5G ağ dönüşümünün itici gücü - SDN'nin geçmişi ve bugünü
Lei Feng net notu: Bu makale Intel Çin Araştırma Enstitüsü'nden alınmıştır.
MIT Review tarafından 2009 yılında en iyi 10 teknolojik ilerlemeden biri olarak seçildiğinden beri SDN, önemli ölçüde popülerliğini korumuştur. Kelimenin tam anlamıyla, SDN Yazılım Tanımlı Ağ (Yazılım tanımlı ağ) kısaltması, özü, ağ cihazı kontrol düzlemi ile yönlendirme düzleminin ayrılması yoluyla ağ trafiğinin esnek kontrolünü sağlamaktır. Peki, "yazılım" "ağı" nasıl tanımlar ve "5G ağları" üzerinde nasıl bir etkisi vardır? Bugün SDN'den bahsedelim.
SDN'nin kökeni: dağıtılmış mı yoksa merkezileştirilmiş mi?
SDN söz konusu olduğunda, sektördeki kişiler kaçınılmaz olarak " Yönlendirme, kontrolün ayrılması "Aslında, SDN'nin özü tek kelimeyle açıklanabilir: SDN yeniden başlamadı, sadece geleneksel ağı yeniden yapılandırıyor.
İnternetin yaratıcısı APRANET'ten başlayarak, geleneksel ağlar, erişilebilir bilgileri bir dizi ağ protokolü aracılığıyla ileten dağıtılmış bir mimari benimsemiştir. Ara bağlantı sağlamak için bir on on, on yüz geçer. Bu yapının en önemli özelliği, yönlendirme ve kontrolün birleşimidir: her düğüm kendi yönlendirme kurallarına karar verir; bir düğüm hasar gördüğünde veya yeni bir düğüm katıldığında, her bir düğüm yeniden öğrenir ve tekrar iletişim kurmak için ağ protokolü aracılığıyla birleşir.
-
ARP: Adres Çözümleme Protokolü, ana bilgisayar MAC adresini IP adresi aracılığıyla alın
-
OSPF: Önce En Kısa Yolu Aç, otonom bir etki alanındaki bağlantı durumuna dayalı bir yönlendirme protokolü
-
RIP: Routing Information Protocol, otonom bir alanda kullanılan bir mesafe vektörü tabanlı yönlendirme protokolü
-
BGP: Farklı otonom etki alanları arasında yönlendirme bilgisi alışverişi yapmak için kullanılan Sınır Ağ Geçidi Protokolü
Geleneksel ağ
Bu "ayrı yönetişim" yaklaşımı iyi görünüyor, bazı düğümlerin başarısız olma riskine karşı koyabilir ve belirli bir ölçeklenebilirliğe sahiptir. Bununla birlikte, İnternetin hızla gelişmesiyle, özellikle bulut bilişim ve büyük veri gibi yeni ortaya çıkan teknolojilerin ortaya çıkmasıyla birlikte, geleneksel ağların darboğazı yavaş yavaş ortaya çıkmıştır.Örneğin, her düğüm, yönlendirme kurallarına bağımsız olarak karar verir ve genel bir kavramdan yoksundur; yeni ağ protokollerinin geliştirilmesi tüketir. Çok beklemek.
Yukarıdaki sorunlara yanıt olarak, bazı şirketler 1990'lardan beri yönlendirme ve kontrolü ayırmaya çalıştı. SDN teriminin oluşturulması ve popülerliği, OpenFlow'u neredeyse gerçek güneye giden arayüz standardı haline gelen Stanford Üniversitesi'nden Profesör Nick McKeown'a atfediliyor.
SDN ağ mimarisi, aşağıdan yukarıya yönlendirme düzlemi, kontrol düzlemi ve uygulama katmanı olmak üzere üç katmana bölünmüştür. Aşağıya bakan arayüz, yönlendirme kurallarının yapılandırılmasından ve değiştirilmesinden sorumlu olan güneye giden arayüzdür. Ana akım standardı yukarıda bahsedilen OpenFlow'dur. Yukarıya doğru kontrol, ağ uygulamalarının ağ özelleştirmesini gerçekleştirmesi için API'ler sağlayan kuzeye giden arabirimdir Açık standartlaştırılmış arabirim yoktur.
SDN ağı
SDN'nin statükosu: yoğun ekim mi yoksa her yerde çiçek mi açıyor?
ONF (esas olarak SDN ve OpenFlow'un standardizasyonunu destekleyen Open Networking Foundation) 2011 yılında kurulduğundan beri, SDN temelde iki boyutta gelişmiştir: bir boyut, yönlendirme düzleminin, kontrol düzleminin ve güneye giden arayüzün evrimi dahil olmak üzere SDN'nin temel bileşenidir Diğeri ise diğer uygulama alanlarının bir uzantısıdır.
Yönlendiren yüz
Geleneksel ağların yeniden inşası olduğu için, yönlendirme düzleminin orijinal formu doğal olarak geleneksel ağ ekipmanına benzer. Veri merkezi ve ağ sanallaştırmasının yükselişiyle birlikte yazılım, yeni bir yönlendirme düzlemi olarak görünmeye başladı ve bunlardan biri açık kaynak topluluğunun Open vSwitch'i. Açık vSwitch'in DPDK (Intel ve bir üçüncü taraf yazılım geliştirme şirketi tarafından başlatılan bir veri düzlemi geliştirme kiti) ile birlikte, bazı uygulamalarda donanım performansına yakın mükemmel doğrusal anahtarlama yetenekleri sergilediğini belirtmek gerekir. Yazılımın yeniden yapılandırılabilirlik ve ölçeklenebilirlik açısından potansiyeli, donanıma göre eşsizdir ve çok geniş uygulama olanaklarına sahiptir.
Kontrol yüzeyi
SDN'nin merkezi beyni olan kontrol düzlemi, ağ operatörü tarafından tanımlanan politikalara göre ağ topolojisini ve yönlendirme kurallarını yapılandırır. Daha ünlü denetleyiciler OpenDayLight (şu anda en olgun açık kaynak platformu) ve ONOS'tur (kümeler, güvenilirlik ve performans iyileştirmeleriyle operatör alanına yöneliktir).
Southbound arayüzü
Güneye giden arayüzün gelişimi temelde OpenFlow'un öne çıktığını gösteriyor. OpenFlow, akış tablosunu yapılandırma nesnesi olarak kullanır.Akış tablosu, eşleşme, sayaç ve eylem dahil olmak üzere paketlerin temel işlenmesini tanımlar. OpenFlow'un başarısının anahtarı, yüksek derecede soyutlama ve uygulama kolaylığıdır.
Uygulama alanı uzantısı
Veri merkezinin başarısının ardından SDN başka alanlara da uygulanmaya başlandı. 5G ağ mimarisinin benimsenmesi, SDN tarihindeki bir başka önemli dönüm noktasıdır (3GPP yeni bir güneye bağlı arayüz tanımlayacak olsa da). 4G / LTE tasarımının başlangıcında, paket çekirdek ağı, yetersiz hizmetler ve düşük kullanıcı verisi gereksinimleri nedeniyle aşağıdaki mimariye göre tasarlandı. Erişim ağından veri akışı, hizmet ağ geçidine (S-GW) ve paket veri ağ geçidine (P-GW) birleştirilir.
4G / LTE ağ mimarisi
VR / AR, insansız sürüş ve drone kümeleri gibi yeni uygulamaların ve hizmetlerin sürekli ortaya çıkmasıyla, kullanıcılar yalnızca miktar (yani bant genişliği) açısından veri toplama için daha yüksek gereksinimlere değil, aynı zamanda kalite açısından netleştirmeye de (anında gecikme) sahiptir. Gereksinimler. LTE'nin bu mimarisi, yeni uygulamaların ve hizmetlerin benimsenmesini açıkça engelledi. Bu zorlukların üstesinden gelmek için 3GPP, SDN'de "yönlendirme ve kontrolün ayrılması" temel ilkesini izler ve 5G ağ mimarisini tasarlarken büyük değişiklikler yapar: veri düzlemi + merkezi kontrol düzlemi.
5G ağ mimarisi
LTE döneminde, yalnızca bir avuç paket çekirdek ağ geçidi varken, 5G çok sayıda dağıtılmış ağ geçidi (yani yukarıdaki şekilde UPF) kullanacaktır. Open vSwitch yazılım anahtarı temelinde, kablosuz paket verilerinin (esas olarak GTP-U tüneli) kapsülleme, dekapsülasyon, yönlendirme ve diğer ağ geçidi işlevlerini ekledik ve Sektörün 5G dağıtılmış ağ geçitlerini destekleyen ilk SDN yazılım anahtarı , Trafik aktarımı ve dağıtımı, mobil uç bilgi işlem, yüksek güvenilirlik, düşük gecikmeli iletişim ve diğer hizmetlerde yaygın olarak kullanılması bekleniyor.
SDN'nin geleceği: evrim mi, yeniden doğuş mu?
"Yönlendirme ve kontrolün ayrılması" nın altın kuralı sarsılması zor, ancak SDN'nin temel bileşenlerinde değişiklikler kaçınılmaz görünüyor. Güneye bağlı OpenFlow arabirimini örnek olarak alırsak, sürüm 1.0 yalnızca 12 eşleşen etki alanına sahipken, en son sürüm 1.441'e yükseliyor. Yeni anlaşmanın eklenmesiyle sadece yamalı evrim yapılırsa bu sayı kesinlikle artmaya devam edecektir.
Yönlendirme açısından, daha önce bahsedilen 5G dağıtılmış ağ geçitlerini destekleyen SDN yazılım anahtarı bir örnektir.Kablosuz paket verilerinin işlenmesini desteklemek için, Open vSwitch'i 20'den fazla dosya içeren ve toplamı 300'den fazla olan değiştirdik. İşlevsel yükseltmelerin maliyeti düşük değildir.
SDN'nin evrim yönlerinden biri olan P4 (Programming Protocol-Independent Packet Processors) 2016 ACM SIGCOMM'da sıcak noktalardan biri haline geldi ve donanım anahtarlama yongaları, FPGA anahtarlama ekipmanı ve yazılım anahtarları hakkında birçok makale bununla ilgili. P4'ün bize getirdiği değişiklik şudur: artık MAC / IP / TCP'ye (UDP) bağlı kalmayın, mesaj kapsülleme formatını gerektiği gibi özelleştirebilir ve derleyiciyi otomatik olarak donanım veya yazılım yönlendirme yüzeyini oluşturmak için kullanabilirsiniz.
SDN 1.x ile mi yoksa doğrudan 2.0'a mı devam ediyor? Evrim mi yoksa yeniden doğuş mu? bekleyelim ve görelim.
