T-SDN：光傳輸?shù)奈磥?lái)之路

　　前言

　　允許應(yīng)用按需使用IT計(jì)算和存儲(chǔ)能力，云計(jì)算(Cloud Computing)技術(shù)已經(jīng)徹底改變了人們?cè)O(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)中心(IDC)的模式。SDN技術(shù)將這一按需使用的概念引入到網(wǎng)絡(luò)中來(lái)：允許應(yīng)用像使用虛擬計(jì)算和存儲(chǔ)能力一樣消耗網(wǎng)絡(luò)傳輸資源。在基于SDN的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)連接不再是永久式的存在，它們被虛擬機(jī)(VC)激發(fā);虛擬機(jī)解體后它們也不復(fù)存在。當(dāng)云計(jì)算技術(shù)跨越城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)擴(kuò)展到多個(gè)數(shù)據(jù)中心時(shí)，基于分布式云架構(gòu)的新式應(yīng)用也期望運(yùn)營(yíng)商能夠采用SDN技術(shù)升級(jí)網(wǎng)絡(luò)，允許它們對(duì)網(wǎng)絡(luò)傳輸資源進(jìn)行按需消耗。

Figure 1 云架構(gòu)和云業(yè)務(wù)對(duì)傳輸網(wǎng)絡(luò)的影響

　　在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中應(yīng)用SDN技術(shù)并不是一件容易的事情。與數(shù)據(jù)中心簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、單一的供?yīng)商結(jié)構(gòu)以及可以認(rèn)為擁有無(wú)限帶寬資源所不同，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)渫ǔ?lái)說(shuō)更加復(fù)雜，供應(yīng)商更加多元化，諸如帶寬和技術(shù)類(lèi)的限制條件更多。任何對(duì)城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)傳輸業(yè)務(wù)進(jìn)行加速和自動(dòng)化的嘗試都必須與現(xiàn)有業(yè)務(wù)部署系統(tǒng)互相一致。分布式云業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)消耗模式必將對(duì)現(xiàn)有的基于靜態(tài)且可預(yù)測(cè)流量所設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)模式施加巨大的壓力。運(yùn)營(yíng)商需要通過(guò)動(dòng)態(tài)的資源管理調(diào)整現(xiàn)有的流量工程序列，從而保證傳輸網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)極速變化的云業(yè)務(wù)連接需求時(shí)能夠提升網(wǎng)絡(luò)效率，提供業(yè)務(wù)保護(hù)性和高可應(yīng)用性。

　　整個(gè)通信產(chǎn)業(yè)已經(jīng)開(kāi)始了向SDN演進(jìn)的步伐，相應(yīng)的技術(shù)建議有網(wǎng)絡(luò)抽象化以及通過(guò)OpenFlow協(xié)議把私有的數(shù)據(jù)和傳輸層面能力開(kāi)放給外部控制等。雖然這個(gè)起點(diǎn)不錯(cuò)，但是運(yùn)營(yíng)商需要一個(gè)更加拓展的SDN架構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)更大的價(jià)值，這個(gè)架構(gòu)需要能夠跨越多個(gè)層面(包括光層、電層、以太網(wǎng)層、IP層和IP VPN業(yè)務(wù)層)部署并實(shí)現(xiàn)拓?fù)?、傳輸資源和物理掣肘信息的相互關(guān)聯(lián)。只有多層的SDN架構(gòu)才有全網(wǎng)視圖和統(tǒng)一控制能力，實(shí)現(xiàn)SDN的美好愿景：增加城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的靈活性、擴(kuò)展性和效率。

　　在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中部署SDN的原因

　　傳統(tǒng)的城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)是為相對(duì)靜態(tài)和可預(yù)測(cè)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)的：連接遠(yuǎn)處的企業(yè)分支和位于中心負(fù)責(zé)商務(wù)流程的企業(yè)總部。網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的部署一般通過(guò)復(fù)雜的IT/OSS系統(tǒng)使用低層不同廠商的API實(shí)施，并經(jīng)由命令行界面或腳本文件進(jìn)行人工配置。運(yùn)營(yíng)商愿意花費(fèi)幾天甚至幾周的時(shí)間做這一切是因?yàn)樗麄兿嘈胚@些網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)會(huì)長(zhǎng)期存在。而現(xiàn)在，分布式云架構(gòu)出現(xiàn)必將對(duì)這一網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)模式產(chǎn)生巨大的影響。

　　比如，一旦基礎(chǔ)傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)施投入使用，企業(yè)用戶要求城域網(wǎng)和網(wǎng)域網(wǎng)的傳輸業(yè)務(wù)要像數(shù)據(jù)中心一樣在幾秒鐘動(dòng)態(tài)建立和刪除。他們要求運(yùn)營(yíng)商能夠保證快速按需提供滿足延遲、抖動(dòng)和帶寬要求的傳輸業(yè)務(wù)。又比如，當(dāng)虛擬機(jī)(VM)根據(jù)虛擬計(jì)算和存儲(chǔ)能力的可用性動(dòng)態(tài)移動(dòng)時(shí)，企業(yè)用戶要求運(yùn)營(yíng)商能夠?yàn)榘滋斓木W(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)處理和夜晚的數(shù)據(jù)備份提供不同的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。運(yùn)營(yíng)商在這個(gè)時(shí)候可以考慮按需提供帶寬或者預(yù)約帶寬。

　　運(yùn)營(yíng)商需要一種快速并節(jié)約成本的方式為企業(yè)客戶提供高級(jí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，為此，他們需要摒棄這種耗時(shí)的手工業(yè)務(wù)部署模式，并且需要可以通過(guò)快速提供新的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)來(lái)提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。為了滿足這些要求，運(yùn)營(yíng)商需要標(biāo)準(zhǔn)化的高層APIs來(lái)抽象化網(wǎng)絡(luò)。

　　當(dāng)網(wǎng)絡(luò)流量模式開(kāi)始變得更加動(dòng)態(tài)后，運(yùn)營(yíng)商開(kāi)始需要面對(duì)由此引入的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的復(fù)雜性，而原來(lái)動(dòng)輒幾個(gè)月的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃周期對(duì)保證業(yè)務(wù)質(zhì)量將不再適用。為了保證網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)不會(huì)用盡帶寬或者脫離預(yù)先設(shè)定的QoS，運(yùn)營(yíng)商需要更加頻繁的重新審視網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)配和進(jìn)行流量工程決定。

　　在把網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)要求映射到傳輸資源時(shí)，運(yùn)營(yíng)商需要進(jìn)行實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)分析，從而既能夠選擇滿足客戶的SLA要求，也能夠保證傳輸資源以最經(jīng)濟(jì)的方式使用。為了協(xié)助實(shí)時(shí)路由選擇和計(jì)算，運(yùn)營(yíng)商需要具備實(shí)時(shí)全網(wǎng)視圖的能力和按需部署傳輸資源的能力，而這些多層全網(wǎng)視圖和控制能力在今天卻由于種種原因而不能實(shí)現(xiàn)。

　　為云業(yè)務(wù)而優(yōu)化的傳輸網(wǎng)

　　為了承載云業(yè)務(wù)，運(yùn)營(yíng)商需要一個(gè)多層的SDN架構(gòu)來(lái)把網(wǎng)絡(luò)劃分成兩個(gè)主要構(gòu)件：網(wǎng)絡(luò)虛擬化自動(dòng)化構(gòu)件以及可編程的傳輸網(wǎng)絡(luò)。

Figure 2 阿爾卡特朗訊為云業(yè)務(wù)優(yōu)化的傳輸網(wǎng)SDN架構(gòu)

　　阿爾卡特朗訊認(rèn)為可編程傳輸網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件的主要功能是提供高可靠和高性能的傳輸資源(跨越光層、電層、以太網(wǎng)層、IP層和IP業(yè)務(wù)層)：

　　專(zhuān)用NPUs和光傳輸器件提供從1層到3層最經(jīng)濟(jì)的梳理、交換和轉(zhuǎn)發(fā)能力

　　業(yè)界證明的分布式控制協(xié)議嵌入到網(wǎng)絡(luò)硬件中保證網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、穩(wěn)定性和保護(hù)性

　　開(kāi)放式南向API接口(比如OpenFlow，NetConf， SNMP， RADIUS和DIAMETER)允許基于標(biāo)準(zhǔn)接口的應(yīng)用和SDN控制器監(jiān)測(cè)和控制任意層面不同廠商的網(wǎng)絡(luò)資源

　　新的網(wǎng)絡(luò)能力，比如分段路由，可以通過(guò)離線路由計(jì)算支持新式的云業(yè)務(wù)

　　阿爾卡特朗訊認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)虛擬化和自動(dòng)化構(gòu)件為應(yīng)用提供高層抽象化的網(wǎng)絡(luò)視圖，并且具有實(shí)時(shí)全網(wǎng)視圖和控制能力。該構(gòu)件能夠在普通的CPU平臺(tái)上以最低的成本實(shí)現(xiàn)最大程度的擴(kuò)展：

　　SDN控制器被用來(lái)在一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層面配置網(wǎng)元

　　策略驅(qū)動(dòng)的業(yè)務(wù)部署允許網(wǎng)絡(luò)任務(wù)和業(yè)務(wù)被定義成為策略，這樣網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)可以更加快速和更大規(guī)模部署

　　策略可以把許多低層的網(wǎng)絡(luò)任務(wù)集成為高層的網(wǎng)絡(luò)功能，從而把不同廠商傳輸?shù)膹?fù)雜性隱藏起來(lái)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)抽象化，運(yùn)營(yíng)商能夠?qū)崿F(xiàn)更快的創(chuàng)新和更好的競(jìng)爭(zhēng)

　　資源管理和控制包括資源管理器，ALTO和PCE

　　應(yīng)用案例

　　和許多新技術(shù)一樣，SDN技術(shù)的引入完全是出于經(jīng)濟(jì)性的考慮。在進(jìn)行任何投資決策前，運(yùn)營(yíng)商需要驗(yàn)證SDN能夠帶來(lái)新的業(yè)務(wù)增加點(diǎn)，提升效率和靈活性，降低CAPEX和OPEX等。正如下面幾個(gè)應(yīng)用案例所述，SDN能夠加速云業(yè)務(wù)部署并支持新的業(yè)務(wù)模式，而這一切的實(shí)現(xiàn)都不會(huì)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)產(chǎn)生影響。

　　按需的數(shù)據(jù)中心互聯(lián)業(yè)務(wù)

　　問(wèn)題： 客戶需要他們的網(wǎng)絡(luò)和帶寬服務(wù)根據(jù)數(shù)據(jù)中心虛擬機(jī)的移動(dòng)而動(dòng)態(tài)調(diào)整。在遵守現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)策略和安全策略的同時(shí)，他們需要?jiǎng)討B(tài)支持網(wǎng)絡(luò)流量形態(tài)的變化，比如夜晚的數(shù)據(jù)備份和數(shù)據(jù)突發(fā)。

　　解決方案：允許客戶可以動(dòng)態(tài)管理數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)絡(luò)連接服務(wù)。這種新的業(yè)務(wù)模式允許客戶們重新分配數(shù)據(jù)中心之間已經(jīng)購(gòu)買(mǎi)的帶寬，或者根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量形態(tài)的變化提供按需的額外帶寬。這種新的業(yè)務(wù)模式也允許客戶定義具體的業(yè)務(wù)要求，比如帶寬、時(shí)間和網(wǎng)絡(luò)連接的時(shí)間長(zhǎng)度。

　　SDN的角色和作用：這種新的業(yè)務(wù)可以通過(guò)基于策略的抽象框架快速定義?？蛻舻男枨罂梢员挥成涞綐I(yè)務(wù)策略中，然后被某種形式的事件激發(fā)，比如當(dāng)負(fù)責(zé)備份的虛擬機(jī)被創(chuàng)建時(shí)。之后基于策略的業(yè)務(wù)部署框架開(kāi)始自動(dòng)調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源，比如增加光業(yè)務(wù)ODU顆粒的大小，并在需求消失時(shí)將傳輸業(yè)務(wù)關(guān)閉。資源管理器通過(guò)管理帶寬來(lái)保證傳輸業(yè)務(wù)沒(méi)有過(guò)度使用。

　　按需的業(yè)務(wù)鏈創(chuàng)建

　　問(wèn)題：包括IT和網(wǎng)絡(luò)連接在內(nèi)的端到端的云業(yè)務(wù)經(jīng)常分布在多個(gè)不同的數(shù)據(jù)中心，這使得把端到端的云業(yè)務(wù)集成在一起提供給遠(yuǎn)程用戶變得非常困難。因?yàn)樾枰斯じ淖兟酚?，這樣的業(yè)務(wù)實(shí)施會(huì)占用幾周的時(shí)間。

　　解決方案：通過(guò)為每一業(yè)務(wù)組合動(dòng)態(tài)創(chuàng)建業(yè)務(wù)連鎖來(lái)加速高級(jí)業(yè)務(wù)部署并降低運(yùn)營(yíng)成本。

　　SDN的角色和作用：PCE可以用來(lái)在虛擬機(jī)中間計(jì)算出最優(yōu)化的路由將網(wǎng)絡(luò)連接集成在一起，從而取消耗時(shí)的手工路由編輯工作。在這一過(guò)程中，可以使用網(wǎng)絡(luò)策略來(lái)把每一用戶映射到為他們優(yōu)化的城域網(wǎng)廣域網(wǎng)業(yè)務(wù)鏈中。業(yè)務(wù)鏈的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浔槐４嬖?A href="http://odinmetals.com/site/CN/Search.aspx?page=1&keywords=SDN&column_id=ALL&station=%E5%85%A8%E9%83%A8" target="_blank">SDN的資源管理器中而不是傳輸設(shè)備中，這樣可以避免因?yàn)閭鬏斣O(shè)備需要大量的CPU資源而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)硬件升級(jí)。

　　動(dòng)態(tài)路由選擇和流量定向

　　問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和云業(yè)務(wù)提供商在決定怎樣定義流量和怎樣部署IT資源時(shí)必須考慮中間傳輸網(wǎng)絡(luò)的情況。這一信息可以用來(lái)為一組特定的用戶決定使用網(wǎng)絡(luò)中哪一個(gè)視頻緩存資源，虛擬機(jī)應(yīng)該使用哪一個(gè)數(shù)據(jù)中心，或者在本地資源用盡時(shí)發(fā)現(xiàn)哪一個(gè)公共的視頻緩存器或數(shù)據(jù)中心可以提供額外的資源。

　　解決方案：允許用戶對(duì)兩個(gè)連接點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的連接要求做出聲明，比如延遲、抖動(dòng)和帶寬。然后提供一種辦法來(lái)實(shí)時(shí)衡量滿足這樣網(wǎng)絡(luò)屬性的路徑和業(yè)務(wù)。

　　SDN的角色和作用：多層網(wǎng)絡(luò)分析允許ALTO發(fā)揮最大的作用。比如從光傳輸的角度看，兩連接點(diǎn)之間一條直接的光通道也許市最好的選擇，然而，在IP層面看來(lái)，經(jīng)過(guò)一個(gè)中間節(jié)點(diǎn)的路徑可能更好，因?yàn)樗梢栽跐M足延遲需要的情況下提供更多的帶寬。對(duì)等點(diǎn)的堵塞和成本數(shù)據(jù)可以被用來(lái)決定哪一個(gè)對(duì)等點(diǎn)最適合于連接到公共的數(shù)據(jù)中心或者視頻緩存。這些映射關(guān)系可以在傳輸層面自動(dòng)部署，或者傳遞給內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)或云協(xié)同層面(Cloud Orchestration)。

　　動(dòng)態(tài)多層網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化

　　問(wèn)題：在網(wǎng)絡(luò)流量變得更加動(dòng)態(tài)和更加不可預(yù)知的今天，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)流量工程的時(shí)間窗口過(guò)于分散，常常是幾個(gè)月，從而導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的可用性和質(zhì)量下降。即使因?yàn)橐粋€(gè)很小的網(wǎng)絡(luò)變動(dòng)，運(yùn)營(yíng)商都必須對(duì)每一網(wǎng)絡(luò)層面進(jìn)行隔離監(jiān)測(cè)，在線下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)關(guān)聯(lián)后的實(shí)施結(jié)果分析。

　　解決方案： 提供一種基于策略的辦法來(lái)跟蹤SLA并實(shí)現(xiàn)流量工程在網(wǎng)絡(luò)各層的自動(dòng)化。傳輸業(yè)務(wù)的連接、屬性和帶寬可以在幾分鐘或者幾個(gè)月中動(dòng)態(tài)調(diào)整。

　　SDN的角色和作用：第三方的應(yīng)用可以持續(xù)訪問(wèn)并分析存儲(chǔ)在資源管理器中的全網(wǎng)拓?fù)浜蜖顟B(tài)信息。分析結(jié)果后用來(lái)動(dòng)態(tài)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)策略，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的重新部署，比如ODU容器大小的調(diào)整，或業(yè)務(wù)與光通道之間的映射。這樣一來(lái)，運(yùn)營(yíng)商可以避免資源用盡的情況，提升用戶體驗(yàn)，并優(yōu)化使用帶寬。

　　基于流量工程的業(yè)務(wù)平面

　　問(wèn)題：在運(yùn)營(yíng)商需要一個(gè)更簡(jiǎn)單有效的辦法來(lái)虛擬城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)，從而將網(wǎng)絡(luò)傳輸資源在不同種類(lèi)的業(yè)務(wù)類(lèi)型中更加有效率的分配。

　　解決方案：允許運(yùn)營(yíng)商以切片的形式創(chuàng)建并管理基于流量工程的多層業(yè)務(wù)平面，并保證這些業(yè)務(wù)平面能夠滿足傳輸業(yè)務(wù)的要求。比如，企業(yè)或數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)備份可以映射到還未使用的大帶寬業(yè)務(wù)平面上?？梢栽谀骋环?wù)平面關(guān)閉光層FEC從而提升帶寬和減少延遲。在另外一服務(wù)平面又可以打開(kāi)光層FEC，為對(duì)延遲不敏感而丟包敏感的業(yè)務(wù)提供服務(wù)。

　　SDN的角色和作用：服務(wù)平面可以人工創(chuàng)建，可以通過(guò)上面提到的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化應(yīng)用創(chuàng)建?？梢詣?chuàng)建網(wǎng)絡(luò)策略實(shí)現(xiàn)不同用戶網(wǎng)絡(luò)流量與業(yè)務(wù)平面的映射。

　　結(jié)論

　　云計(jì)算和云業(yè)務(wù)的出現(xiàn)正在改變運(yùn)營(yíng)商的建網(wǎng)模式。SDN開(kāi)始只是被用來(lái)虛擬化和自動(dòng)化數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)在也開(kāi)始被用在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中優(yōu)化云承載。雖然一些關(guān)于通過(guò)OpenFlow來(lái)抽象傳輸網(wǎng)絡(luò)的工作已經(jīng)開(kāi)始，但是這并不是完整的SDN解決方案。只有像阿爾卡特朗訊一樣，跨越多層(L0-L3)的SDN構(gòu)架才有全網(wǎng)視圖和統(tǒng)一控制能力，才能增加云時(shí)代城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的靈活性、擴(kuò)展性和效率。