SDN北向接口標(biāo)準(zhǔn)化簡(jiǎn)介以及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展 - 全文

1.概述

SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)Software Defined Network）將控制同轉(zhuǎn)發(fā)分離，引入控制器（Controller）系統(tǒng)進(jìn)行集中化管控，并通過(guò)控制器北向接口，向應(yīng)用層或者上層控制器提供網(wǎng)絡(luò)抽象，使得網(wǎng)絡(luò)具備軟件編程的能力。

開(kāi)放的北向接口，是SDN生態(tài)系統(tǒng)的核心。本文重點(diǎn)介紹北向接口相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展。

2.SDN架構(gòu)及北向接口簡(jiǎn)介

SDN包含數(shù)據(jù)平面、控制平面以及應(yīng)用平面。基于控制器的視角，面向應(yīng)用的接口為北向接口,面向基礎(chǔ)架構(gòu)層的接口為南向接口。在層次化控制器的場(chǎng)景，控制器和控制器之間的接口也稱為北向接口。

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圖 1 SDN架構(gòu)及北向接口

3.SDN北向接口標(biāo)準(zhǔn)化

3.1.傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)北向接口
ITU-T(國(guó)際電聯(lián)電信標(biāo)準(zhǔn)化部門 ITU Telecommunication Standardization Sector)定義了電信管理網(wǎng)絡(luò)(TMN)分層架構(gòu)原則，提出管理分層結(jié)構(gòu)和五大功能，應(yīng)用到SDH、OTN以及MPLS-TP等技術(shù)領(lǐng)域。電信運(yùn)營(yíng)商采用這種模型，引入了EMS、NMS、BOSS等系統(tǒng)，各系統(tǒng)的功能定義相對(duì)明確。

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圖 2 TMN架構(gòu)及產(chǎn)品形態(tài)

TMN中提供的Q3接口復(fù)雜度高，使用CMIP協(xié)議（涉及OSI七層協(xié)議棧以及信息模型），未廣泛采納；Qx接口通常也是各廠商自定義，標(biāo)準(zhǔn)化程度不高。

TMF(電信管理論壇 TeleManagement Forum)關(guān)注網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)、維護(hù)、管理等，TOM、e-TOM模型及相關(guān)規(guī)范在電信網(wǎng)絡(luò)被廣泛采納。MTNMv3.5版本已經(jīng)涵蓋SDH、WDM、OTN、PTN、Ethernet、RTN、GPON、DSLAM、ASON等技術(shù)領(lǐng)域業(yè)務(wù)模型。但MTNM所采用的CORBA技術(shù)因?qū)I(yè)性強(qiáng)、復(fù)雜度高，不再適用當(dāng)前開(kāi)放的軟件架構(gòu)；MTOSI系列標(biāo)準(zhǔn)的制定，在繼承MTNM網(wǎng)絡(luò)資源模型的基礎(chǔ)上，接口采用XML技術(shù)，并增加了面向Service的業(yè)務(wù)模型和操作。

BOSS系統(tǒng)由于商業(yè)模式原因，接口的標(biāo)準(zhǔn)化程度相對(duì)不高。

網(wǎng)絡(luò)IP化，業(yè)務(wù)IP化的普及，推動(dòng)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)由CT向ICT轉(zhuǎn)型。但I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)最初采用分布式路由及信令，偏向單個(gè)設(shè)備的配置/管理，重點(diǎn)在南向接口，而北向接口缺少標(biāo)準(zhǔn)化。各廠商結(jié)合自身業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，對(duì)IP/MPLS相關(guān)北向接口進(jìn)行定制，不利于運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)和設(shè)備商系統(tǒng)的集成。

3.2.ONF北向接口標(biāo)準(zhǔn)化
2011年3月ONF(Open Networking Foundation開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì))成立，致力于推動(dòng)SDN技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前有多個(gè)工作組制定北向接口。

3.2.1.CIM工作組
信息模型是對(duì)物理資源的抽象表示，它包含了一組對(duì)象、對(duì)象之間的關(guān)系、對(duì)象屬性和對(duì)象可以執(zhí)行的操作。北向接口根據(jù)信息模型來(lái)定義接口上交互的數(shù)據(jù)內(nèi)容和操作。雖然不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有不同的特點(diǎn)，但是這些技術(shù)所共有的一些信息模型應(yīng)該是一致的。采用不同的信息模型會(huì)增加北向接口的復(fù)雜度，降低接口互操作性和可擴(kuò)展性。因此CIM（Common Information Model通用信息模型）工作組致力于定義一個(gè)對(duì)于各種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)公共的信息模型，即通用信息模型。

CIM工作組采用面向?qū)ο蟮姆椒?，定義了網(wǎng)絡(luò)資源相關(guān)的對(duì)象以及對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)，采用通用建模語(yǔ)言（UML）進(jìn)行定義，與北向接口實(shí)現(xiàn)所采用的具體接口協(xié)議無(wú)關(guān)。CIM繼承了ITU-T、TMF等標(biāo)準(zhǔn)組織對(duì)于電信網(wǎng)絡(luò)的建模方法。通用信息模型包含與具體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)關(guān)的核心信息模型（例如拓?fù)?、轉(zhuǎn)發(fā)等對(duì)象）、與特定網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相關(guān)的信息模型（比如OTN、IP等）以及應(yīng)用相關(guān)模型（比如NBI工作組當(dāng)前定義的一些接口）。CIM工作組主要定義與技術(shù)無(wú)關(guān)的核心信息模型，2015年3月和11月，CIM工作組分別發(fā)布了CIM1.0和CIM1.1版本。

與技術(shù)相關(guān)的信息模型在各技術(shù)工作組中研究（如NBI、OTWG等）。

定義面向技術(shù)的北向接口標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景，可以對(duì)通用信息模型進(jìn)行剪裁/重構(gòu)，將信息模型映射為數(shù)據(jù)編碼以及接口代碼。

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圖 3 通用信息模型

ONF下屬的開(kāi)源SDN社區(qū)2015年底成立了EAGLE項(xiàng)目，提供自動(dòng)化工具，能夠?qū)ML信息模型轉(zhuǎn)化為程序代碼。

3.2.2.NBI工作組
NBI(北向接口Northbound Interfaces)是ONF最早定義北向接口的工作組，在NBI引入了北向接口“維度”的概念——底層抽象接口，向網(wǎng)絡(luò)資源及功能；上層抽象接口，面向應(yīng)用。

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圖 4 北向接口抽象維度

ONF NBI的工作經(jīng)歷了兩個(gè)階段：

1、功能型北向接口(Functional NBI):自下而上看網(wǎng)絡(luò)，重點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)資源抽象及控制能力的開(kāi)放，包括Topology、L2VPN、L3VPN、Tunnel等接口；CIM工作得到ONF認(rèn)可后，NBI采納了CIM的方法論，嘗試集成部分信息模型。

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圖 5 功能型北向接口

2、基于意圖的接口(Intent-based Interface):自上而下看網(wǎng)絡(luò)，關(guān)注應(yīng)用或者服務(wù)的需求，同具體的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)無(wú)關(guān)。此部分工作目前依然處于探索階段。

開(kāi)源SDN社區(qū)的BOULDER項(xiàng)目提供面向意圖的北向接口軟件，能夠屏蔽不同控制器的差異，并已經(jīng)在ODL和ONOS上進(jìn)行相關(guān)演示。

3.2.3.OTWG工作組
OTWG（光傳送工作組Optical Transport Working Group）采納CIM的模型，對(duì)OTN、ETH、MPLS-TP等傳送技術(shù)建模。2016年6月，OTWG發(fā)布TR527版本1.0(TAPI Function Requirement)，描述了控制器間接口功能需求以及控制器和協(xié)同器/應(yīng)用層間功能需求，其中包括拓?fù)浞?wù)(Topology Service)、連接服務(wù)(Connectivity Service)、路徑計(jì)算服務(wù)(Path Computation Service)、虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(Virtual Network Service for Transport)、通告服務(wù)(Notification Service)等。同時(shí)，OTWG啟動(dòng)2.0版本的制定工作，包含節(jié)點(diǎn)配置、保護(hù)/OAM、多點(diǎn)/多層/多域等內(nèi)容。

如圖6所示，基于OTWG功能需求描述，對(duì)ONF核心信息模型以及技術(shù)信息模型進(jìn)行剪裁，生成北向接口UML信息模型。EAGLE項(xiàng)目提供了一組工具，能夠?qū)ML最終轉(zhuǎn)化為Python代碼。SNOWMASS項(xiàng)目計(jì)劃2016年7月發(fā)布北向接口軟件開(kāi)發(fā)包(SDKv1.0)。

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圖 6 T-API相關(guān)項(xiàng)目

2015年9月，華為在開(kāi)源SDN社區(qū)推動(dòng)成立ENGLEWOOD項(xiàng)目，提供平臺(tái)無(wú)關(guān)的抽象層，屏蔽各種控制器實(shí)現(xiàn)的差異性（如圖7所示）。

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圖 7 ENGLEWOOD項(xiàng)目軟件架構(gòu)

3.3.IETF北向接口標(biāo)準(zhǔn)化
IETF(互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組Internet Engineering Task Force)負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的制定，最初關(guān)注分布式路由及信令協(xié)議，并制定SNMP協(xié)議及MIB、Netconf等南向接口。IETF最早有兩個(gè)SDN相關(guān)工作組： ForCES（forwarding and control element separation）和ALTO（application-layer traffic optimization）。隨著SDN理念逐步被業(yè)界所追捧，成立了越來(lái)越多的工作組，包括I2RS（Interface to the Routing System）、Spring(Source Packet Routing in Networking）、SFC(Service Function Chaining）、BIER(Bit Indexed Explicit Replication）、NetMod（NETCONF Data Modeling Language）、L3SM(L3VPN Service Model)等。

IETF并沒(méi)有獨(dú)立的北向接口工作組，各個(gè)工作組都在制定網(wǎng)絡(luò)功能相關(guān)的接口，并統(tǒng)一使用YANG數(shù)據(jù)模型進(jìn)行接口描述。目前TEAS工作組開(kāi)展了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、業(yè)務(wù)隧道等北向接口YANG模型的標(biāo)準(zhǔn)制定，CCAMP工作組開(kāi)展與具體傳送技術(shù)相關(guān)的北向接口YANG模型標(biāo)準(zhǔn)研究。

2015年華為推動(dòng)成立SUPA（Simplified Use of Policy Abstractions）工作組，主要目標(biāo)是制定通用的Policy模型，并且將Intent Policy作為其中重要的研究?jī)?nèi)容。

3.4.MEF北向接口標(biāo)準(zhǔn)化
MEF(城域以太網(wǎng)論壇Metro Ethernet Forum)將以太網(wǎng)作為一種業(yè)務(wù)，定義業(yè)務(wù)的需求、屬性、OAM等，所有能夠提供這種業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)，都能夠得到MEF的認(rèn)證。MEF當(dāng)前定義的以太網(wǎng)服務(wù)接口，可以認(rèn)為是一種基于意圖的Intent接口。

3.5.各標(biāo)準(zhǔn)模型演進(jìn)
北向接口的開(kāi)放及標(biāo)準(zhǔn)化，對(duì)SDN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。業(yè)界各廠商以及標(biāo)準(zhǔn)組織，包括一些頂級(jí)技術(shù)專家，都致力于北向接口的統(tǒng)一。經(jīng)歷兩年多的努力，當(dāng)前ITU-T、TMF、ONF、MEF等組織，基本達(dá)成共識(shí)，使用統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)資源信息模型。同時(shí)，在IETF，也逐漸有一些提案，建議采用通用信息模型。

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圖 8 信息模型演進(jìn)歷史

4.總結(jié)

SDN應(yīng)用的多樣性，使得北向接口的需求多變，進(jìn)而導(dǎo)致北向接口標(biāo)準(zhǔn)化面臨挑戰(zhàn)。各標(biāo)準(zhǔn)組織逐漸傾向采用統(tǒng)一的信息模型，前景美好，任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)
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