T-SDN：光傳輸的未來之路

　　前言

　　允許應用按需使用IT計算和存儲能力，云計算(Cloud Computing)技術已經徹底改變了人們設計和運營數據中心(IDC)的模式。SDN技術將這一按需使用的概念引入到網絡中來：允許應用像使用虛擬計算和存儲能力一樣消耗網絡傳輸資源。在基于SDN的數據中心網絡中，網絡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。當云計算技術跨越城域網和廣域網擴展到多個數據中心時，基于分布式云架構的新式應用也期望運營商能夠采用SDN技術升級網絡，允許它們對網絡傳輸資源進行按需消耗。

Figure 1 云架構和云業(yè)務對傳輸網絡的影響

　　在城域網和廣域網中應用SDN技術并不是一件容易的事情。與數據中心簡單的網絡拓撲、單一的供應商結構以及可以認為擁有無限帶寬資源所不同，運營商網絡的拓撲通常來說更加復雜，供應商更加多元化，諸如帶寬和技術類的限制條件更多。任何對城域網和廣域網傳輸業(yè)務進行加速和自動化的嘗試都必須與現有業(yè)務部署系統(tǒng)互相一致。分布式云業(yè)務的動態(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絡運營模式施加巨大的壓力。運營商需要通過動態(tài)的資源管理調整現有的流量工程序列，從而保證傳輸網絡在面對極速變化的云業(yè)務連接需求時能夠提升網絡效率，提供業(yè)務保護性和高可應用性。

　　整個通信產業(yè)已經開始了向SDN演進的步伐，相應的技術建議有網絡抽象化以及通過OpenFlow協議把私有的數據和傳輸層面能力開放給外部控制等。雖然這個起點不錯，但是運營商需要一個更加拓展的SDN架構來實現更大的價值，這個架構需要能夠跨越多個層面(包括光層、電層、以太網層、IP層和IP VPN業(yè)務層)部署并實現拓撲、傳輸資源和物理掣肘信息的相互關聯。只有多層的SDN架構才有全網視圖和統(tǒng)一控制能力，實現SDN的美好愿景：增加城域網和廣域網的靈活性、擴展性和效率。

　　在城域網和廣域網中部署SDN的原因

　　傳統(tǒng)的城域網和廣域網是為相對靜態(tài)和可預測的網絡業(yè)務設計的：連接遠處的企業(yè)分支和位于中心負責商務流程的企業(yè)總部。網絡業(yè)務的部署一般通過復雜的IT/OSS系統(tǒng)使用低層不同廠商的API實施，并經由命令行界面或腳本文件進行人工配置。運營商愿意花費幾天甚至幾周的時間做這一切是因為他們相信這些網絡業(yè)務會長期存在。而現在，分布式云架構出現必將對這一網絡運營模式產生巨大的影響。

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

　　運營商需要一種快速并節(jié)約成本的方式為企業(yè)客戶提供高級網絡服務，為此，他們需要摒棄這種耗時的手工業(yè)務部署模式，并且需要可以通過快速提供新的網絡業(yè)務來提升企業(yè)競爭力。為了滿足這些要求，運營商需要標準化的高層APIs來抽象化網絡。

　　當網絡流量模式開始變得更加動態(tài)后，運營商開始需要面對由此引入的網絡運營的復雜性，而原來動輒幾個月的網絡規(guī)劃周期對保證業(yè)務質量將不再適用。為了保證網絡業(yè)務不會用盡帶寬或者脫離預先設定的QoS，運營商需要更加頻繁的重新審視網絡資源調配和進行流量工程決定。

　　在把網絡業(yè)務要求映射到傳輸資源時，運營商需要進行實時網絡分析，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濟的方式使用。為了協助實時路由選擇和計算，運營商需要具備實時全網視圖的能力和按需部署傳輸資源的能力，而這些多層全網視圖和控制能力在今天卻由于種種原因而不能實現。

　　為云業(yè)務而優(yōu)化的傳輸網

　　為了承載云業(yè)務，運營商需要一個多層的SDN架構來把網絡劃分成兩個主要構件：網絡虛擬化自動化構件以及可編程的傳輸網絡。

Figure 2 阿爾卡特朗訊為云業(yè)務優(yōu)化的傳輸網SDN架構

　　阿爾卡特朗訊認為可編程傳輸網絡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、以太網層、IP層和IP業(yè)務層)：

　　專用NPUs和光傳輸器件提供從1層到3層最經濟的梳理、交換和轉發(fā)能力

　　業(yè)界證明的分布式控制協議嵌入到網絡硬件中保證網絡的擴展性、穩(wěn)定性和保護性

　　開放式南向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(jiān)測和控制任意層面不同廠商的網絡資源

　　新的網絡能力，比如分段路由，可以通過離線路由計算支持新式的云業(yè)務

　　阿爾卡特朗訊認為網絡虛擬化和自動化構件為應用提供高層抽象化的網絡視圖，并且具有實時全網視圖和控制能力。該構件能夠在普通的CPU平臺上以最低的成本實現最大程度的擴展：

　　SDN控制器被用來在一個或多個網絡層面配置網元

　　策略驅動的業(yè)務部署允許網絡任務和業(yè)務被定義成為策略，這樣網絡業(yè)務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絡任務集成為高層的網絡功能，從而把不同廠商傳輸的復雜性隱藏起來。通過網絡抽象化，運營商能夠實現更快的創(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

　　和許多新技術一樣，SDN技術的引入完全是出于經濟性的考慮。在進行任何投資決策前，運營商需要驗證SDN能夠帶來新的業(yè)務增加點，提升效率和靈活性，降低CAPEX和OPEX等。正如下面幾個應用案例所述，SDN能夠加速云業(yè)務部署并支持新的業(yè)務模式，而這一切的實現都不會對現有網絡業(yè)務的運營產生影響。

　　按需的數據中心互聯業(yè)務

　　問題： 客戶需要他們的網絡和帶寬服務根據數據中心虛擬機的移動而動態(tài)調整。在遵守現有網絡策略和安全策略的同時，他們需要動態(tài)支持網絡流量形態(tài)的變化，比如夜晚的數據備份和數據突發(fā)。

　　解決方案：允許客戶可以動態(tài)管理數據中心之間的網絡連接服務。這種新的業(yè)務模式允許客戶們重新分配數據中心之間已經購買的帶寬，或者根據網絡流量形態(tài)的變化提供按需的額外帶寬。這種新的業(yè)務模式也允許客戶定義具體的業(yè)務要求，比如帶寬、時間和網絡連接的時間長度。

　　SDN的角色和作用：這種新的業(yè)務可以通過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。之后基于策略的業(yè)務部署框架開始自動調用網絡資源，比如增加光業(yè)務ODU顆粒的大小，并在需求消失時將傳輸業(yè)務關閉。資源管理器通過管理帶寬來保證傳輸業(yè)務沒有過度使用。

　　按需的業(yè)務鏈創(chuàng)建

　　問題：包括IT和網絡連接在內的端到端的云業(yè)務經常分布在多個不同的數據中心，這使得把端到端的云業(yè)務集成在一起提供給遠程用戶變得非常困難。因為需要人工改變路由，這樣的業(yè)務實施會占用幾周的時間。

　　解決方案：通過為每一業(yè)務組合動態(tài)創(chuàng)建業(yè)務連鎖來加速高級業(yè)務部署并降低運營成本。

　　SDN的角色和作用：PCE可以用來在虛擬機中間計算出最優(yōu)化的路由將網絡連接集成在一起，從而取消耗時的手工路由編輯工作。在這一過程中，可以使用網絡策略來把每一用戶映射到為他們優(yōu)化的城域網廣域網業(yè)務鏈中。業(yè)務鏈的網絡拓撲被保存在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資源而進行網絡硬件升級。

　　動態(tài)路由選擇和流量定向

　　問題：網絡運營商和云業(yè)務提供商在決定怎樣定義流量和怎樣部署IT資源時必須考慮中間傳輸網絡的情況。這一信息可以用來為一組特定的用戶決定使用網絡中哪一個視頻緩存資源，虛擬機應該使用哪一個數據中心，或者在本地資源用盡時發(fā)現哪一個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：允許用戶對兩個連接點網絡的連接要求做出聲明，比如延遲、抖動和帶寬。然后提供一種辦法來實時衡量滿足這樣網絡屬性的路徑和業(yè)務。

　　SDN的角色和作用：多層網絡分析允許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，經過一個中間節(jié)點的路徑可能更好，因為它可以在滿足延遲需要的情況下提供更多的帶寬。對等點的堵塞和成本數據可以被用來決定哪一個對等點最適合于連接到公共的數據中心或者視頻緩存。這些映射關系可以在傳輸層面自動部署，或者傳遞給內容分發(fā)網絡(CDN)或云協同層面(Cloud Orchestration)。

　　動態(tài)多層網絡優(yōu)化

　　問題：在網絡流量變得更加動態(tài)和更加不可預知的今天，進行網絡流量工程的時間窗口過于分散，常常是幾個月，從而導致網絡業(yè)務的可用性和質量下降。即使因為一個很小的網絡變動，運營商都必須對每一網絡層面進行隔離監(jiān)測，在線下進行網絡關聯后的實施結果分析。

　　解決方案： 提供一種基于策略的辦法來跟蹤SLA并實現流量工程在網絡各層的自動化。傳輸業(yè)務的連接、屬性和帶寬可以在幾分鐘或者幾個月中動態(tài)調整。

　　SDN的角色和作用：第三方的應用可以持續(xù)訪問并分析存儲在資源管理器中的全網拓撲和狀態(tài)信息。分析結果后用來動態(tài)觸發(fā)網絡策略，實現網絡資源的重新部署，比如ODU容器大小的調整，或業(yè)務與光通道之間的映射。這樣一來，運營商可以避免資源用盡的情況，提升用戶體驗，并優(yōu)化使用帶寬。

　　基于流量工程的業(yè)務平面

　　問題：在運營商需要一個更簡單有效的辦法來虛擬城域網和廣域網，從而將網絡傳輸資源在不同種類的業(yè)務類型中更加有效率的分配。

　　解決方案：允許運營商以切片的形式創(chuàng)建并管理基于流量工程的多層業(yè)務平面，并保證這些業(yè)務平面能夠滿足傳輸業(yè)務的要求。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)務平面上?？梢栽谀骋环掌矫骊P閉光層FEC從而提升帶寬和減少延遲。在另外一服務平面又可以打開光層FEC，為對延遲不敏感而丟包敏感的業(yè)務提供服務。

　　SDN的角色和作用：服務平面可以人工創(chuàng)建，可以通過上面提到的網絡優(yōu)化應用創(chuàng)建?？梢詣?chuàng)建網絡策略實現不同用戶網絡流量與業(yè)務平面的映射。

　　結論

　　云計算和云業(yè)務的出現正在改變運營商的建網模式。SDN開始只是被用來虛擬化和自動化數據中心網絡，現在也開始被用在城域網和廣域網中優(yōu)化云承載。雖然一些關于通過OpenFlow來抽象傳輸網絡的工作已經開始，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構架才有全網視圖和統(tǒng)一控制能力，才能增加云時代城域網和廣域網的靈活性、擴展性和效率。