SDN应对数据中心互联网络的挑战
腾讯的网络架构伴随了腾讯15年的发展，几乎承载了全部互联网业务产品，包括即时通信（QQ/微信）、SNS（QZONE）、网络媒体（腾讯网/微博）和游戏（QQGAME）等，为了给广大互联网用户提供更好的接入体验，数十万服务器分布在全球10多个城市、数十个数据中心，产生的跨城数据中心间流量达到数百G规模。在业务类型多样及流量需求规模巨大的情况下，腾讯数据中心间网络主要存在如下挑战：
首先，从响应业务的角度来看，数据中心间网络链路带宽资源有限，难以满足业务临时性的大容量传输需求，通常需要业务部门自行搭建VPN平台并通过公网传输；对重点业务流量的QoS保障也需要较长时间的扩容来满足，业务部门通常抱怨基础架构侧行动缓慢、缺乏灵活性、响应速度慢。
其次，从链路利用率角度分析，为确保DCI（Data Center Interconnect，数据中心互联）专线的可靠性需要对其进行1:1备份，所以正常情况下网络链路利用率低于50%。昂贵的DCI专线带宽浪费过半，而业务部门又苦于DCI专线带宽不够，如何提高DCI链路利用率成为一个难题。
第三，从网络管理的角度分析，在大型骨干网中，由于地理分布较广和业务类型众多等原因，一个管理域中设备数量往往接近1000台，完全通过人工方式来管理如此大型的分布式网络系统，需要一个非常复杂的管理体系和风险控制流程。而且，未来网络规模还会持续不断地增加，完全通过传统方式进行管理将是不可想象的；同时，业务模式的多样性还意味着需要为不同的业务类型提供差异化服务，也就是说，在管理一个规模达1000台设备的网络的同时，还要求在每台设备上为不同类型的业务提供实时变化的差异化服务，其复杂程度可想而知。
SDN（Software Defined Networking，软件定义网络）将网络配置从单台设备迁移到软件平台，设备本身变得更加简单。网络配置由中央控制器管理，控制器是一个包含算法、分析和规则的软件，它来自一组规则，并使用OpenFlow或其它协议将配置下发到网络设备。SDN允许网络工程师更为灵活地控制和管理网络，以便最好地服务需求，从而达到增加功能和降低运营成本的目的。
为了更好地满足业务的带宽需求、提升专线利用率以及降低运营复杂度，腾讯逐步实践了数据中心间网络SDN解决方案。为此我们提出了一个全新的概念——“Network as a Router”，它假设整个网络只有一台路由器，所有的功能和配置都在其中实现。试想一下，管理这样的网络将会是一件多么轻松愉悦的事情，不仅如此，通过这台路由器提供的标准API，甚至可以让每个用户来自己管理其在网络上使用的资源。那么，腾讯是如何将数据中心间网络从传统的网络架构演变为“Network as a Router”？又是怎样在SDN解决方案下实现智能的流量调度、网络管理的？
分阶段逐步演进的解决思路
规划和构建一个网络就好比建设一座城市，俗话说“罗马不是一天建成的”，网络架构的改变也是一项长期而重大的工程，需要在一个总体的蓝图下分阶段逐步演进。
道路建设
任何一座智能城市，都需要建立在稳固的基础设施架构之上，没有好的公路便谈不上城市的智能。网络也是一样，任何智能网络都是建立在稳定、可靠的基础设施之上的。
在数据中心间网络上，需要选择稳定、可靠的网络设备和主备链路，选择设备节点的异地备份，选择具备良好扩展性的路由协议。物理硬件设施的基础特性跟传统的网络理念是一致的。
BRT工程
当一个城市把公路修好之后是否就可以高枕无忧？答案是否定的，随着城市车辆的增多、人口的增长，再宽敞的马路也会逐步产生拥堵，特别是在交通高峰期更会发生大面积拥堵，为了解决这一问题，国内各大城市开始建设BRT（Bus Rapid Transit，快速公交系统）工程，通过公交车专用车道，提前预留专用道路给公交车，让优先级别更高的公交车可以畅通无阻地通行。
在网络上也需要相应的技术手段预留带宽，让专用的流量在专用的带宽上转发，例如MPLS-TE，不同优先级别的TE，可以为不同类型的业务保障、承诺不同等级的服务。
智能交通
现在，驾车者为了更快地到达目的地，通常会选择导航工具来提供所有道路的交通信息，通常导航工具推荐的路径可能不是物理距离最短的，但却是交通最畅通、花费时间最短的路径，这里体现了道路交通的一部分智能化。
在网络上也可以实现类似的功能，和过去不同的是，现在我们可以把全网的所有链路和设备都看作一个资源池，从A点到B点，使用者不需要知道直连的物理链路有多少，只需能够调配资源池里面的所有资源即可，因为从A到B不仅仅只有A→B直连的路径，也有可能是A→C→B或者A→D→B。到底使用哪个路径到达目的地，使用者也许不必关心。
如何把不同的流量放到不同的路径上，从而避免网络发生拥塞的情况，这就完全依赖于网络控制器了（Network Controller）。Controller不仅仅能看到某条物理专线的带宽，还能看到整个资源池，对池中的资源进行总体调度，它可以判断哪里有网络带宽，甚至与业务应用的计算联动，根据网络资源情况将计算放到有资源的节点进行处理。
网络控制器拥有面对用户的接口，能够获取网管工具传递的信息，并通过用户信息和网管信息等有效控制网络设备和网络资源。它可以根据实时需求将不同的flow在不同的路径上进行添加、删除、修改等操作，让全网资源得到合理的共享。这就相当于将全网看作一台路由器，只需要维护和管理控制器就可以管理整个网络，从而实现“Network as a Router”的目标。
智能调度网络的技术实现
腾讯的下一代数据中心间网络将会实现资源自动池化、业务应用自动化管理网络资源、业务应用自动感知网络资源等特征。业务系统直接通过网络系统提供的北向API接口实现自动申请、使用和释放网络资源，利用集中式调度系统自动完成网络资源合理分配和使用。为了实现以上智能调度工作，PCEP（Path Computation Element Protocol）协议给了控制器和路由器一个非常好的交互接口。
传统网络设备的工作角色
在未来的网络世界，报文的转发路径不能再由每个独立的路由器决定。原因很简单，因为网络中每个独立的路由器就像城市中的汽车一样，只知道自己怎样走，不会去考虑会不会给整个城市带来交通拥堵。
因此，未来数据中心间网络中的路由器的角色将会发生变化，由原来的计算路径、转发报文两个功能减少为只有转发报文的能力，而路径计算将会交给集中式智能管理系统统一计算和调度。在PCEP协议中，传统路由器将担当PCC（Path Computation Client）角色，在整套控制系统中成为控制系统的Client端。
集中控制系统的工作角色
集中控制系统就像一个交通枢纽中心，它知道每一条道路的容量、当前流量以及路上每一辆汽车将要到达的目的地。利用这些信息，它可以通过智能算法为每一个业务flow计算出最合适的路径。所以集中控制器就成为了PCEP协议中的Server端。但在整个控制系统中，核心部分是控制系统的逻辑算法，而不是PCEP协议，PCEP协议只是为传统网络设备提供了北向接口，为控制器提供了南向接口。
为什么说控制系统中最重要的是逻辑算法呢？因为不同的网络、业务系统和业务类型对网络资源有不同的要求，在传统网络架构中，只能按照统一的硬件网络设备设计好的路径转发，而不能灵活地为不同的业务类型提供不同的选路方案。
在传统网络中，硬件设备提供商或者IETF协议已经把规则固化在硬件设备中，允许用户调整的空间很小，作为用户只能按照固化的规则进行业务的部署。那么这是否是我们想要的呢？从众多的实际业务部署场景中可以看到，很多时候网络的路径选择并不是最贴合业务需求的，这些方案的选择应该交给网络的使用者来决定，甚至应该交由上层的业务应用层进行选择。作为网络的使用者，应当能更多地控制路径选择的逻辑算法，甚至可以为每种不同类型的业务应用提供不同的网络选路算法。
业务应用系统的工作角色
上面所说的网络控制系统是为业务应用系统提供服务的，业务应用系统通过调用网络控制系统提供的北向API接口来申请、使用、释放网络资源，通过API接口通知网络控制系统业务的真实需求（包括需求带宽、延时、使用时长等信息）。
向更简单、更智能方向发展
为了不断提高广大互联网用户的使用体验，满足不断发展的业务需求，我们正在尝试利用SDN的思路研究下一代数据中心互联网络。
在过去阶段，腾讯按照业务带宽需求构建了一个高速、稳定、可靠的数据中心间网络，并且全面承载腾讯所有类型的业务，实现了网络资源的灵活共享。在现阶段，我们正在进行BRT工程的建设，使用SDN的初级理念实现QoS的集中管理和控制，使用MPLS-TE提供业务差异化服务能力，为业务的快速部署提供了坚实基础。在未来阶段，我们将进一步引入SDN理念，采用Controller控制全网flow的转发，让特定的flow转发到特定的路径上。实现集中控制的智能调度网络，简化网络管理。
可以预计的是，基于SDN理念的网络正向着更简单、更智能化的方向发展，未来将会衍生出一系列相对于现有路由协议更轻量级、更易于管理的协议。千里之行，始于足下，今天我们研究SDN，应该着眼于如何协调网络的能力，增加网络的可视化，提升网络的差异化服务，从而为今后提供更智能、更便捷的服务夯实基础。
今天，我们探讨了数据中心间网络流量调度的思路，通过这个思路可以解决我们长期以来DCI流量模型的困惑，指导我们未来DCI流量调度的发展方向。但是否所有问题都解决了呢？在大型网络中，大量的路由条目、运行了20多年的BGP协议、每个AS各自管理自己的路由条目接收发送、由于某些运营商的不正确操作经常导致大规模故障事件……这种运营了20多年的互联网协议和模式是否还适合今天的运营环境？这应该引起大家更多的思考。
