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傳輸SDN中采用OTN的技術分析 如今的電信服務提供商需要網絡具有更高的容量與更加動態的網絡基礎結構，以滿足云和移動性兩方面的需求。他們認識到，原有的靜態、手動分配的網絡已無法提供所要求的服務。舉例來講，企業用戶正在使用公共云和私有云，因而需要其網絡能滿足彈性的按需計算和存儲的要求。電信服務提供商吸取了數據中心行業的經驗教訓，正積極探索利用軟件定義網絡(SDN)的技術來應對云計算和移動性帶來的挑戰。近期的一次調查中，97%的電信服務提供商表示打算部署SDN，81%表示將為多層傳送及光傳送網部署SDN。本文討論了光傳輸SDN的需求以及支持光傳送網絡(OTN)交換的OTN體系結構如何提高交付動態網絡基礎設施的靈活性，從而在動態網絡基礎設施中充分發揮傳輸SDN的全部潛力。 將SDN延伸至傳輸 SDN的總原則包括：數據和控制平面的分離、面向流/電路的數據平面、集中化的管理和控制、硬件抽象和虛擬化、網絡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勢：更快的業務資源調配；更加明智的網絡管理決策決定網絡資源更加有效的利用；優化的網絡全局視圖；技術上的獨立性；以及功能強大的新業務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絡而設計，在分組網絡上，管理、控制及轉發/數據平面操作均在本地節點上進行，并且，每個節點均自動轉發分組。對于像城域以太網(MetroEthernet)或中國的分組傳送網(PTN)這樣的分組交換網絡域，SDN具有巨大的價值—包括中國移動在內的電信服務提供商最早將于2015年部署基于SDN的PTN。 隨著時間的推移，傳輸網絡已經以不同于分組交換網絡的方式向前演進。從歷史上看，分組交換網絡一直有一個包含網絡管理系統(NMS)的集中式管理平面。此外，大多數網絡服務提供商已經采用了自動交換光網絡(ASON)架構，該架構采用通用多協議標簽交換(GMPLS)協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據平面之間。光控制平面含有一組位于每個傳送網絡元件(NE)之上的應用程序，能實現如路徑計算、網絡拓撲結構、資源和能力發現等功能。因此，每個傳輸NE都可以訪問完整的網絡拓撲和可用的資源， 為最終業務提供支持�；贏SON和GMPLS的光傳送網的分布式控制平面提供了包括生存能力、狀態的準確性及快速恢復的優點。 依據所部署的保護和恢復方案的不同，光傳送網的保護切換時間一般可達到50ms或更低，或者在采用GMPLS的網狀網絡上，恢復時間最快可達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這樣的性能級別。因此，今天的大多數電信服務提供商均一致認為，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等領先的電信服務提供商的意見是，希望其供應鏈在供應商設備范疇內的控制層持續進行創新。 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商在異構傳輸網絡以及跨多網絡層級之間的互通性，從而充分利用多層協調及優化帶來的益處。因此，對于傳輸SDN，服務提供商可能會利用經過驗證的分散式控制的優異性能，同時利用SDN的層次化架構及其開放的北向和南向接口和調配層，來實現跨越多個供應商域和多個網絡層級的端到端路徑調配。 中國移動、中國電信和Verizon等服務提供商以及開放網絡論壇(ONF)等行業機構均提出了一種架構，其中OEM域控制器將在每個供應商的域內管理光傳輸NE，同時對一個通用網絡調配器(父級“超級”控制器)提供開放北向接口。網絡調配器將光傳輸層的細節信息抽象出來，同時通過為客戶SDN應用(即OSS/BSS、網絡優化等)提供開放接口來實現端到端的業務資源調配。調配器將方便各個OEM域控制器按從東到西的方向進行彼此通信，從而實現多供應商之間的互通。 有了該架構，也可以在每個域中安置多種技術的控制器，以充分利用融合的分組光學設備(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/L1控制器則可以控制單個域內P-OTP的WDM/OTN特點。調配器能夠與這些不同的技術控制器連接，并助力實現多層級的優化和互通。 光傳送網的分層SDN架構將使電信運營商能夠利用業內的最佳技術選擇，并采用切實可行的方法來實現：在利用已安裝的基地/投資的同時，實現網絡的可編程性；簡化的多層控制；異構NE部署中的通用性；端到端應用程序的認知；網絡效率更優。最終，這些目標的實現將導致物理光網絡資源的抽象，從而實現光網絡虛擬化—OTN即服務。 應用案例驅動電信服務提供商轉向傳輸SDN 盡管多個行業論壇和標準工作組已經設想、討論并記述了許多傳輸SDN的應用案例，電信服務提供商關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之急的方案，比如能將網絡效率最大化，從而降低CAPEX和OPEX的那些方案。這些早期的應用案例包括有：按需分配帶寬、IP和光網絡的多層優化、虛擬傳輸網。 按需分配帶寬—一種新型的云服務(如亞馬遜的虛擬私有云等)以及應用程序( 如VMware的DistanceVMotion等)導致了進出地理位置上分散的數據中心的數據量日益龐大。這些云服務和應用程序正在推動新的網絡流量模式的產生，新的模式均有別于傳統的、穩定的數據復制或流量負載均衡。 因此，數據中心通信帶寬往往會超過均值20倍之多。購買固定租用/專用線路服務來提供峰值帶寬既浪費又不經濟。傳輸SDN讓電信服務提供商能夠提供按需分配光傳送帶寬的業務，允許企業客戶建立并按照需求暫時或永久性地、動態地重新調整其數據中心之間的連接，而只需為實際使用到的帶寬付費。 服務提供商的益處：可以添加靈活的新服務并相應增加營收。一個中央SDN控制器與帶寬管理應用程序進行交互，可以在光層按需設立連接。物理網絡的要求：底層的物理傳送網絡需要能夠在波長和亞波長級別動態地調整和交換容量。 IP和光網絡的多層優化—對大多數電信服務提供商而言，IP/MPLS和傳輸在運作上仍然作為網絡的獨立層級，除了IP/MPLS作為傳輸層的客戶以外，之間的協調極少。這很大程度上是由于路由器與不同NMS的光傳送設備之間分別獨立的調配過程。因此，傳送層被IP/MPLS層假定為靜態的層(啞管道之上的IP)。 IP/MPLS 流量可能受到1+1保護， 結果是IP 網絡的效率不會超過40%。針對以上挑戰，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配層來進行路徑計算和恢復管理。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構、分配的服務和性能相關的信息給調配層，以便找到更高效的路由或創建快速/低延遲的路由等。 運營商得到的益處：IP/MPLS和傳輸優化意味著資本支出的縮減(通過減少過度調配的需要)、較高的網絡可用性和質量，以及跨越不同的網絡域、不同路由器和傳送供應商之間的互通性。 物理網絡的要求：IP和光多層優化進一步驅動了靈活的次波長網絡通道化的需要，并為融合的多層傳送平臺開辟了新的可能性。 虛擬傳送網—傳輸網絡對許多企業而言具有戰略意義，可以在多個不同辦公室或數據中心之間提供互連，以實現基于云的虛擬計算和存儲功能。絕大多數的企業無法負擔構建自己專用的光網(采購自己的光傳輸設備、租賃暗光纖以及雇用專門的技能團隊來維護并運營該網絡)。因此，將IP/MPLS VPN的概念延伸到具備光VPN服務的傳輸層存在著巨大的市場空間。 然而，由于供應商特定的NMS、來自不同供應商跨端到端路徑的網元，以及最終用戶缺乏通過應用門戶的可配置性，這項服務的實現目前并非易事。通過由網絡虛擬化而創建抽象的物理網絡視圖，傳輸SDN讓電信服務提供商得以克服這些挑戰。 軟件定義傳輸網將OpenFlow架構進行延伸，從而允許電信服務提供商的物理傳輸網絡劃分成多個虛擬傳輸網絡。實現的手段是通過控制數據平面接口(CDPI)和控制虛擬網絡接口(CVNI)的OpenFlow擴展。 有了這些擴展，服務提供商可以為每個用戶創建其物理網絡的虛擬切片。此外，可以通過這些虛擬的拓撲結構隱藏網絡的多層、多供應商的特點，并且用戶可以自行管理和控制其端到端的虛擬光網絡。可以通過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絡切片。 服務提供商的益處：虛擬傳輸網絡讓服務提供商可以便利地共享物理網絡資源，以提供新的增值服務，如供給內部和外部用戶的動態、自我管理的光學VPN等。 物理網絡的要求：光傳輸網絡需要支持以波長和亞波長級別調配光路，并且每個光路具備豐富的OA&M功能，且能支持動態地上下擴展光路的端到端帶寬。 在所述的應用案例中有一個共同的主題，即下一代光傳送網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，應用案例的價值對電信運營商就很有限。 光傳輸層對SDN的要求 為了實現軟件可編程性并實現傳輸SDN的應用案例，光傳送網需要比傳統的設計更為靈活。為在光子層和電子層實現所需要的靈活性，關鍵的網絡需求包括：靈活的CDC ROADM、Flex網格和超級通道、自適應速率調制、OTN交換、L2分組光集成。 靈活的CDC ROADM—無色、無方向、無競爭的(CDC)可重構光分插復用器(ROADM)克服了三個光網絡的主要局限，這些局限主要是由第一代ROADM造成的�！盁o色”的特性讓分插波長的自動化成為可能，從而使任意波長/顏色可以完全通過軟件控制分配到任意端口。“無方向”的特性使得可以完全通過軟件控制，對任一給定ROADM節點的任意波長以任意方向進行路由，從而消除對方向的依賴性以及對分插組和轉發器在出口方向手動重新布線的需要�！盁o競爭”的特性解決了第一代ROADM的第三個局限性，方法是在任一給定的分插結構通過輔助實現無阻塞波長的架構(相同波長的多個副本)。因此在重新配置的過程中，波長不會互相“碰撞”。CDC ROADM實現了一個靈活度更高的光層，與另一個生態系統中的部件Flex網格協調工作。 Flex 網格和超級通道— 靈活WDM網格(“Flex網格”)解決方案通過為100 Gbps 及更大的波長靈活分配網絡中的光頻譜，大大增加了現有的光纖容量。傳統上，ITU - T以50 GHz 的信道間隔定義了WDM網格，這對整個行業均適用，包括10Gbps、40Gbps和初始的100Gbps光通道等。Flex網格以更為精細的12.5GHz的信道間隔重新定義了WDM網格，從而在現有光纖上將更多的通道密集地“包”在一起。例如，可以將最新最好的100Gbps相干解決方案壓縮到只占據37.5 GHz的頻譜。因此， Flex網格使得服務提供商可以將光纖容量增加33%，從8.8Tbps增至11.7Tbps。Nx12.5GHz頻道的總和稱為超級通道，并可以由不同數量的光載波和調制方案針對不同的日速率進行靈活定義。例如，400Gbps光學日速率信道可以靈活地定義為兩個光載波DP - 16 QAM 調制的超級通道， 或取決于范圍要求， 定義為四光載波DP- QPSK調制的超級通道。 針對相干波長的自適應速率調制—不同的相干波長調制技術可以在頻譜效率(光纖容量)和整體光范圍(OSNR)上做出一定折中，用來實現不同的傳輸速率。例如，100Gbps的行業標準是DP-QPSK，其頻譜效率為2位/符號，可以支持超過2,000公里的傳輸范圍。 更高級別的調制技術( 如DP -MQAM)可以支持更高的傳輸速率，并實現更大的光譜效率，但代價是在提出再生需要之前，最大光范圍會有所犧牲。例如，頻譜效率為4位/符號的DP-16QAM調制可以支持200Gbps(相比DP-QPSK，光纖容量翻倍)，但實際上能支持的范圍只有600～800公里。而DP - 8QAM 則可以支持150Gbps，范圍則超過1,000公里。下一代的相干DSP讓服務提供商能用軟件配置多種不同的調制技術，以根據網絡范圍、光譜要求和客戶端速率服務請求靈活地支持不同的傳輸速率。 雖然這些要求提高了光傳輸網絡的靈活性，但僅僅這些還不夠。例如，只專注于實現光層的靈活性的話，就意味著當試圖實現虛擬傳輸網絡或按需提供帶寬時，只能提供粗的帶寬粒度。 軟件定義傳輸網中采用OTN的好處 從歷史上看，OTN是管理DWDM網絡的實際協議，但一直僅限于FEC和QA&M功能的框架協議。它只是最近才被定義并用作深層通道化的及可切換的網絡層。作為網絡層，OTN扮演了幾個關鍵角色：梳理、交換及帶寬調整，IP/分組和多業務融合以及保護。 OTN梳理、交換及帶寬調整—雖然SDN并不是OTN部署的先決條件，架構上帶有OTN交換的光傳輸網為傳輸SDN添加了更多的靈活度。雖在傳輸網中部署100G解決了整體帶寬的問題，進入傳送網的大多數客戶流量仍然是10G或更低。 作為一個基于標準的網絡層，OTN為每100G的物理波長提供了相當于最高可達80個“虛擬”的次波長線路。這些虛擬的光線路可以支持它們自己獨立的網絡時間(彼此異步)，并有獨立的OA&M，以便推動電信級的、確定性的帶寬服務。 涉及到資源調配，這些次波長線路可以是真正“虛擬”的，因為它們是按照端到端“路徑”的角度來創建和監測的，與WDM網絡拓撲結構、波長段或承載的速率均無關。這些虛擬線路每個都可按照小至1.25Gbps的粒度(ODU0線路)和最高達到100G波長(ODU4線路)的全帶寬進行調配。 此外，一旦這些線路進行了分配，就可以按照1.25Gbps(一條ODUflex線路)的增量對其進行縮放，并且如果需要，甚至不會發生任何流量撞擊(G.HAO—ODU flex的無撞擊調整)�；跇藴实南蛏匣蛳蛳聞討B調節每個線路帶寬的機制是G.HAO的真正價值所在�，F代的P-OTP部署采用的是第三代OTN處理器，該處理器位于線卡之上，硬件和軟件上均集成有對G.HAO 的支持。 因此，每個P-OTP節點將能夠參與支持跨越整個傳送網絡的可切換和可擴展的虛擬光線路。傳輸SDN可以利用這些OTN功能來實現虛擬傳送網絡(圖1)和按需分配帶寬的兩種應用案例(圖2)。 IP/分組和多業務融合—設計作為網絡層的OTN，旨在網絡中透明地傳輸任何客戶業務。從客戶業務的角度來看，這意味著該業務進行端到端傳送時， 客戶根本不知道傳送層的存在。OTN內在即支持對以太網(最高100G)、SONET/SDH(最高OC-768/STM-256)和恒定比特率(CBR) 的客戶業務(如FC和視頻等)的傳送。 此外，由于現代的P-OTP具有IP分組交換的功能，OTN可用于直接提供IP業務，而無需以太網MAC封裝層。IP分組流可利用通用框架協議(GFP)直接映射到可調的虛擬線路(ODUflex)，GFP協議讓變長的客戶分組能夠承載在確定的線路上。由于不再需要以太網MAC封裝，IP 服務可以更加有效地在更多的帶寬上進行傳送。對于超過10Gbps或40 Gbps的大型IP分組流來說，尤其如此。直接映射到OTN上，克服了在多個10G或40G以太網鏈路上進行以太網鏈路聚合(LAG)的低效率問題。 將IP進行GFP映射到OTN線路，可以作為IP/MPLS和光域之間協調的調適功能，以支持傳輸SDN的多層優化的應用案例因此順理成章，全球的許多電信服務提供商均在采用P-OTP部署OTN交換的網絡，并將OTN作為匯聚IP、以太網、SONET/SDH和多服務流量的網絡層。 分組光集成—現代的城域網和核心光傳輸平臺的構架設計在硬件級支持分組和OTN處理/梳理和交換功能。雖然市面上有很多不同廠商推出了多種多樣的分組光傳輸平臺(P-OTPs)，但最常見的平臺架構依賴于一個基于分組的中央交換矩陣，該矩陣能交換數據包或ODUk流，并帶有可插拔的線卡，能支持OTN多路復用/映射或分組處理等。 OTN流在交換之前，采用行業標準的分組矩陣上的OTN(OPF)協議進行了分組。此外，線卡一般都支持集成的WDM光纖。P-OTP與系統級軟件相結合，提供了一個靈活的、集成的平臺，為網絡服務提供商提供L0(光層)、L1(OTN)和L2-L3(以太網&IP/MPLS)功能。通過在單一的傳輸NE上支持這三種能力，服務提供商可以受益于不同網絡層的靈活使用，以實現成本、帶寬和保護功能的優化。 保護—基于OTN交換的傳輸網絡的生存能力大大提升。例如，OTN層的保護功能提供了非�？焖俚碾娐方粨Q( 低于50 ms ) ， 而在光子層的保護往往會超過200 ms ，在IP 分組層(如MPLS快速重路由)的保護可以具有不確定性，且恢復時間更長。除了支持線性保護(1+1，1: N 等) ，OTN還支持共享的網狀保護，該方法采用網狀的網絡架構來共享保護和恢復資源，以將成本降至最低。 |
