软件定义网络SDN在运营商IP城域网中的应用研究

发布时间：2020-06-27 03:01

【摘要】：随着云网协同、雾计算、工业互联网、物联网等概念的提出,网络规模和流量将快速的增长,大量设备可随时随地与网络进行连接。宽带网络规模也将从60多亿人的连接增加到600多亿物的连接。运营商IP城域网旨在支撑宽带、视频业务,同时也需要随业务需求的变化及应用更新升级而不断演进。高带宽、低时延、多连接、采用云化方式对外提供服务,用户端移动性、服务器端云化和数据海量化逐渐成为发展趋势,这就导致运营商IP城域网在不断扩大覆盖范围,增强带宽接入能力的同时,也要考虑未来网络服务方式的转变。软件定义网络SDN由此而诞生,它不仅仅是一种技术,更是一种理念和思想。本文首先介绍了软件定义网络SDN的起源发展和国内三大运营商针对SDN的演进发展要求,运营商相继发布了新一代网络架构白皮书,旨在推动运营商IP城域网网络架构的演进,以迎接物联网、云计算时代的到来。本文重点分析了当前运营商IP城域网网络现状、业务现状及存在问题,随着智能化设备的大规模接入网络,Session会话连接数的大幅度增加、网络状况的动态变化、IP协议的交互,导致IP城域网中路由器、交换机CPU计算处理能力成为瓶颈;随着固网以及5G网络大规模部署试点,IP城域网中BRAS设备愈发庞大,且独立部署、无法实现资源共享;随着增值业务的部署以及多种业务的叠加开展,业务开发响应周期长、能力弱,无法实现网络的智能化控制。本文结合软件定义网络SDN技术特点以及SDN控制器、SDN交换机、OpenFlow、网络功能虚拟化等关键技术指标,同时根据运营商IP城域网的业务模型及流量分析,设计了符合运营商IP城域网发展的软件定义网络SDN方案,通过将路由器、交换机中管理和控制平面分离至基于X86架构的虚拟化云资源池,用于各种网络协议的管理控制、策略下发、流程调度、路由选择等,同时采用VM虚拟化技术实现资源共享,采用SDN控制器及北向接口实现业务的灵活调度开展,用户自主随选套餐。转发平面依旧由路由器、交换机来承接,用于在IP城域网中进行数据包信息的路由转发。最后,通过对网络设备进行配置以及性能指标的测试分析,验证软件定义网络SDN部署的可行性。本文的研究有助于运营商IP城域网的网络演进,具有指导工程项目建设实施的意义。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP393.1
【图文】：

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图 1.1 新型 IP 城域网网络结构图层次化逻辑架构：转发、控制、编排层次化的逻辑架构；控制层南向接口采用Openflow[6]；控制层北向接口采用 API。城域两级数据中心架构：城域数据中心由城域核心数据中心与城域边缘节点组成；城域边缘节点可由汇聚机房改造而成；城域边缘节点与城域核心数据中心之间通过SDN 形成虚拟数据中心，实现资源共享，并面向客户提供业务体验能力。转发面网络架构面向数据中心：城域网边缘分布式转发平面根据用户/业务分流到城域网边缘节点/数据中心；引入 OpenFlow 技术，关注端到云的业务通道[7]，传统城域网 BRAS 及 CR 作为底层网络转发设备。1.3 课题的研究意义本课题为了解决网络功能软硬件之间的紧密耦合，硬件资源和虚拟资源独立运行，不能实现资源共享等问题，进而提高网络速度、可靠性、能效以及安全性。本课题基本思想是将复杂的控制逻辑从交换机/路由器等设备中分离开来，通过软件定义的方式

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图 2.1 IP 城域网网络结构图2.1 所示，IP 城域网分为三层：包括核心网、业务控制层和汇聚层。20 台 CR 路由器作为各地市核心出口设备，用于汇聚转发路由；业务 BRAS/MSE 用于宽带认证、公私网地址转换等；汇聚层包括 92 台汇T 的汇聚接入；附属周边网络包括 IDC 网络、天翼高清网络以及 DPI、维支撑系统。营商 IP 城域网接入的用户群体包括家庭宽带用户、IPTV 用户、政企其中家庭宽带用户通过接入网 PON 网络--IP 城域网--骨干网/IDC 网IPTV 用户通过接入网 PON 网络--IP 城域网--IPTV 区域边缘节点 CDN 获取直播、点播等视频资源；政企客户/LTE 通过无线网--IPRAN 网网/IDC 网络获取网络资源。问题分析运营环境已逐渐开放，运营商之间也形成了激烈的竞争环境。用户

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