淺談“云網(wǎng)關(guān)”轉(zhuǎn)控對(duì)接技術(shù)

作者：蔡伸? ?單位：中國移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營中心

在東數(shù)西算的大背景下，為深入落實(shí)中國移動(dòng)集團(tuán)云網(wǎng)融合升級(jí)戰(zhàn)略，實(shí)現(xiàn)為用戶提供“連接+算力+能力”一體化服務(wù)，達(dá)成“網(wǎng)絡(luò)無所不達(dá)、算力無所不在、智能無所不及”的愿景，中國移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營中心開拓創(chuàng)新，推出云網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品，將網(wǎng)關(guān)云化放在邊緣側(cè)，為家庭算網(wǎng)的發(fā)展和推廣打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。云網(wǎng)關(guān)是SDN架構(gòu)下的產(chǎn)物，轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面分離是其中的核心思想，今天就來帶大家簡單了解一下智慧家庭云網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)控分離對(duì)接技術(shù)。

1、什么是“云網(wǎng)關(guān)”？

云網(wǎng)關(guān)主要是指將用戶接入網(wǎng)關(guān)放到邊緣云側(cè)，云網(wǎng)關(guān)承接用戶上網(wǎng)，增值業(yè)務(wù)流量調(diào)度等功能。服務(wù)提供側(cè)通過云網(wǎng)關(guān)就近接入各類業(yè)務(wù)，使用戶能夠簡單的實(shí)現(xiàn)一跳上云，簡單高效地體驗(yàn)穩(wěn)定高性能的海量增值業(yè)務(wù)。

云網(wǎng)關(guān)的部署應(yīng)用更加接近用戶家庭，結(jié)合算力網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃，以云網(wǎng)關(guān)為基礎(chǔ)，發(fā)展云網(wǎng)關(guān)衍生應(yīng)用，可以發(fā)掘海量的家庭“算力”，為家庭算力的模型構(gòu)建以及運(yùn)用打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

當(dāng)然，云網(wǎng)關(guān)的種種好處離不開它基于SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心思想，即轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離的理念。

2、“云網(wǎng)關(guān)”開創(chuàng)用戶上網(wǎng)新模式

云網(wǎng)關(guān)開創(chuàng)了一種用戶接入網(wǎng)絡(luò)新形式。家庭寬帶上網(wǎng)方式的發(fā)展歷史可以概括為從撥號(hào)連接到電纜調(diào)制解調(diào)器，到DSL和光纖到戶，再到云網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)絡(luò)速度和連接方式不斷升級(jí)，用戶的上網(wǎng)體驗(yàn)也越來越好。

總的來說，互聯(lián)網(wǎng)接入中國的二十多年里，家庭寬帶用戶上網(wǎng)的方式發(fā)生了多次重大的變化，每次變化都給用戶的體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量帶來了跨越式的提升，云網(wǎng)關(guān)也不例外。

3、“云網(wǎng)關(guān)”的技術(shù)架構(gòu)

云網(wǎng)關(guān)基于SDN思想，實(shí)現(xiàn)了一套轉(zhuǎn)控分離的高性能轉(zhuǎn)發(fā)框架。

轉(zhuǎn)發(fā)面：在云網(wǎng)關(guān)中，轉(zhuǎn)發(fā)面（轉(zhuǎn)發(fā)進(jìn)程）主要負(fù)責(zé)根據(jù)策略，路由等規(guī)則，進(jìn)行高性能純數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和流量調(diào)度。

控制面：與傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)不同的是，在云網(wǎng)關(guān)中控制面分成兩個(gè)層級(jí)。

（1）設(shè)備控制面

云網(wǎng)關(guān)的設(shè)備控制面，主要負(fù)責(zé)一些路由協(xié)議的協(xié)商和鄰居建立，如BGP、OSPF、RIP等常見協(xié)議路由獲取導(dǎo)入以及生成，再通過轉(zhuǎn)控對(duì)接方式，將計(jì)算后的路由結(jié)果下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)面，轉(zhuǎn)發(fā)面只需要根據(jù)下發(fā)的路由結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)包的匹配轉(zhuǎn)發(fā)，不需要參與到特定的路由計(jì)算和生成環(huán)節(jié)。

與此同時(shí)，設(shè)備控制面還負(fù)責(zé)協(xié)議的控制報(bào)文生成和交互，如IPsec加密隧道的IKE生成等。除此之外，設(shè)備控制面還負(fù)責(zé)ARP報(bào)文的解析生成ARP表項(xiàng)的下發(fā)，同步轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面接口MTU等一系列需要計(jì)算和維護(hù)的功能。

由此可以看出，一系列功能的處理和運(yùn)行，對(duì)設(shè)備內(nèi)部控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面的對(duì)接方式有了較高的要求，具體會(huì)在下個(gè)章節(jié)進(jìn)行介紹。

（2）控制器以及運(yùn)營平臺(tái)

云網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元層面的控制面，就是一般意義上的SDN控制面，如上圖所示，總的來說在云網(wǎng)關(guān)管理系統(tǒng)中，管理面（云網(wǎng)關(guān)控制器以及運(yùn)營平臺(tái)）主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/a>發(fā)現(xiàn)和管理、流量控制和管理、網(wǎng)絡(luò)安全管理、業(yè)務(wù)訂單管理等功能，與設(shè)備內(nèi)部層面不同的是，網(wǎng)元側(cè)控制面在更宏觀的角度對(duì)設(shè)備進(jìn)行管理，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)度編排，更充分劃分了一個(gè)大腦的功能。

然而，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，流量控制，訂單管理依賴各類完全不同的南北向接口，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)面控制面的邊界劃分，內(nèi)部協(xié)議貫通對(duì)齊，都有新的挑戰(zhàn)，對(duì)架構(gòu)規(guī)劃以及研發(fā)能力有較高要求。

4、“云網(wǎng)關(guān)”的轉(zhuǎn)控對(duì)接方案

綜合前面幾個(gè)小節(jié)所描述的，因?yàn)樵凭W(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)面控制面分為設(shè)備內(nèi)部和網(wǎng)元單元，所以云網(wǎng)關(guān)的轉(zhuǎn)控對(duì)接技術(shù)，不能簡單的理解成傳統(tǒng)意義上設(shè)備和控制器的南北向接口，設(shè)備內(nèi)部的實(shí)現(xiàn)更多地基于底層驅(qū)動(dòng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，計(jì)算機(jī)底層原理的理解運(yùn)用，而網(wǎng)元單元更多的是網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)相結(jié)合的技術(shù)。

4.1 常見的南北向接口

? OpenFlow

OpenFlow是一種網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，伴隨SDN誕生，可以說是最早的南向協(xié)議，屬于數(shù)據(jù)鏈路層，能夠控制網(wǎng)上交換器或路由器的轉(zhuǎn)發(fā)平面（forwarding plane），借此改變網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包所走的網(wǎng)絡(luò)路徑。

? Netconf

IETF在2003年5月成立了Netconf工作組，該工作組主要是為了提出一個(gè)全新的基于XML的網(wǎng)絡(luò)配置（Netconf）協(xié)議而成立的。該工作組已于2006年12月通過了Netconf協(xié)議的基本標(biāo)準(zhǔn)RFC4741-4744，2011年6月RFC6241、RFC6242替代了原有的 RFC4741、RFC4742，RFC4743和 RFC4744則被標(biāo)記為歷史資料。

? PCEP

路徑計(jì)算單元協(xié)議（Path Computation Element Protocol，PCEP）：為MPLS網(wǎng)絡(luò)域間流量工程（Traffic Engineering，TE）等應(yīng)用提出的，以支持集中化的路徑計(jì)算。

如上所述，云網(wǎng)關(guān)也有一套自己的南北向?qū)臃绞健?/strong>