如何充分發(fā)揮傳輸SDN的全部潛力

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準。

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。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)拓撲結(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)拓撲和可用的資源，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)的準確性及快速恢復(fù)的優(yōu)點。

依據(jù)所部署的保護和恢復(fù)方案的不同，光傳送網(wǎng)的保護切換時間一般可達到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)提供商均一致認為，他們不期望有或不想要對光控制平面進行完全集中化。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)用程序的認知；網(wǎng)絡(luò)效率更優(yōu)。最終，這些目標的實現(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)論壇和標準工作組已經(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會以及能解決其當務(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。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，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，并將提供詳細的拓撲結(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)無法負擔構(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隊來維護并運營該網(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擴展。

有了這些擴展，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撲結(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)?？梢酝ㄟ^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。