傳輸SDN中采用OTN的技術(shù)分析

如今的電信服務(wù)提供商需要網(wǎng)絡(luò)具有更高的容量與更加動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，以滿足云和移動性兩方面的需求。他們認(rèn)識到，原有的靜態(tài)、手動分配的網(wǎng)絡(luò)已無法提供所要求的服務(wù)。舉例來講，企業(yè)用戶正在使用公共云和私有云，因而需要其網(wǎng)絡(luò)能滿足彈性的按需計算和存儲的要求。電信服務(wù)提供商吸取了數(shù)據(jù)中心行業(yè)的經(jīng)驗教訓(xùn)，正積極探索利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的技術(shù)來應(yīng)對云計算和移動性帶來的挑戰(zhàn)。近期的一次調(diào)查中，97%的電信服務(wù)提供商表示打算部署SDN，81%表示將為多層傳送及光傳送網(wǎng)部署SDN.本文討論了光傳輸SDN的需求以及支持光傳送網(wǎng)絡(luò)（OTN）交換的OTN體系結(jié)構(gòu)如何提高交付動態(tài)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的靈活性，從而在動態(tài)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施中充分發(fā)揮傳輸SDN的全部潛力。

將SDN延伸至傳輸

SDN的總原則包括：數(shù)據(jù)和控制平面的分離、面向流/電路的數(shù)據(jù)平面、集中化的管理和控制、硬件抽象和虛擬化、網(wǎng)絡(luò)可編程性以及基于開放標(biāo)準(zhǔn)。

SDN自有的集中化管理和控制保證提供如下優(yōu)勢：更快的業(yè)務(wù)資源調(diào)配；更加明智的網(wǎng)絡(luò)管理決策決定網(wǎng)絡(luò)資源更加有效的利用；優(yōu)化的網(wǎng)絡(luò)全局視圖；技術(shù)上的獨立性；以及功能強(qiáng)大的新業(yè)務(wù)為客戶提供更佳的靈活性與控制。

SDN原本只是為基于分組的網(wǎng)絡(luò)而設(shè)計，在分組網(wǎng)絡(luò)上，管理、控制及轉(zhuǎn)發(fā)/數(shù)據(jù)平面操作均在本地節(jié)點上進(jìn)行，并且，每個節(jié)點均自動轉(zhuǎn)發(fā)分組。對于像城域以太網(wǎng)（MetroEthernet）或中國的分組傳送網(wǎng)（PTN）這樣的分組交換網(wǎng)絡(luò)域，SDN具有巨大的價值—包括中國移動在內(nèi)的電信服務(wù)提供商最早將于2015年部署基于SDN的PTN.

隨著時間的推移，傳輸網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)以不同于分組交換網(wǎng)絡(luò)的方式向前演進(jìn)。從歷史上看，分組交換網(wǎng)絡(luò)一直有一個包含網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（NMS）的集中式管理平面。此外，大多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商已經(jīng)采用了自動交換光網(wǎng)絡(luò)（ASON）架構(gòu)，該架構(gòu)采用通用多協(xié)議標(biāo)簽交換（GMPLS）協(xié)議作為其光傳送控制平面。此控制平面在邏輯上位于管理平面和傳送數(shù)據(jù)平面之間。光控制平面含有一組位于每個傳送網(wǎng)絡(luò)元件（NE）之上的應(yīng)用程序，能實現(xiàn)如路徑計算、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、資源和能力發(fā)現(xiàn)等功能。因此，每個傳輸NE都可以訪問完整的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜涂捎玫馁Y源，為最終業(yè)務(wù)提供支持。基于ASON和GMPLS的光傳送網(wǎng)的分布式控制平面提供了包括生存能力、狀態(tài)的準(zhǔn)確性及快速恢復(fù)的優(yōu)點。

依據(jù)所部署的保護(hù)和恢復(fù)方案的不同，光傳送網(wǎng)的保護(hù)切換時間一般可達(dá)到50ms或更低，或者在采用GMPLS的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)上，恢復(fù)時間最快可達(dá)100ms～200ms.需要一個與底層NE緊密耦合的分布式控制平面才能實現(xiàn)這樣的性能級別。因此，今天的大多數(shù)電信服務(wù)提供商均一致認(rèn)為，他們不期望有或不想要對光控制平面進(jìn)行完全集中化。事實上，Verizon等領(lǐng)先的電信服務(wù)提供商的意見是，希望其供應(yīng)鏈在供應(yīng)商設(shè)備范疇內(nèi)的控制層持續(xù)進(jìn)行創(chuàng)新。

從控制平面的角度來看，通過從GMPLS移至SDN，運營商尋求的是多供應(yīng)商在異構(gòu)傳輸網(wǎng)絡(luò)以及跨多網(wǎng)絡(luò)層級之間的互通性，從而充分利用多層協(xié)調(diào)及優(yōu)化帶來的益處。因此，對于傳輸SDN，服務(wù)提供商可能會利用經(jīng)過驗證的分散式控制的優(yōu)異性能，同時利用SDN的層次化架構(gòu)及其開放的北向和南向接口和調(diào)配層，來實現(xiàn)跨越多個供應(yīng)商域和多個網(wǎng)絡(luò)層級的端到端路徑調(diào)配。

中國移動、中國電信和Verizon等服務(wù)提供商以及開放網(wǎng)絡(luò)論壇（ONF）等行業(yè)機(jī)構(gòu)均提出了一種架構(gòu)，其中OEM域控制器將在每個供應(yīng)商的域內(nèi)管理光傳輸NE，同時對一個通用網(wǎng)絡(luò)調(diào)配器（父級“超級”控制器）提供開放北向接口。網(wǎng)絡(luò)調(diào)配器將光傳輸層的細(xì)節(jié)信息抽象出來，同時通過為客戶SDN應(yīng)用（即OSS/BSS、網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等）提供開放接口來實現(xiàn)端到端的業(yè)務(wù)資源調(diào)配。調(diào)配器將方便各個OEM域控制器按從東到西的方向進(jìn)行彼此通信，從而實現(xiàn)多供應(yīng)商之間的互通。

有了該架構(gòu)，也可以在每個域中安置多種技術(shù)的控制器，以充分利用融合的分組光學(xué)設(shè)備（即P-OTP）。因此，L2/MPLS-TP控制器可以控制P-OTP的分組功能，而光學(xué)/L1控制器則可以控制單個域內(nèi)P-OTP的WDM/OTN特點。調(diào)配器能夠與這些不同的技術(shù)控制器連接，并助力實現(xiàn)多層級的優(yōu)化和互通。

光傳送網(wǎng)的分層SDN架構(gòu)將使電信運營商能夠利用業(yè)內(nèi)的最佳技術(shù)選擇，并采用切實可行的方法來實現(xiàn)：在利用已安裝的基地/投資的同時，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的可編程性；簡化的多層控制；異構(gòu)NE部署中的通用性；端到端應(yīng)用程序的認(rèn)知；網(wǎng)絡(luò)效率更優(yōu)。最終，這些目標(biāo)的實現(xiàn)將導(dǎo)致物理光網(wǎng)絡(luò)資源的抽象，從而實現(xiàn)光網(wǎng)絡(luò)虛擬化—OTN即服務(wù)。

應(yīng)用案例驅(qū)動電信服務(wù)提供商轉(zhuǎn)向傳輸SDN

盡管多個行業(yè)論壇和標(biāo)準(zhǔn)工作組已經(jīng)設(shè)想、討論并記述了許多傳輸SDN的應(yīng)用案例，電信服務(wù)提供商關(guān)注的重點還是能為云連接市場提供新的盈利機(jī)會以及能解決其當(dāng)務(wù)之急的方案，比如能將網(wǎng)絡(luò)效率最大化，從而降低CAPEX和OPEX的那些方案。這些早期的應(yīng)用案例包括有：按需分配帶寬、IP和光網(wǎng)絡(luò)的多層優(yōu)化、虛擬傳輸網(wǎng)。

按需分配帶寬—一種新型的云服務(wù)（如亞馬遜的虛擬私有云等）以及應(yīng)用程序（如VMware的DistanceVMotion等）導(dǎo)致了進(jìn)出地理位置上分散的數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量日益龐大。這些云服務(wù)和應(yīng)用程序正在推動新的網(wǎng)絡(luò)流量模式的產(chǎn)生，新的模式均有別于傳統(tǒng)的、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)復(fù)制或流量負(fù)載均衡。

因此，數(shù)據(jù)中心通信帶寬往往會超過均值20倍之多。購買固定租用/專用線路服務(wù)來提供峰值帶寬既浪費又不經(jīng)濟(jì)。傳輸SDN讓電信服務(wù)提供商能夠提供按需分配光傳送帶寬的業(yè)務(wù)，允許企業(yè)客戶建立并按照需求暫時或永久性地、動態(tài)地重新調(diào)整其數(shù)據(jù)中心之間的連接，而只需為實際使用到的帶寬付費。

服務(wù)提供商的益處：可以添加靈活的新服務(wù)并相應(yīng)增加營收。一個中央SDN控制器與帶寬管理應(yīng)用程序進(jìn)行交互，可以在光層按需設(shè)立連接。物理網(wǎng)絡(luò)的要求：底層的物理傳送網(wǎng)絡(luò)需要能夠在波長和亞波長級別動態(tài)地調(diào)整和交換容量。

IP和光網(wǎng)絡(luò)的多層優(yōu)化—對大多數(shù)電信服務(wù)提供商而言，IP/MPLS和傳輸在運作上仍然作為網(wǎng)絡(luò)的獨立層級，除了IP/MPLS作為傳輸層的客戶以外，之間的協(xié)調(diào)極少。這很大程度上是由于路由器與不同NMS的光傳送設(shè)備之間分別獨立的調(diào)配過程。因此，傳送層被IP/MPLS層假定為靜態(tài)的層（啞管道之上的IP）。

IP/MPLS流量可能受到1+1保護(hù)，結(jié)果是IP網(wǎng)絡(luò)的效率不會超過40%.針對以上挑戰(zhàn)，傳輸SDN提供了一個解決方案，即使用單個多層控制器連接到路由器和傳輸NE，或單獨IP和傳輸域控制器分別連接到路由器和傳輸NE，并在它們之上加入調(diào)配層來進(jìn)行路徑計算和恢復(fù)管理。后一種情況下，每個IP和傳送控制器的北向接口將是基于開放API的，并將提供詳細(xì)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、分配的服務(wù)和性能相關(guān)的信息給調(diào)配層，以便找到更高效的路由或創(chuàng)建快速/低延遲的路由等。

運營商得到的益處：IP/MPLS和傳輸優(yōu)化意味著資本支出的縮減（通過減少過度調(diào)配的需要）、較高的網(wǎng)絡(luò)可用性和質(zhì)量，以及跨越不同的網(wǎng)絡(luò)域、不同路由器和傳送供應(yīng)商之間的互通性。

物理網(wǎng)絡(luò)的要求：IP和光多層優(yōu)化進(jìn)一步驅(qū)動了靈活的次波長網(wǎng)絡(luò)通道化的需要，并為融合的多層傳送平臺開辟了新的可能性。

虛擬傳送網(wǎng)—傳輸網(wǎng)絡(luò)對許多企業(yè)而言具有戰(zhàn)略意義，可以在多個不同辦公室或數(shù)據(jù)中心之間提供互連，以實現(xiàn)基于云的虛擬計算和存儲功能。絕大多數(shù)的企業(yè)無法負(fù)擔(dān)構(gòu)建自己專用的光網(wǎng)（采購自己的光傳輸設(shè)備、租賃暗光纖以及雇用專門的技能團(tuán)隊來維護(hù)并運營該網(wǎng)絡(luò)）。因此，將IP/MPLS VPN的概念延伸到具備光VPN服務(wù)的傳輸層存在著巨大的市場空間。

然而，由于供應(yīng)商特定的NMS、來自不同供應(yīng)商跨端到端路徑的網(wǎng)元，以及最終用戶缺乏通過應(yīng)用門戶的可配置性，這項服務(wù)的實現(xiàn)目前并非易事。通過由網(wǎng)絡(luò)虛擬化而創(chuàng)建抽象的物理網(wǎng)絡(luò)視圖，傳輸SDN讓電信服務(wù)提供商得以克服這些挑戰(zhàn)。

軟件定義傳輸網(wǎng)將OpenFlow架構(gòu)進(jìn)行延伸，從而允許電信服務(wù)提供商的物理傳輸網(wǎng)絡(luò)劃分成多個虛擬傳輸網(wǎng)絡(luò)。實現(xiàn)的手段是通過控制數(shù)據(jù)平面接口（CDPI）和控制虛擬網(wǎng)絡(luò)接口（CVNI）的OpenFlow擴(kuò)展。

有了這些擴(kuò)展，服務(wù)提供商可以為每個用戶創(chuàng)建其物理網(wǎng)絡(luò)的虛擬切片。此外，可以通過這些虛擬的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)隱藏網(wǎng)絡(luò)的多層、多供應(yīng)商的特點，并且用戶可以自行管理和控制其端到端的虛擬光網(wǎng)絡(luò)。可以通過門戶或由用戶自己的控制器來完成用戶控制并管理自己的網(wǎng)絡(luò)切片。

服務(wù)提供商的益處：虛擬傳輸網(wǎng)絡(luò)讓服務(wù)提供商可以便利地共享物理網(wǎng)絡(luò)資源，以提供新的增值服務(wù)，如供給內(nèi)部和外部用戶的動態(tài)、自我管理的光學(xué)VPN等。

物理網(wǎng)絡(luò)的要求：光傳輸網(wǎng)絡(luò)需要支持以波長和亞波長級別調(diào)配光路，并且每個光路具備豐富的OA

在所述的應(yīng)用案例中有一個共同的主題，即下一代光傳送網(wǎng)的光子層和電子層均需要有更強(qiáng)的靈活性。如果靈活性不夠好，應(yīng)用案例的價值對電信運營商就很有限。