T-SDN：光傳輸的未來(lái)之路

　　前言

　　允許應用按需使用IT計算和存儲能力，云計算(Cloud Computing)技術(shù)已經(jīng)徹底改變了人們設計和運營(yíng)數據中心(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)：允許應用像使用虛擬計算和存儲能力一樣消耗網(wǎng)絡(luò )傳輸資源。在基于SDN的數據中心網(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(VC)激發(fā);虛擬機解體后它們也不復存在。當云計算技術(shù)跨越城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)擴展到多個(gè)數據中心時(shí)，基于分布式云架構的新式應用也期望運營(yíng)商能夠采用SDN技術(shù)升級網(wǎng)絡(luò )，允許它們對網(wǎng)絡(luò )傳輸資源進(jìn)行按需消耗。

Figure 1 云架構和云業(yè)務(wù)對傳輸網(wǎng)絡(luò )的影響

　　在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中應用SDN技術(shù)并不是一件容易的事情。與數據中心簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò )拓撲、單一的供應商結構以及可以認為擁有無(wú)限帶寬資源所不同，運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )的拓撲通常來(lái)說(shuō)更加復雜，供應商更加多元化，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有業(yè)務(wù)部署系統互相一致。分布式云業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)消耗模式必將對現有的基于靜態(tài)且可預測流量所設計的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)模式施加巨大的壓力。運營(yíng)商需要通過(guò)動(dòng)態(tài)的資源管理調整現有的流量工程序列，從而保證傳輸網(wǎng)絡(luò )在面對極速變化的云業(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)保護性和高可應用性。

　　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)議把私有的數據和傳輸層面能力開(kāi)放給外部控制等。雖然這個(gè)起點(diǎn)不錯，但是運營(yíng)商需要一個(gè)更加拓展的SDN架構來(lái)實(shí)現更大的價(jià)值，這個(gè)架構需要能夠跨越多個(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)現拓撲、傳輸資源和物理掣肘信息的相互關(guān)聯(lián)。只有多層的SDN架構才有全網(wǎng)視圖和統一控制能力，實(shí)現SDN的美好愿景：增加城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的靈活性、擴展性和效率。

　　在城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中部署SDN的原因

　　傳統的城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)是為相對靜態(tài)和可預測的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)設計的：連接遠處的企業(yè)分支和位于中心負責商務(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)復雜的IT/OSS系統使用低層不同廠(chǎng)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。運營(yíng)商愿意花費幾天甚至幾周的時(shí)間做這一切是因為他們相信這些網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)會(huì )長(cháng)期存在。而現在，分布式云架構出現必將對這一網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)模式產(chǎn)生巨大的影響。

　　比如，一旦基礎傳輸網(wǎng)絡(luò )設施投入使用，企業(yè)用戶(hù)要求城域網(wǎng)和網(wǎng)域網(wǎng)的傳輸業(yè)務(wù)要像數據中心一樣在幾秒鐘動(dòng)態(tài)建立和刪除。他們要求運營(yíng)商能夠保證快速按需提供滿(mǎn)足延遲、抖動(dòng)和帶寬要求的傳輸業(yè)務(wù)。又比如，當虛擬機(VM)根據虛擬計算和存儲能力的可用性動(dòng)態(tài)移動(dòng)時(shí)，企業(yè)用戶(hù)要求運營(yíng)商能夠為白天的網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)處理和夜晚的數據備份提供不同的網(wǎng)絡(luò )連接服務(wù)。運營(yíng)商在這個(gè)時(shí)候可以考慮按需提供帶寬或者預約帶寬。

　　運營(yíng)商需要一種快速并節約成本的方式為企業(yè)客戶(hù)提供高級網(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)競爭力。為了滿(mǎn)足這些要求，運營(yíng)商需要標準化的高層APIs來(lái)抽象化網(wǎng)絡(luò )。

　　當網(wǎng)絡(luò )流量模式開(kāi)始變得更加動(dòng)態(tài)后，運營(yíng)商開(kāi)始需要面對由此引入的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)的復雜性，而原來(lái)動(dòng)輒幾個(gè)月的網(wǎng)絡(luò )規劃周期對保證業(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先設定的QoS，運營(yíng)商需要更加頻繁的重新審視網(wǎng)絡(luò )資源調配和進(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(mǎn)足客戶(hù)的SLA要求，也能夠保證傳輸資源以最經(jīng)濟的方式使用。為了協(xié)助實(shí)時(shí)路由選擇和計算，運營(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。

　　為云業(yè)務(wù)而優(yōu)化的傳輸網(wǎng)

　　為了承載云業(yè)務(wù)，運營(yíng)商需要一個(gè)多層的SDN架構來(lái)把網(wǎng)絡(luò )劃分成兩個(gè)主要構件：網(wǎng)絡(luò )虛擬化自動(dòng)化構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

　　阿爾卡特朗訊認為可編程傳輸網(wǎng)絡(luò )構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)濟的梳理、交換和轉發(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 )的擴展性、穩定性和保護性

　　開(kāi)放式南向API接口(比如OpenFlow，NetConf， SNMP， RADIUS和DIAMETER)允許基于標準接口的應用和SDN控制器監測和控制任意層面不同廠(chǎng)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(xiàn)路由計算支持新式的云業(yè)務(wù)

　　阿爾卡特朗訊認為網(wǎng)絡(luò )虛擬化和自動(dòng)化構件為應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。該構件能夠在普通的CPU平臺上以最低的成本實(shí)現最大程度的擴展：

　　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(chǎng)商傳輸的復雜性隱藏起來(lái)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò )抽象化，運營(yíng)商能夠實(shí)現更快的創(chuàng )新和更好的競爭

　　資源管理和控制包括資源管理器，ALTO和PCE

　　應用案例

　　和許多新技術(shù)一樣，SDN技術(shù)的引入完全是出于經(jīng)濟性的考慮。在進(jìn)行任何投資決策前，運營(yíng)商需要驗證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)現都不會(huì )對現有網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的運營(yíng)產(chǎn)生影響。

　　按需的數據中心互聯(lián)業(yè)務(wù)

　　問(wèn)題： 客戶(hù)需要他們的網(wǎng)絡(luò )和帶寬服務(wù)根據數據中心虛擬機的移動(dòng)而動(dòng)態(tài)調整。在遵守現有網(wǎng)絡(luò )策略和安全策略的同時(shí)，他們需要動(dòng)態(tài)支持網(wǎng)絡(luò )流量形態(tài)的變化，比如夜晚的數據備份和數據突發(fā)。

　　解決方案：允許客戶(hù)可以動(dòng)態(tài)管理數據中心之間的網(wǎng)絡(luò )連接服務(wù)。這種新的業(yè)務(wù)模式允許客戶(hù)們重新分配數據中心之間已經(jīng)購買(mǎi)的帶寬，或者根據網(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(hù)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(cháng)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?hù)的需求可以被映射到業(yè)務(wù)策略中，然后被某種形式的事件激發(fā)，比如當負責備份的虛擬機被創(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 )連接在內的端到端的云業(yè)務(wù)經(jīng)常分布在多個(gè)不同的數據中心，這使得把端到端的云業(yè)務(wù)集成在一起提供給遠程用戶(hù)變得非常困難。因為需要人工改變路由，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)加速高級業(yè)務(wù)部署并降低運營(yíng)成本。

　　SDN的角色和作用：PCE可以用來(lái)在虛擬機中間計算出最優(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(hù)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 )拓撲被保存在SDN的資源管理器中而不是傳輸設備中，這樣可以避免因為傳輸設備需要大量的CPU資源而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )硬件升級。

　　動(dòng)態(tài)路由選擇和流量定向

　　問(wèn)題：網(wǎng)絡(luò )運營(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(hù)決定使用網(wǎng)絡(luò )中哪一個(gè)視頻緩存資源，虛擬機應該使用哪一個(gè)數據中心，或者在本地資源用盡時(shí)發(fā)現哪一個(gè)公共的視頻緩存器或數據中心可以提供額外的資源。

　　解決方案：允許用戶(hù)對兩個(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(mǎn)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)中間節點(diǎn)的路徑可能更好，因為它可以在滿(mǎn)足延遲需要的情況下提供更多的帶寬。對等點(diǎn)的堵塞和成本數據可以被用來(lái)決定哪一個(gè)對等點(diǎn)最適合于連接到公共的數據中心或者視頻緩存。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，從而導致網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)的可用性和質(zhì)量下降。即使因為一個(gè)很小的網(wǎng)絡(luò )變動(dòng)，運營(yíng)商都必須對每一網(wǎng)絡(luò )層面進(jìn)行隔離監測，在線(xiàn)下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )關(guān)聯(lián)后的實(shí)施結果分析。

　　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)調整。

　　SDN的角色和作用：第三方的應用可以持續訪(fǎng)問(wèn)并分析存儲在資源管理器中的全網(wǎng)拓撲和狀態(tài)信息。分析結果后用來(lái)動(dòng)態(tài)觸發(fā)網(wǎng)絡(luò )策略，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )資源的重新部署，比如ODU容器大小的調整，或業(yè)務(wù)與光通道之間的映射。這樣一來(lái)，運營(yíng)商可以避免資源用盡的情況，提升用戶(hù)體驗，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(mǎn)足傳輸業(yè)務(wù)的要求。比如，企業(yè)或數據中心的數據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)化應用創(chuàng )建?？梢詣?chuàng )建網(wǎng)絡(luò )策略實(shí)現不同用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )流量與業(yè)務(wù)平面的映射。

　　結論

　　云計算和云業(yè)務(wù)的出現正在改變運營(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)化數據中心網(wǎng)絡(luò )，現在也開(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構架才有全網(wǎng)視圖和統一控制能力，才能增加云時(shí)代城域網(wǎng)和廣域網(wǎng)的靈活性、擴展性和效率。