SDN je síťová architektura, která odděluje řídicí rovinu od přenosové roviny za účelem centralizace inteligence a umožnění programovatelné, automatizované správy sítě, což je klíčové pro řezání sítí (network slicing) v 5G.

Popis

Software Defined Networking (SDN) je architektonický rámec, který zásadně odděluje řídicí logiku sítě (řídicí rovina) od podkladových směrovačů a přepínačů, které přeposílají provoz (přenosová rovina). V tradiční síti každé zařízení běží na proprietárním softwaru, který integruje jak řídicí, tak přeposílací funkce. SDN extrahuje řídicí rovinu z těchto distribuovaných zařízení a konsoliduje ji do logicky centralizovaného softwarového řadiče. Tento řadič udržuje globální pohled na síť a diktuje chování přenosových zařízení prostřednictvím standardizovaného jižního rozhraní, nejčastěji protokolu OpenFlow.

V ekosystému 3GPP se principy SDN aplikují k vytvoření flexibilnějších, programovatelných a efektivnějších mobilních sítí. Architektura typicky sestává ze tří vrstev: Aplikační vrstva (kde sídlí síťové aplikace pro orchestraci, řezání sítí nebo politiky), Řídicí vrstva (SDN řadič) a Infrastrukturní vrstva (přenosové síťové prvky). SDN řadič komunikuje severním směrem s aplikacemi prostřednictvím RESTful API, což umožňuje aplikacím programovat síť na základě vysokorychlostních politik. Jižním směrem komunikuje s přenosovými prvky (např. přepínači, směrovači nebo v mobilním kontextu uzly přenosové sítě a potenciálně funkcemi RAN/Jádra sítě), aby instaloval pravidla pro toky. Tato pravidla specifikují, jak se má nakládat s provozem odpovídajícím určitým kritériím (jako zdrojová IP, cílová IP, protokol) – přeposlat, zahodit nebo upravit.

Pro 5G je SDN klíčovou technologií, která pracuje v tandemu s virtualizací síťových funkcí (NFV). Zatímco NFV virtualizuje síťové funkce (jako AMF, SMF), SDN poskytuje programovatelné propojení mezi těmito virtualizovanými funkcemi. Tato kombinace umožňuje klíčové schopnosti 5G, jako je řezání sítí, kde jsou na sdílené fyzické infrastruktuře vytvářeny vícečetné logické, koncové sítě s různými charakteristikami. SDN řadič může dynamicky vytvářet a upravovat virtuální spoje a šířku pásma pro každý řez. Dále SDN umožňuje řetězení služeb – směrování uživatelského provozu přes specifickou sekvenci VNF (např. firewall, optimalizátor). Tato programovatelnost umožňuje operátorům automatizovat poskytování síťových služeb, optimalizovat toky provozu v reálném čase a rychle zavádět nové služby.

K čemu slouží

Účelem zavádění SDN v mobilních sítích je překonání omezení tradičních, hardware-centrických a vertikálně integrovaných síťových architektur. Starší sítě jsou často rigidní, složité na správu a pomalé v přizpůsobování se novým požadavkům služeb kvůli ruční konfiguraci distribuovaných zařízení. SDN řeší tyto problémy zavedením centralizace, abstrakce a programovatelnosti. Řeší problém provozní složitosti a vysokých nákladů spojených s individuální správou tisíců síťových zařízení.

Historicky evoluce mobilních sítí (od 2G po 4G) vedla ke zvýšené složitosti přenosových a jádrových sítí. Nástup 5G s jeho různorodými požadavky na rozšířenou mobilní širokopásmovou komunikaci (eMBB), ultra-spolehlivou nízkolatenční komunikaci (URLLC) a masivní IoT (mIoT) vyžadoval nebývalou síťovou agilitu. SDN bylo identifikováno jako klíčový umožňovatel pro splnění těchto požadavků. Umožňuje operátorům dynamicky alokovat zdroje, optimalizovat cesty provozu pro nízkou latenci a vytvářet izolované virtuální sítě (řezy) přizpůsobené konkrétním službám – vše prostřednictvím softwaru, bez zásahu do fyzického hardwaru.

Navíc SDN usnadňuje inovace a snižuje závislost na jediném dodavateli. Standardizací rozhraní mezi řídicí a přenosovou rovinou mohou operátoři kombinovat hardware od různých dodavatelů a psát své vlastní řídicí aplikace. Tato otevřenost, kombinovaná s NFV, transformuje síť na flexibilní platformu, kde lze nové služby rychle nasazovat a elasticky škálovat nahoru nebo dolů na základě poptávky. Primárním účelem SDN je tedy učinit síť programovatelnou entitou, kterou lze snadno přizpůsobit pro podporu obchodních a technických cílů 5G a dalších generací.

Klíčové vlastnosti

• Oddělení řídicí roviny (softwarový řadič) od přenosové roviny (přenosové prvky)
• Logicky centralizovaná síťová inteligence a globální pohled na topologii
• Programovatelnost sítě prostřednictvím otevřených API (severní a jižní rozhraní)
• Dynamické řízení a směrování provozu na základě toků
• Základ pro automatizované poskytování síťových služeb a orchestraci
• Klíčový umožňovatel pro koncové řezání sítí (network slicing) a řetězení služeb

Související pojmy

• NFV – Network Functions Virtualization

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TR 23.799 (Rel-14) — Study on Next Generation System Architecture
• TS 31.102 (Rel-19) — USIM Application Specification
• TR 33.848 (Rel-18) — Technical Report on Virtualisation Security

📖 Anglický originál a plná specifikace: SDN na 3GPP Explorer