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“软件定义”背景下电信端局 机房的云化演进
日 期:2016-11-30   来源:

云计算、NFV以及SDN涉及的多种技术十数年来的发展正在推动IT和数据中心的新一轮变革。日益多元化和异构化的数据中心既支持了运营商不同阶段的业务和发展,也带来了巨大的运营成本并一定程度上迟滞了业务的快速发展。众多运营商纷纷寻求业务创新与转型,以架构转型保障营收的稳定增长,运营商ICT云化整合之路正在进行时。

近几年来,数据中心开始向以云计算技术为代表的软件定义数据中心发展。软件定义数据中心的概念围绕让三个数据中心的重要基础设施(服务器,网络和存储设备)变得更为灵活,更自动化,并且更少依赖基础物理硬件。对ICT领域而言,软件定义一切涵盖ICT基础设施所有领域,包括软件定义计算、软件定义网络、软件定义存储等。

电信技术的快速发展,用户的业务需求变化促使电信运营商不断推陈出新,IMSPONCN2等新网络不断应运而生。新的网络架构出现,使得业务提供能力更强、部署更方便快捷,性能的提升和技术进步使得整个设备的功耗与体积也大幅度减少。传统的程控交换机往往一万门电话容量就需要几十个专用机架,占地数百平方米的机房面积,而新型的网络核心设备往往实现集中化建设,仅仅需要几个标准机架就可以提供百万用户的服务能力,而所占空间与传统PSTN机房相比可以忽略不计。因此,伴随着PSTN传统设备的逐渐退网,原PSTN机房大量空出。在这种背景下,电信运营商纷纷利用现有PSTN机房改造的机会,探索电信端局机房的云化演进,通过云计算、NFV等技术把PSTN机房改造成既能承载IT业务,也可承载CT业务的数据中心,同时通过SDNPSTN机房和广域网拉通,实现资源的统一管理。

电信端局机房的软件定义及云化

传统的电信端局机房现网络复杂而刚性,由大量单一功能的、专用网络节点和碎片化、昂贵、专用的硬件设备构成。网元也是软硬件垂直一体化的封闭架构,导致业务开发周期长、技术创新难、扩展性受限、管理复杂。一旦部署,后续升级改造就受制于该厂家。网络和业务形成烟囱群,新业务的提供往往需要开发新设备,造成设备种类和数量的大量繁衍,形成大批垂直烟囱群。资源不能共享,业务难融合。SDN是一种新型的网络架构,控制转发分离、逻辑集中控制、开放可编程是SDN区别于传统网络的主要特征。正是这些特征使得SDN能够良好的满足数据中心网络的使用需求。SDN的控制转发分离,为实现集中管理创造了条件。而管理集中化正是提高网络管理和业务部署的自动化程度的必要前提。开放可编程接口则为将业务需求转化为网络需求提供了途径。

电信端局机房的软件定义及云化主要体现在:基础硬件平台的主要变化是引入可编程特性,无论是转发设备,还是计算及存储平台,新的硬件在保证性能的前提下,提供可编程的逻辑内核和易于调用的应用接口,以实现与业务无关的资源池化能力;基础硬件之上加载虚拟化和云计算平台软件,它如同运行在电信网络之上的操作系统,对计算、存储、网络等网络资源进行管理和调度,并为上层业务功能提供开放的运行环境,云平台软件必须具备高度的开放性,向下支持多种硬件共存的异构网络环境,向上提供健康的生态系统;NFV架构将硬件、中间件与软件实现解耦,因此各类上层业务和功能作为软件模块能够进行灵活的集成与部署。

电信端局机房的云化整体架构

云化端局机房基础设施硬件

基础设施硬件部分主要为底层云平台提供计算服务器、存储服务器以及相关的网络设备,在服务器的选型方面,建议采用支持硬件辅助虚拟化的同一类型的服务器,计算服务器对CPU及内存要求较高,存储服务器对磁盘IO要求较高,同时,为了提高虚拟服务器的存储性能,无论是使用本地存储还是共享存储,建议配置SSD硬盘来从硬件上提供虚拟存储的性能;在网络设备选型方面,为了使网络设备的转发能力不影响虚拟网络服务的正常运行,建议配置万兆交换机,同时可以选择SR-IOV网卡来提高虚拟机的网络转发性能。

端局机房基础设施层

端局机房基础设施层包括端局机房云平台和基础设施能力组件。端机机房云平台作为底层虚拟基础设施的管理平台,完成对虚拟网络、虚拟计算、虚拟存储的统一管理,同时对上层的网络功能编排及管理系统提供底层虚拟基础设施的能力抽象;基础设施能力组件是云平台在虚拟计算、虚拟网络和虚拟存储方面使用相关的软件来提升虚拟基础设施的性能,从而来满足虚拟网络服务的业务需求。在虚拟计算加速方面,增强支持在NUMA类型宿主机上的分配、支持虚CPU到物理CPU的绑定以及支持在虚拟机中的大页面分配等;在虚拟存储加速方面,增强共享存储支持SSD和支持多虚拟机共享内存访问等;在虚拟网络方面,增强基于DPDKOVS和增强支持SR-IOV等。

端局机房网络

端局机房网络采用Fabric架构搭建,所有节点可以全互联,也可以分层互联。分层结构下,节点类型分为骨干节点和叶子节点,骨干节点与叶子节点间全连接,骨干节点仅用作转发,叶子节点作为二三层的边界。

SDN控制器

SDN控制器对端局数据中心内物理和虚拟网络设备进行统一管理,抽取了网络设备中的控制功能,制定流转发规则、状态信息收集、网络配置等控制功能,并使用VxLANUnderlay物理网络之上创建和连接虚拟网络,同时提供北向API,用于配置和管理虚拟网络和物理网络设备。

网络服务编排

不同的运营商可以根据自身的情况定制网络服务的编排流程,对应网络服务编排在网络服务模板以及虚拟网络功能模板的定义会存在一定的差异,因此,网络服务编排需根据实际情况定制化开发,但其调用云管理平台的接口需要按照标准接口来调用。

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