一、引言

軟件定義廣域網(wǎng)(software-defined wide area network，SD-WAN)是軟件定義網(wǎng)絡(luò)(software defined networking，SDN)的重要分支，是目前SDN技術(shù)應(yīng)用的熱點(diǎn)領(lǐng)域。SD-WAN主要目標(biāo)是通過利用軟件技術(shù)、應(yīng)用策略部署以及overlay網(wǎng)絡(luò)等一系列技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)普通互聯(lián)鏈路能夠達(dá)到專線的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，降低流量成本，提高帶寬利用率;同時(shí)，對(duì)于多個(gè)站點(diǎn)，能夠根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況及配置策略，自動(dòng)選擇最佳路徑，實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡，保證全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

SD-WAN作為SDN的一種場(chǎng)景應(yīng)用，相關(guān)的技術(shù)還在不斷的演進(jìn)、成熟當(dāng)中，國(guó)內(nèi)許多實(shí)踐者都提出了自己的SD-WAN實(shí)施方案，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，管道是“業(yè)務(wù)殺手锏”，如何引入SD-WAN，并且使SD-WAN成為殺手锏的磨刀石是近年來各運(yùn)營(yíng)商重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

本文將通過對(duì)Google SDN的部署分析，總結(jié)其SD-WAN部署成功的關(guān)鍵要素，借鑒到運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中，幫助運(yùn)營(yíng)商找到SD-WAN部署切入點(diǎn)。

二、Google案例分析

Google 的網(wǎng)絡(luò)分為數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)及WAN，其中WAN 按照流量方向由兩張骨干網(wǎng)構(gòu)成，分別為數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)(G-scale network)和面向Internet用戶訪問的網(wǎng)絡(luò)(I-scale network)，互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)用來連接Google位于世界各地之間的數(shù)據(jù)中心，屬于內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)。

Google優(yōu)選了數(shù)據(jù)中心之間互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)做了SDN改造，通過應(yīng)用程序(軟件)控制各個(gè)數(shù)據(jù)中心的邊界網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，保證高優(yōu)先級(jí)的應(yīng)用流量最低時(shí)延到達(dá)，低等級(jí)的流量填充空余鏈路帶寬，從而使得其高昂的海底光纜得以充分利用。

圖1 Google B4網(wǎng)絡(luò)

Google相比其他眾多的SDN實(shí)踐者取得更多成果主要得益于以下幾點(diǎn)：

1. 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單清晰

有利用SDN化的改造。Google數(shù)據(jù)中心再多，但總歸有限，并且WAN的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模相比運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)更單一簡(jiǎn)單，實(shí)際上是一個(gè)內(nèi)部可控網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備單一，便于網(wǎng)絡(luò)改造。通過對(duì)控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面的改造，使得網(wǎng)絡(luò)更智能，路由選擇更合理，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量更好。

2. 強(qiáng)大的研發(fā)能力

Google是開發(fā)和運(yùn)營(yíng)一體化公司，強(qiáng)大的研發(fā)能力或者說Google自有產(chǎn)業(yè)生態(tài)圈足以支持從底層硬件和軟件就開始為其量身打造一個(gè)龐大的云網(wǎng)融合系統(tǒng)。

3. 業(yè)務(wù)流量流向以及CoS等級(jí)規(guī)劃清晰

Google在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，就對(duì)其內(nèi)部數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的等級(jí)區(qū)分，什么樣的數(shù)據(jù)是高優(yōu)先級(jí)，什么是中、低優(yōu)先級(jí)已經(jīng)被明確定義。當(dāng)實(shí)施SDN化改造時(shí)，各等級(jí)數(shù)據(jù)流量大小明確，才能匯總出整體各個(gè)等級(jí)的流量情況，才可以指定匯總的CoS等級(jí)規(guī)劃。

4. 被允許一定程度的錯(cuò)誤發(fā)生

Google 為了維持管道高利用率，在保障高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上用中低優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)去填充。當(dāng)故障或高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)有突發(fā)流量等狀況發(fā)生時(shí)，低優(yōu)先級(jí)一定會(huì)被延遲發(fā)送或者丟棄，此時(shí)需要允許低等級(jí)的應(yīng)用出錯(cuò)，或者要求低等級(jí)應(yīng)用具備足夠的忍受力。

網(wǎng)絡(luò)智能化、數(shù)據(jù)分級(jí)化和應(yīng)用承受度是Google在SD-WAN上取得成功的關(guān)鍵要素，網(wǎng)絡(luò)智能化是一種能力，應(yīng)用數(shù)據(jù)的分級(jí)才是真正的核心，應(yīng)用承受度是選擇的標(biāo)準(zhǔn)。而對(duì)于使用者來說，對(duì)承載的應(yīng)用進(jìn)行“網(wǎng)絡(luò)化改造”，使之與新網(wǎng)絡(luò)匹配是SD-WAN應(yīng)用的必不可少的一環(huán)。

三、運(yùn)營(yíng)商SD-WAN部署難點(diǎn)分析

現(xiàn)階段，提供WAN服務(wù)的主要為三大基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)商，“BAT”目前正在逐步實(shí)施自建WAN工作。以國(guó)內(nèi)最大的基礎(chǔ)運(yùn)營(yíng)商中國(guó)電信為例，已建WAN網(wǎng)絡(luò)包括Internet網(wǎng)絡(luò)Chinanet、高品質(zhì)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)CN2以及各種形式部署構(gòu)建的MPLS/專線網(wǎng)絡(luò)，從層級(jí)上看WAN也可以分為接入、城域和骨干網(wǎng)。從SD-WAN的使用角度看，運(yùn)營(yíng)商可以是SD-WAN的使用者，期望通過SD-WAN的部署，為“BAT”提供更好的WAN服務(wù)或者直接向客戶提供SD-WAN服務(wù);“BAT”將會(huì)是潛在的SD-WAN的部署者、使用者，他們希望基于運(yùn)營(yíng)商的WAN網(wǎng)絡(luò)并繞過網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)搭建自己“黑網(wǎng)絡(luò)”的SD-WAN。本節(jié)圍繞Google SD-WAN成功這幾個(gè)要素，結(jié)合國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商WAN網(wǎng)絡(luò)實(shí)際情況，分析運(yùn)營(yíng)商SD-WAN部署的切入難點(diǎn)。

1. 智能化網(wǎng)絡(luò)改造難點(diǎn)

網(wǎng)絡(luò)智能化的核心是要賦予網(wǎng)絡(luò)一個(gè)“智慧的大腦”，能夠根據(jù)各種不同的需求，賦予網(wǎng)絡(luò)不同的承載形式和業(yè)務(wù)形態(tài)。現(xiàn)階段，運(yùn)營(yíng)商還很難為現(xiàn)有的廣域網(wǎng)絡(luò)賦予一個(gè)智慧的大腦，改造成為像Google B4網(wǎng)絡(luò)一樣，具備“智能路由選擇”的能力。

以中國(guó)電信的WAN網(wǎng)絡(luò)為例，實(shí)施全網(wǎng)性的控制面和承載面分離，將控制面統(tǒng)一到SDN Controller，將面臨接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)的36多萬臺(tái)各種品牌、各種型號(hào)的路由器，其他交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備更多得不計(jì)其數(shù)。如何協(xié)同眾多品牌、不同批次的設(shè)備按一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行改造，成本將會(huì)是天量級(jí)別，無法接受。

較為可行的方案是通過underlay方式改造網(wǎng)絡(luò)，即以統(tǒng)一網(wǎng)管的方式實(shí)現(xiàn)部分 “智能網(wǎng)絡(luò)”的功能，這種方案可以在一定程度上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置的靈活性，具備一定的流量調(diào)度能力，提升業(yè)務(wù)響應(yīng)能力。但這種underlay方式存在的最大問題是，將“智能”限定在了一個(gè)有限的范圍內(nèi)，這個(gè)范圍可能是同一品牌設(shè)備、一個(gè)城域網(wǎng)或者一個(gè)運(yùn)營(yíng)商內(nèi)。對(duì)于WAN的使用者來說，近年來隨著運(yùn)營(yíng)商加大基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)投資，已經(jīng)基本解決了其基本的網(wǎng)絡(luò)承載流量需求，管道已經(jīng)足夠?qū)挘谝粋€(gè)城市、一個(gè)區(qū)域的準(zhǔn)智能化網(wǎng)絡(luò)并不能滿足他們的需求。

所以，運(yùn)營(yíng)商WAN網(wǎng)絡(luò)在將來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)還只能是一個(gè)缺乏整體大腦的網(wǎng)絡(luò)，達(dá)不到全網(wǎng)隨選的智能化要求。

2. 數(shù)據(jù)分級(jí)和容錯(cuò)

定義數(shù)據(jù)等級(jí)是由應(yīng)用的特點(diǎn)和需求決定，同一個(gè)應(yīng)用在不同場(chǎng)景下，數(shù)據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)QoS的要求也是不同的。比如采用雙活部署的應(yīng)用內(nèi)，應(yīng)用的雙活同步數(shù)據(jù)要求很高，日常的系統(tǒng)備份的數(shù)據(jù)相對(duì)就可以較低。

對(duì)于有著多站點(diǎn)互聯(lián)需求的企業(yè)，目前企業(yè)很少會(huì)和運(yùn)營(yíng)商溝通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)分級(jí)，一是因?yàn)閷?duì)于已有系統(tǒng)，數(shù)據(jù)分級(jí)會(huì)涉及對(duì)現(xiàn)有應(yīng)用的改造，現(xiàn)有的企業(yè)專線帶寬價(jià)格足以支撐其一刀切的承載方式;二是數(shù)據(jù)分級(jí)會(huì)涉及企業(yè)內(nèi)部的數(shù)據(jù)管理，而涉及管理層面的問題往往不是IT人員能夠通過設(shè)計(jì)解決的。因此，可以看到現(xiàn)實(shí)中大部分企業(yè)對(duì)SD-WAN的“分業(yè)務(wù)等級(jí)的多路徑選擇”功能并沒有想象中的熱情，主要原因就是企業(yè)無法真正將應(yīng)用數(shù)據(jù)等級(jí)進(jìn)行合理區(qū)分。

而應(yīng)用數(shù)據(jù)等級(jí)在服務(wù)器的出口打上標(biāo)簽，讓網(wǎng)絡(luò)知道應(yīng)用數(shù)據(jù)的重要性，便于網(wǎng)絡(luò)分級(jí)承載、差異化運(yùn)營(yíng)，是運(yùn)營(yíng)商“云網(wǎng)融合”的核心，是實(shí)施SD-WAN的主要驅(qū)動(dòng)力。但是由于目前絕大部分的業(yè)務(wù)使用者都還沒有意識(shí)到數(shù)據(jù)分級(jí)的重要性，使得運(yùn)營(yíng)商在實(shí)施“分業(yè)務(wù)等級(jí)的多路徑選擇”等SD-WAN典型業(yè)務(wù)特征網(wǎng)絡(luò)改造困難重重。對(duì)于WAN的運(yùn)營(yíng)商來說，用戶沒有對(duì)數(shù)據(jù)分級(jí)就會(huì)造成“應(yīng)用數(shù)據(jù)變成客戶數(shù)據(jù)”，在同樣的價(jià)格體系下，對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說，所有客戶都是一樣重要的，且都是不允許出錯(cuò)的，在這種情況下運(yùn)營(yíng)商也只有每年投資拓寬“管道帶寬”一種辦法可以做。

四、SD-WAN現(xiàn)階段應(yīng)用實(shí)踐

在現(xiàn)實(shí)中，在缺乏網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用融合的條件下，運(yùn)營(yíng)商可以利用在網(wǎng)絡(luò)出口上設(shè)計(jì)不同網(wǎng)絡(luò)帶寬、OoS的網(wǎng)絡(luò)提供差異化的服務(wù)。

在大部分運(yùn)營(yíng)商WAN組網(wǎng)案例中，大企業(yè)客戶會(huì)將應(yīng)用都劃入一個(gè)較高等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，采用高QoS保障的網(wǎng)絡(luò)承載方式，中小企業(yè)則會(huì)選擇中低QoS保障的網(wǎng)絡(luò)。運(yùn)營(yíng)商會(huì)為這些不同的客戶在網(wǎng)絡(luò)出口(如以VLAN標(biāo)簽的方式)打上不同客戶等級(jí)的數(shù)據(jù)等級(jí)標(biāo)簽，進(jìn)行差異化承載。

在SDN之前，運(yùn)營(yíng)商會(huì)針對(duì)上述設(shè)計(jì)通過光纖將企業(yè)接入電信機(jī)房，在電信機(jī)房實(shí)施“硬邊緣”設(shè)備將不同等級(jí)的客戶進(jìn)行分級(jí)承載。造成的問題是客戶需要背負(fù)較重的企業(yè)專業(yè)租賃價(jià)格，且無法根據(jù)業(yè)務(wù)形態(tài)靈活的變化;運(yùn)營(yíng)商在廣域網(wǎng)范圍內(nèi)無法進(jìn)行靈活的智能路由選擇和流量填充。

結(jié)合SDN的思想，借鑒Google的SD-WAN設(shè)計(jì)，現(xiàn)階段結(jié)合云計(jì)算虛擬化技術(shù)的普及應(yīng)用，通過將企業(yè)邊界軟化，構(gòu)建“軟邊緣”的方式引入簡(jiǎn)化版的SD-WAN，如圖2所示。

圖2 簡(jiǎn)化版SD-WAN

圖2中有3種專線，紅色虛線是高QoS保障的MPLS專線，綠色虛線是較高QoS保障的通過隧道方式提供的虛擬專線，黃色虛線是較低QoS保障的Internet專線，3種方式均建立在基于SD-WAN控制器控制下的CPE設(shè)備上，CPE設(shè)備可以采用白盒設(shè)備或者虛擬機(jī)。SD-WAN控制器可以根據(jù)設(shè)計(jì)好的數(shù)據(jù)信息配置路由方式，并下發(fā)配置到CPE，CPE選擇不同的物理網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行“最合理”數(shù)據(jù)路由。

采用這種方式，IDC內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)不需要進(jìn)行改造，只需要在網(wǎng)絡(luò)出口/入口上引入SDN概念，簡(jiǎn)化了實(shí)施難度，規(guī)避大網(wǎng)設(shè)備多樣的問題。第一，通過SD-WAN控制器，實(shí)現(xiàn)CPE設(shè)備的集中管理以及自動(dòng)化配置，實(shí)現(xiàn)各種接入方式的配置管理，提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，增加網(wǎng)絡(luò)的靈活性和機(jī)動(dòng)性。第二，運(yùn)營(yíng)商可以通過SD-WAN控制進(jìn)行流量填充運(yùn)營(yíng)，來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)利用的最大化，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)價(jià)值最大化。第三，為有能力的客戶帶來網(wǎng)絡(luò)接入接口，將大網(wǎng)路由調(diào)度有條件、有范圍的開放給企業(yè)客戶，也可以讓中小企業(yè)在可忍受的情況下節(jié)約成本。

五、結(jié)束語(yǔ)

當(dāng)前，大部分SD-WAN高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)的解決方案實(shí)際上是一種承載在原來WAN網(wǎng)絡(luò)上的overlay解決方案，通過疊加網(wǎng)絡(luò)“隧道”，利用高品質(zhì)網(wǎng)絡(luò)輕載的特點(diǎn)，局部改善網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，并不完全能達(dá)到客戶對(duì)SD-WAN的期望。本文基于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀基礎(chǔ)，分析了在現(xiàn)有運(yùn)營(yíng)商基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)向互聯(lián)網(wǎng)SDN轉(zhuǎn)型的過程中，將WAN改造成SD-WAN存在的困難和局限，結(jié)合對(duì)Google網(wǎng)絡(luò)的分析提出了現(xiàn)階段運(yùn)營(yíng)商引入SD-WAN的切入點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)利益最大化。

本文通過對(duì)基于運(yùn)營(yíng)商SD-WAN建設(shè)切入難點(diǎn)的探討，重點(diǎn)分析現(xiàn)階段運(yùn)營(yíng)商全網(wǎng)引入SD-WAN的難點(diǎn)和可行性，提出了基于IDC應(yīng)用的部署方向。但由于時(shí)間和能力所限，暫未對(duì)實(shí)際應(yīng)用效果做進(jìn)一步的跟蹤和分析，希望工作中將繼續(xù)跟蹤本項(xiàng)目的研究，切實(shí)把握好SD-WAN對(duì)于運(yùn)營(yíng)商部署的實(shí)際意義，做大做強(qiáng)運(yùn)營(yíng)商SDN。