保健、政府、公用事业、制造和运输。

5G的关键特性,不仅仅是更大的带宽或低延迟。它还涉及灵活性、敏捷性、可管理性以及能够创建新服务。5G运营商希望他们的基础设施能够提供他们在建设时没有包含的服务。SDN是这些功能的基础。

基于SDN的架构将使运营商能够在持续运营服务的同时提供网络即服务和高效管理资源。在数据中心内,SDN还将帮助运营商控制资源,以便在快速路径中进行高度可扩展的数据包处理和转发。


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