隨著互聯(lián)網(wǎng)規(guī)模不斷增大,網(wǎng)絡(luò)管理和運(yùn)維變得極其復(fù)雜，基于意圖的網(wǎng)絡(luò)可幫助實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自治。它并非一個新技術(shù)，而是一種理念，通過意圖的概念為網(wǎng)絡(luò)管理提供一個更高級的抽象。IBN是SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）的進(jìn)化，目前 IBN大多在 SDN 環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。
【目前技術(shù)尚不成熟，各環(huán)節(jié)間缺乏統(tǒng)一的接口
規(guī)范，目前尚無 IBN 的落地項(xiàng)目】

一、IBN體系結(jié)構(gòu)

1.1 體系結(jié)構(gòu)：

1.2 閉環(huán)流程：

• 意圖獲取-自然語言解析識別
• 意圖轉(zhuǎn)譯-AI 智能策略選取技術(shù)
• 策略驗(yàn)證-網(wǎng)絡(luò)自動化驗(yàn)證和形式化驗(yàn)證
• 意圖下發(fā)與執(zhí)行- OpenFlow協(xié)議、P4數(shù)據(jù)平面編程語言等技術(shù)
• 網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的實(shí)時反饋及優(yōu)化-實(shí)時感知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，分析意圖是否成功實(shí)現(xiàn)

1.3 IBN的自動化程度(逐步向前演進(jìn))：

a.) 全面自動化網(wǎng)絡(luò)：能夠?qū)崿F(xiàn)絕大部分業(yè)務(wù)發(fā)放、網(wǎng)絡(luò)部署和維護(hù)的自動化,并實(shí)現(xiàn)較全面地網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知與局部地機(jī)器決策；
b.）自優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)：能夠?qū)崿F(xiàn)深度地網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知,自動網(wǎng)絡(luò)控制,滿足用戶網(wǎng)絡(luò)意圖；
c.）部分自治網(wǎng)絡(luò)：在特定的環(huán)境,不一定需要人參與決策,能夠?qū)崿F(xiàn)自主調(diào)整網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)；
d.）全面自治網(wǎng)絡(luò)：在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)條件,網(wǎng)絡(luò)均能自動適應(yīng)、自主調(diào)整,滿足用戶的意圖.

目前,用戶意圖實(shí)現(xiàn)的自動化程度與意圖實(shí)現(xiàn)的場景成反比關(guān)系,也就是說一個意圖要想完全自動化實(shí)現(xiàn),那么它可能就只適用于一個特定的場景。

所以要權(quán)衡自動化程度和場景適配性。

二、IBN 的實(shí)現(xiàn)方式

2.1 意圖獲?。?/h3>

用戶輸入方式：自然語言、語音輸入、GUI，以及下面的各種特定語言。
雖然相比于使用自然語言描述意圖，這些特定語言的抽象級別較低，但是在特定的環(huán)境下它們一樣可以具有豐富的語義。在今后的研究中，可以采用由自然語言向 DSL轉(zhuǎn)譯的方法實(shí)現(xiàn)用戶的意圖。

2.1.1 YANG、NEMO

• 為提供一種通用的抽象的策略語法，方便用戶描述自己的意圖，OpenDayLight使用 YANG 數(shù)據(jù)建模語言為服務(wù)和數(shù)據(jù)建模，提供了開放的北向接口與一些與北向接口有關(guān)的組件。
• 同樣的，華為在推出了一種基于意圖的北向接口NEMO(Network Model)語言，使用了DSL(Domain Specific Language)的抽象網(wǎng)絡(luò)模型以及結(jié)論性的操作模式。

2.1.2 Frenetic、NetKAT、LAI

以下 3 種語言都是基于 DSL 設(shè)計(jì)的,其中 Frenetic 和 NetKAT更偏向?yàn)橐环N編程語言,需要一定的專業(yè)知識,而“LAI”不要太多的專業(yè)知識就可以描述 ACL 意圖。

• 為隱藏 SDN 中網(wǎng)絡(luò)元素的各種底層細(xì)節(jié)，Frenetic語言是一種針對 SDN 北向接口的函數(shù)型編程語言，提供類似 SQL 的語法結(jié)構(gòu)對 SDN 應(yīng)用進(jìn)行開發(fā),它的重點(diǎn)在于使用高級別抽象的形式在描述報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。
• NetKAT語言同樣也是一種面向 SDN 的函數(shù)型編程語言，它提供簡單的原語來描述下層交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)行為以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而它的嚴(yán)格數(shù)學(xué)證明也為網(wǎng)絡(luò)的驗(yàn)證工作提供方便。
• 為生成并維護(hù) ACL（Access Control List），“LAI”意圖語言提供了 scope、modify、check等幾種原語描述用戶對于內(nèi)網(wǎng) ACL 的意圖需求。例如當(dāng)需要在 ACL 上添加一條“A 可以連通 B”的意圖,便可以使用以下語句來描述該意圖。

scope A*,
B* allow A*,
B* control A->B check fix

2.2 意圖轉(zhuǎn)譯：

意圖轉(zhuǎn)譯就是將用戶意圖轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)配置策略，目前主要用到的方法是nlp。在這一環(huán)節(jié)，需要對用戶意圖進(jìn)行關(guān)鍵字提取、詞法分析、語義挖掘等操作，從而獲得用戶期望的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，并使用智能化的方法生成網(wǎng)絡(luò)策略。以下是幾種方法。

2.2.1 iNDIRA系統(tǒng)

iNDIRA系統(tǒng)利用nlp和本體論的方法，在 SDN 的控制平面和應(yīng)用之間實(shí)現(xiàn)了意圖轉(zhuǎn)譯模塊。該模塊將用戶輸入的自然語言處理為 RDF 圖，并自動生成網(wǎng)絡(luò)策略或配置命令。
以意圖“I want to connect A to B with high
speed now.”為例,其具體實(shí)現(xiàn)過程為：
①使用自然語言處理、機(jī)器推理等方法，去掉無效信息（I、want、to )，提取關(guān)鍵信息（connect、A、B 等）
②利用處理得到的信息將意圖映射為 RDF圖（Resource Description Framework），并利用網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔⒌葘?RDF 圖中的參數(shù)實(shí)例化
③編寫程序對 RDF 圖進(jìn)行處理，生成網(wǎng)絡(luò)策略或配置命令。

2.2.2 基于模板的策略生成方法

系統(tǒng)預(yù)先定義網(wǎng)絡(luò)策略庫，將不同類型的網(wǎng)絡(luò)策略存儲在策略庫中。當(dāng)用戶意圖輸入時，即可使用自然語言處理的方法獲取關(guān)鍵信息，并根據(jù)策略庫映射為相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)策略。

2.2.3 P4 代碼模板庫的方法

將用戶意圖映射為 P4 代碼。

2.2.4 基于案例學(xué)習(xí)的方法

通過用戶意圖的不斷輸入,系統(tǒng)將不斷學(xué)習(xí)意圖的特征,并生成相應(yīng)的策略。由于該方法需要大量的數(shù)據(jù)支撐，所以該方法在初始階段的效率可能不理想。

2.2.5 OpenFlow 流表規(guī)則

在 SDN 環(huán)境下設(shè)計(jì)一組封裝好的意圖接口，用戶直接輸入意圖就可自動生成相應(yīng)的 OpenFlow 流表規(guī)則，從而下發(fā)到實(shí)際網(wǎng)絡(luò).

2.3 對于策略的可執(zhí)行性驗(yàn)證

得到網(wǎng)絡(luò)策略后、下發(fā)策略前，需進(jìn)行可執(zhí)行性驗(yàn)證，主要考慮可用性、沖突、正確性這三個方面。

1. 可用性：維護(hù)一個網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)庫，查看當(dāng)前策略所需要的網(wǎng)絡(luò)資源是否可用、是否足夠。

2. 沖突驗(yàn)證：根據(jù)策略匹配域的相交關(guān)系以
及策略執(zhí)行的動作給出幾種策略的沖突關(guān)系： 冗余、覆蓋 、泛化、相關(guān)、重疊。如果流規(guī)則沖突，則先保證優(yōu)先級高的策略被實(shí)現(xiàn)。具體而言，在SDN 環(huán)境下，F(xiàn)lowChecker 將 OpenFlow 流表規(guī)則編碼為二元決策圖，在單一狀態(tài)機(jī)內(nèi)對網(wǎng)絡(luò)行為建模，用基于二元決策圖的符號模型檢測及時序邏輯來識別流規(guī)則沖突引發(fā)的配置錯誤；VeriFlow通過對流表規(guī)則進(jìn)行等價類劃分以實(shí)時檢查插入的流規(guī)則是否違反網(wǎng)絡(luò)約束如訪問控制規(guī)則、路由環(huán)路等。

3. 正確性： 驗(yàn)證策略下發(fā)到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)是否按照預(yù)期實(shí)現(xiàn)，主要采用形式化驗(yàn)證的方法（數(shù)模證明，方法主要有模型檢查、定理證明、符號執(zhí)行、SAT/SMT 求解器）。一般流程為：通過形式化建模語言（如 datalog、alloy），將策略建模為形式化模型，用求解器（如 Z3 求解器）判斷策略是否可以正確實(shí)現(xiàn)。
例如，“FLOVER”系統(tǒng)使用 Yices2 作為求解器,將匹配域?yàn)?code>{Src IP:5,Dst IP:6,Src Port:0~19,Dst Port:0~19},動作為{drop}的 OpenFlow 流規(guī)則轉(zhuǎn)化為如圖 4 所示的 Yices2 輸入形式,并把網(wǎng)絡(luò)底層安全屬性按照同樣的方式進(jìn)行建模,最后將流規(guī)則和安全屬性的形式化描述帶入到求解器中進(jìn)行求解，求解器將自動分析它們的關(guān)系并返回驗(yàn)證結(jié)果。

2.4 策略下發(fā)與執(zhí)行

首先將網(wǎng)絡(luò)策略（如網(wǎng)絡(luò)遙測任務(wù)）編譯為相應(yīng)的 P4 編程語言代碼，之后對可編程交換機(jī)內(nèi)部的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯進(jìn)行編程配置，使用配置綜合的方法生成設(shè)備的配置文件從而實(shí)現(xiàn)策略的下發(fā)與執(zhí)行工作，從而使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備按照預(yù)期對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
例1： BGP 配置（僅支持BGP協(xié)議）：用戶表明對于流量的高級約束，并使用正則表達(dá)式和有限狀態(tài)自動機(jī)表達(dá)流量的傳輸路徑，之后利用系統(tǒng)的編譯器將這些約束綜合為相應(yīng)路由器的 BGP 配置。
例2：網(wǎng)絡(luò)配置（支持靜態(tài)路由、OSPF、BGP 三種路由協(xié)議）：將網(wǎng)絡(luò)配置問題描述為分層次的 Datalog 問題,并使用 SMT 求解器對用戶需求進(jìn)行配置綜合從而生成相應(yīng)的配置文件。
例3：NetComplete（支持靜態(tài)路由、OSPF、BGP 三種路由協(xié)議），求解速度要優(yōu)于 Synet 并且更易于拓展到大型網(wǎng)絡(luò)上。

2.5 實(shí)時反饋

2.5.1 網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息實(shí)時監(jiān)控

在策略下發(fā)到實(shí)際網(wǎng)絡(luò)后，需要對網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化與調(diào)整，確保網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)行為符合用戶意圖，保證網(wǎng)絡(luò)始終滿足意圖需求。網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)監(jiān)控主要使用 NetFlow 和SFlow。除此以外還有INT技術(shù)以及基于INT的優(yōu)化。
（1）NetFlow 時間長，無法滿足 IBN 對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)實(shí)時監(jiān)控的需求
（2）SFlow 時間短，但準(zhǔn)確性低，無法確保 IBN 可以正確滿足用戶意圖。
（3）基于 P4 語言的技術(shù)——帶內(nèi)網(wǎng)絡(luò)遙測(In-band Network Telemetry, INT）INT 允許數(shù)據(jù)包查詢交換機(jī)內(nèi)部狀態(tài)，但只能監(jiān)控一條指定鏈路上網(wǎng)絡(luò)狀態(tài),無法實(shí)現(xiàn)整個網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)的狀態(tài)感知。
（4）INT-path，使用基于源路由的方法向網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)發(fā)送 INT 數(shù)據(jù)包,獲取所有交換機(jī)的狀態(tài)，進(jìn)而可以感知整個網(wǎng)絡(luò)域內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，可為 IBN 提供實(shí)時、準(zhǔn)確的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)感知。

2.5.2 網(wǎng)絡(luò)策略轉(zhuǎn)發(fā)行為的實(shí)時監(jiān)控

探針 方法：通過向數(shù)據(jù)平面注入探針,根據(jù)探針的轉(zhuǎn)發(fā)行為來判斷數(shù)據(jù)平面是否按照相應(yīng)的策略轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包，判斷用戶意圖是否正確實(shí)現(xiàn)。
例1：Symnet 是一個基于符號執(zhí)行的數(shù)據(jù)平面驗(yàn)證工具，通過向網(wǎng)絡(luò)注入符號數(shù)據(jù)包來對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建模，并靜態(tài)地分析網(wǎng)絡(luò)的行為是否滿足用戶的意圖。
例2：Minesweeper 將穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)編碼為可滿足約束形式，實(shí)現(xiàn)了對于數(shù)據(jù)平面的全覆蓋驗(yàn)證。如果用戶意圖沒有正確實(shí)現(xiàn)或者在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行期間被意外改變，應(yīng)及時向上層反饋信息，根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)對用戶意圖進(jìn)行重新轉(zhuǎn)譯、編排。

三、IBN的應(yīng)用

特點(diǎn)：靈活、智能、自動化
應(yīng)用：網(wǎng)絡(luò)測量、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)編排、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域（工廠的智能組網(wǎng)、實(shí)時監(jiān)測工廠網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)）、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)（在鏈路數(shù)量多、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋸?fù)雜的情況下實(shí)現(xiàn)智能管理和監(jiān)測，快速修復(fù)網(wǎng)絡(luò)故障）

四、難點(diǎn)

沒有統(tǒng)一架構(gòu)；意圖分析、意圖轉(zhuǎn)譯沒有統(tǒng)一的實(shí)現(xiàn)方法，沒有接口；策略的驗(yàn)證的全面性缺乏，需要集成，且方式各有優(yōu)缺點(diǎn)（如形式化驗(yàn)證的狀態(tài)空間爆炸）；部署問題（有不兼容的協(xié)議、逐步部署的順序等）；跨域通信（全局網(wǎng)絡(luò)信息難以獲?。?；實(shí)時收集信息用以全局優(yōu)化；網(wǎng)絡(luò)安全問題

五、評價

這篇文章是我了解自動化網(wǎng)絡(luò)部署的第一篇文章，正好找著一篇意圖網(wǎng)絡(luò)的綜述，比較通俗易懂，但是在總結(jié)各個技術(shù)的時候又比較全面，很適合閱讀。個人而言，這篇文章對我啟發(fā)最大的是整個流程以及最后的研究展望，難點(diǎn)總結(jié)也十分到位，有一些我沒有想到的IBN目前存在的問題也表述出來了。文章來源地址http://www.zghlxwxcb.cn/news/detail-741665.html

到了這里，關(guān)于【論文閱讀】基于意圖的網(wǎng)絡(luò)(Intent-Based Networking,IBN)研究綜述的文章就介紹完了。如果您還想了解更多內(nèi)容，請?jiān)谟疑辖撬阉鱐OY模板網(wǎng)以前的文章或繼續(xù)瀏覽下面的相關(guān)文章，希望大家以后多多支持TOY模板網(wǎng)！