运营商SD-WAN部署的难点分析
一、引言
软件定义广域网(software-defined wide area network，SD-WAN)是软件定义网络(software defined networking，SDN)的重要分支，是目前SDN技术应用的热点领域。SD-WAN主要目标是通过利用软件技术、应用策略部署以及overlay网络等一系列技术手段，实现普通互联链路能够达到专线的网络质量，降低流量成本，提高带宽利用率;同时，对于多个站点，能够根据现网情况及配置策略，自动选择最佳路径，实现负载均衡，保证全网的网络质量。
SD-WAN作为SDN的一种场景应用，相关的技术还在不断的演进、成熟当中，国内许多实践者都提出了自己的SD-WAN实施方案，对于运营商而言，管道是“业务杀手锏”，如何引入SD-WAN，并且使SD-WAN成为杀手锏的磨刀石是近年来各运营商重点研究的内容。
本文将通过对Google SDN的部署分析，总结其SD-WAN部署成功的关键要素，借鉴到运营商网络中，帮助运营商找到SD-WAN部署切入点。
二、Google案例分析
Google 的网络分为数据中心内部网络及WAN，其中WAN 按照流量方向由两张骨干网构成，分别为数据中心之间互联的网络(G-scale network)和面向Internet用户访问的网络(I-scale network)，互联网络用来连接Google位于世界各地之间的数据中心，属于内部网络。
Google优选了数据中心之间互联的网络做了SDN改造，通过应用程序(软件)控制各个数据中心的边界网络设备，保证高优先级的应用流量最低时延到达，低等级的流量填充空余链路带宽，从而使得其高昂的海底光缆得以充分利用。
图1 Google B4网络
Google相比其他众多的SDN实践者取得更多成果主要得益于以下几点：
1. 网络结构简单清晰
有利用SDN化的改造。Google数据中心再多，但总归有限，并且WAN的网络规模相比运营商业务更单一简单，实际上是一个内部可控网络，设备单一，便于网络改造。通过对控制面和转发面的改造，使得网络更智能，路由选择更合理，网络质量更好。
2. 强大的研发能力
Google是开发和运营一体化公司，强大的研发能力或者说Google自有产业生态圈足以支持从底层硬件和软件就开始为其量身打造一个庞大的云网融合系统。
3. 业务流量流向以及CoS等级规划清晰
Google在传统网络时代，就对其内部数据进行了严格的等级区分，什么样的数据是高优先级，什么是中、低优先级已经被明确定义。当实施SDN化改造时，各等级数据流量大小明确，才能汇总出整体各个等级的流量情况，才可以指定汇总的CoS等级规划。
4. 被允许一定程度的错误发生
Google 为了维持管道高利用率，在保障高优先级数据的基础上用中低优先级的数据去填充。当故障或高优先级业务有突发流量等状况发生时，低优先级一定会被延迟发送或者丢弃，此时需要允许低等级的应用出错，或者要求低等级应用具备足够的忍受力。
网络智能化、数据分级化和应用承受度是Google在SD-WAN上取得成功的关键要素，网络智能化是一种能力，应用数据的分级才是真正的核心，应用承受度是选择的标准。而对于使用者来说，对承载的应用进行“网络化改造”，使之与新网络匹配是SD-WAN应用的必不可少的一环。
三、运营商SD-WAN部署难点分析
现阶段，提供WAN服务的主要为三大基础运营商，“BAT”目前正在逐步实施自建WAN工作。以国内最大的基础运营商中国电信为例，已建WAN网络包括Internet网络Chinanet、高品质专业网络CN2以及各种形式部署构建的MPLS/专线网络，从层级上看WAN也可以分为接入、城域和骨干网。从SD-WAN的使用角度看，运营商可以是SD-WAN的使用者，期望通过SD-WAN的部署，为“BAT”提供更好的WAN服务或者直接向客户提供SD-WAN服务;“BAT”将会是潜在的SD-WAN的部署者、使用者，他们希望基于运营商的WAN网络并绕过网络运营搭建自己“黑网络”的SD-WAN。本节围绕Google SD-WAN成功这几个要素，结合国内运营商WAN网络实际情况，分析运营商SD-WAN部署的切入难点。
1. 智能化网络改造难点
网络智能化的核心是要赋予网络一个“智慧的大脑”，能够根据各种不同的需求，赋予网络不同的承载形式和业务形态。现阶段，运营商还很难为现有的广域网络赋予一个智慧的大脑，改造成为像Google B4网络一样，具备“智能路由选择”的能力。
以中国电信的WAN网络为例，实施全网性的控制面和承载面分离，将控制面统一到SDN Controller，将面临接入网、城域网、骨干网的36多万台各种品牌、各种型号的路由器，其他交换机等网络设备更多得不计其数。如何协同众多品牌、不同批次的设备按一个标准进行改造，成本将会是天量级别，无法接受。
较为可行的方案是通过underlay方式改造网络，即以统一网管的方式实现部分 “智能网络”的功能，这种方案可以在一定程度上实现网络配置的灵活性，具备一定的流量调度能力，提升业务响应能力。但这种underlay方式存在的最大问题是，将“智能”限定在了一个有限的范围内，这个范围可能是同一品牌设备、一个城域网或者一个运营商内。对于WAN的使用者来说，近年来随着运营商加大基础网络投资，已经基本解决了其基本的网络承载流量需求，管道已经足够宽，基于一个城市、一个区域的准智能化网络并不能满足他们的需求。
所以，运营商WAN网络在将来很长一段时间内还只能是一个缺乏整体大脑的网络，达不到全网随选的智能化要求。
2. 数据分级和容错
定义数据等级是由应用的特点和需求决定，同一个应用在不同场景下，数据对网络QoS的要求也是不同的。比如采用双活部署的应用内，应用的双活同步数据要求很高，日常的系统备份的数据相对就可以较低。
对于有着多站点互联需求的企业，目前企业很少会和运营商沟通系统的数据分级，一是因为对于已有系统，数据分级会涉及对现有应用的改造，现有的企业专线带宽价格足以支撑其一刀切的承载方式;二是数据分级会涉及企业内部的数据管理，而涉及管理层面的问题往往不是IT人员能够通过设计解决的。因此，可以看到现实中大部分企业对SD-WAN的“分业务等级的多路径选择”功能并没有想象中的热情，主要原因就是企业无法真正将应用数据等级进行合理区分。
而应用数据等级在服务器的出口打上标签，让网络知道应用数据的重要性，便于网络分级承载、差异化运营，是运营商“云网融合”的核心，是实施SD-WAN的主要驱动力。但是由于目前绝大部分的业务使用者都还没有意识到数据分级的重要性，使得运营商在实施“分业务等级的多路径选择”等SD-WAN典型业务特征网络改造困难重重。对于WAN的运营商来说，用户没有对数据分级就会造成“应用数据变成客户数据”，在同样的价格体系下，对于运营商来说，所有客户都是一样重要的，且都是不允许出错的，在这种情况下运营商也只有每年投资拓宽“管道带宽”一种办法可以做。
四、SD-WAN现阶段应用实践
在现实中，在缺乏网络和应用融合的条件下，运营商可以利用在网络出口上设计不同网络带宽、OoS的网络提供差异化的服务。
在大部分运营商WAN组网案例中，大企业客户会将应用都划入一个较高等级的网络内，采用高QoS保障的网络承载方式，中小企业则会选择中低QoS保障的网络。运营商会为这些不同的客户在网络出口(如以VLAN标签的方式)打上不同客户等级的数据等级标签，进行差异化承载。
在SDN之前，运营商会针对上述设计通过光纤将企业接入电信机房，在电信机房实施“硬边缘”设备将不同等级的客户进行分级承载。造成的问题是客户需要背负较重的企业专业租赁价格，且无法根据业务形态灵活的变化;运营商在广域网范围内无法进行灵活的智能路由选择和流量填充。
结合SDN的思想，借鉴Google的SD-WAN设计，现阶段结合云计算虚拟化技术的普及应用，通过将企业边界软化，构建“软边缘”的方式引入简化版的SD-WAN，如图2所示。
图2 简化版SD-WAN
图2中有3种专线，红色虚线是高QoS保障的MPLS专线，绿色虚线是较高QoS保障的通过隧道方式提供的虚拟专线，黄色虚线是较低QoS保障的Internet专线，3种方式均建立在基于SD-WAN控制器控制下的CPE设备上，CPE设备可以采用白盒设备或者虚拟机。SD-WAN控制器可以根据设计好的数据信息配置路由方式，并下发配置到CPE，CPE选择不同的物理网络进行“最合理”数据路由。
采用这种方式，IDC内部网络不需要进行改造，只需要在网络出口/入口上引入SDN概念，简化了实施难度，规避大网设备多样的问题。第一，通过SD-WAN控制器，实现CPE设备的集中管理以及自动化配置，实现各种接入方式的配置管理，提升网络服务质量，增加网络的灵活性和机动性。第二，运营商可以通过SD-WAN控制进行流量填充运营，来实现网络利用的最大化，实现网络价值最大化。第三，为有能力的客户带来网络接入接口，将大网路由调度有条件、有范围的开放给企业客户，也可以让中小企业在可忍受的情况下节约成本。
五、结束语