T-SDN: 光传输的未来之路

 在未来几年的时间里，运营商会通过SDN技术 让他们的城域网和广域网承载云业务 ，因此，他们需要一个多层的SDN架构来优化路由网络和传输能力，从而增加城域网和广域网的灵活性、扩展性和效率。

前言

允许应用按需使用IT计算和存储能力，云计算(Cloud Computing)技术已经彻底改变了人们设计和运营数据中心(IDC)的模式。SDN技术将这一按需使用的概念引入到网络中来：允许应用像使用虚拟计 算和存储能力一样消耗网络传输资源。在基于SDN的数据中心网络中，网络连接不再是永久式的存在，它们被虚拟机(VC)激发;虚拟机解体后它们也不复存 在。当云计算技术跨越城域网和广域网扩展到多个数据中心时，基于分布式云架构的新式应用也期望运营商能够采用SDN技术升级网络，允许它们对网络传输资源 进行按需消耗。

Figure 1 云架构和云业务对传输网络的影响

在城域网和广域网中应用SDN技术并不是一件容易的事情。与数据中心简单的网络拓扑、单一的供应商结构以及可以认为拥有无限带宽资源所不同，运营商 网络的拓扑通常来说更加复杂，供应商更加多元化，诸如带宽和技术类的限制条件更多。任何对城域网和广域网传输业务进行加速和自动化的尝试都必须与现有业务 部署系统互相一致。分布式云业务的动态消耗模式必将对现有的基于静态且可预测流量所设计的网络运营模式施加巨大的压力。运营商需要通过动态的资源管理调整 现有的流量工程序列，从而保证传输网络在面对极速变化的云业务连接需求时能够提升网络效率，提供业务保护性和高可应用性。

整个通信产业已经开始了向SDN演进的步伐，相应的技术建议有网络抽象化以及通过OpenFlow协议把私有的数据和传输层面能力开放给外部控制 等。虽然这个起点不错，但是运营商需要一个更加拓展的SDN架构来实现更大的价值，这个架构需要能够跨越多个层面(包括光层、电层、以太网层、IP层和 IP VPN业务层)部署并实现拓扑、传输资源和物理掣肘信息的相互关联。只有多层的SDN架构才有全网视图和统一控制能力，实现SDN的美好愿景：增加城域网 和广域网的灵活性、扩展性和效率。

在城域网和广域网中部署SDN的原因

传统的城域网和广域网是为相对静态和可预测的网络业务设计的：连接远处的企业分支和位于中心负责商务流程的企业总部。网络业务的部署一般通过复杂的 IT/OSS系统使用低层不同厂商的API实施，并经由命令行界面或脚本文件进行人工配置。运营商愿意花费几天甚至几周的时间做这一切是因为他们相信这些 网络业务会长期存在。而现在，分布式云架构出现必将对这一网络运营模式产生巨大的影响。

比如，一旦基础传输网络设施投入使用，企业用户要求城域网和网域网的传输业务要像数据中心一样在几秒钟动态建立和删除。他们要求运营商能够保证快速 按需提供满足延迟、抖动和带宽要求的传输业务。又比如，当虚拟机(VM)根据虚拟计算和存储能力的可用性动态移动时，企业用户要求运营商能够为白天的网络 业务处理和夜晚的数据备份提供不同的网络连接服务。运营商在这个时候可以考虑按需提供带宽或者预约带宽。

运营商需要一种快速并节约成本的方式为企业客户提供高级网络服务，为此，他们需要摒弃这种耗时的手工业务部署模式，并且需要可以通过快速提供新的网络业务来提升企业竞争力。为了满足这些要求，运营商需要标准化的高层APIs来抽象化网络。

当网络流量模式开始变得更加动态后，运营商开始需要面对由此引入的网络运营的复杂性，而原来动辄几个月的网络规划周期对保证业务质量将不再适用。为了保证网络业务不会用尽带宽或者脱离预先设定的QoS，运营商需要更加频繁的重新审视网络资源调配和进行流量工程决定。

在把网络业务要求映射到传输资源时，运营商需要进行实时网络分析，从而既能够选择满足客户的SLA要求，也能够保证传输资源以最经济的方式使用。为 了协助实时路由选择和计算，运营商需要具备实时全网视图的能力和按需部署传输资源的能力，而这些多层全网视图和控制能力在今天却由于种种原因而不能实现。

为云业务而优化的传输网

为了承载云业务，运营商需要一个多层的SDN架构来把网络划分成两个主要构件：网络虚拟化自动化构件以及可编程的传输网络。

Figure 2 阿尔卡特朗讯为云业务优化的传输网SDN架构

阿尔卡特朗讯认为可编程传输网络构件的主要功能是提供高可靠和高性能的传输资源(跨越光层、电层、以太网层、IP层和IP业务层)：

- 专用NPUs和光传输器件提供从1层到3层最经济的梳理、交换和转发能力

- 业界证明的分布式控制协议嵌入到网络硬件中保证网络的扩展性、稳定性和保护性

- 开放式南向API接口(比如OpenFlow，NetConf， SNMP， RADIUS和DIAMETER)允许基于标准接口的应用和SDN控制器监测和控制任意层面不同厂商的网络资源

- 新的网络能力，比如分段路由，可以通过离线路由计算支持新式的云业务

阿尔卡特朗讯认为网络虚拟化和自动化构件为应用提供高层抽象化的网络视图，并且具有实时全网视图和控制能力。该构件能够在普通的CPU平台上以最低的成本实现最大程度的扩展：

- SDN控制器被用来在一个或多个网络层面配置网元

- 策略驱动的业务部署允许网络任务和业务被定义成为策略，这样网络业务可以更加快速和更大规模部署

- 策略可以把许多低层的网络任务集成为高层的网络功能，从而把不同厂商传输的复杂性隐藏起来。通过网络抽象化，运营商能够实现更快的创新和更好的竞争

- 资源管理和控制包括资源管理器，ALTO和PCE

应用案例

和许多新技术一样，SDN技术的引入完全是出于经济性的考虑。在进行任何投资决策前，运营商需要验证SDN能够带来新的业务增加点，提升效率和灵活 性，降低CAPEX和OPEX等。正如下面几个应用案例所述，SDN能够加速云业务部署并支持新的业务模式，而这一切的实现都不会对现有网络业务的运营产 生影响。

按需的数据中心互联业务

问题：客户需要他们的网络和带宽服务根据数据中心虚拟机的移动而动态调整。在遵守现有网络策略和安全策略的同时，他们需要动态支持网络流量形态的变化，比如夜晚的数据备份和数据突发。

解决方案：允许客户可以动态管理数据中心之间的网络连接服务。这种新的业务模式允许客户们重新分配数据中心之间已经购买的带宽，或者根据网络流量形态的变化提供按需的额外带宽。这种新的业务模式也允许客户定义具体的业务要求，比如带宽、时间和网络连接的时间长度。

SDN的角色和作用：这种新的业务可以通过基于策略的抽象框架快速定义。客户的需求可以被映射到业务策略中，然后被某种形式的事件激发，比如当负责 备份的虚拟机被创建时。之后基于策略的业务部署框架开始自动调用网络资源，比如增加光业务ODU颗粒的大小，并在需求消失时将传输业务关闭。资源管理器通 过管理带宽来保证传输业务没有过度使用。

按需的业务链创建

问题：包括IT和网络连接在内的端到端的云业务经常分布在多个不同的数据中心，这使得把端到端的云业务集成在一起提供给远程用户变得非常困难。因为需要人工改变路由，这样的业务实施会占用几周的时间。

解决方案：通过为每一业务组合动态创建业务连锁来加速高级业务部署并降低运营成本。

SDN的角色和作用：PCE可以用来在虚拟机中间计算出最优化的路由将网络连接集成在一起，从而取消耗时的手工路由编辑工作。在这一过程中，可以使 用网络策略来把每一用户映射到为他们优化的城域网广域网业务链中。业务链的网络拓扑被保存在SDN的资源管理器中而不是传输设备中，这样可以避免因为传输 设备需要大量的CPU资源而进行网络硬件升级。

动态路由选择和流量定向

问题：网络运营商和云业务提供商在决定怎样定义流量和怎样部署IT资源时必须考虑中间传输网络的情况。这一信息可以用来为一组特定的用户决定使用网 络中哪一个视频缓存资源，虚拟机应该使用哪一个数据中心，或者在本地资源用尽时发现哪一个公共的视频缓存器或数据中心可以提供额外的资源。

解决方案：允许用户对两个连接点网络的连接要求做出声明，比如延迟、抖动和带宽。然后提供一种办法来实时衡量满足这样网络属性的路径和业务。

SDN的角色和作用：多层网络分析允许ALTO发挥最大的作用。比如从光传输的角度看，两连接点之间一条直接的光通道也许市最好的选择，然而，在 IP层面看来，经过一个中间节点的路径可能更好，因为它可以在满足延迟需要的情况下提供更多的带宽。对等点的堵塞和成本数据可以被用来决定哪一个对等点最 适合于连接到公共的数据中心或者视频缓存。这些映射关系可以在传输层面自动部署，或者传递给内容分发网络(CDN)或云协同层面(Cloud Orchestration)。

动态多层网络优化

问题：在网络流量变得更加动态和更加不可预知的今天，进行网络流量工程的时间窗口过于分散，常常是几个月，从而导致网络业务的可用性和质量下降。即使因为一个很小的网络变动，运营商都必须对每一网络层面进行隔离监测，在线下进行网络关联后的实施结果分析。

解决方案：提供一种基于策略的办法来跟踪SLA并实现流量工程在网络各层的自动化。传输业务的连接、属性和带宽可以在几分钟或者几个月中动态调整。

SDN的角色和作用： 第三方的应用可以持续访问并分析存储在资源管理器中的全网拓扑和状态信息。分析结果后用来动态触发网络策略，实现网络资源的重新部署，比如ODU容器大小 的调整，或业务与光通道之间的映射。这样一来，运营商可以避免资源用尽的情况，提升用户体验，并优化使用带宽。

基于流量工程的业务平面

问题：在运营商需要一个更简单有效的办法来虚拟城域网和广域网，从而将网络传输资源在不同种类的业务类型中更加有效率的分配。

解决方案：允许运营商以切片的形式创建并管理基于流量工程的多层业务平面，并保证这些业务平面能够满足传输业务的要求。比如，企业或数据中心的数据 备份可以映射到还未使用的大带宽业务平面上。可以在某一服务平面关闭光层FEC从而提升带宽和减少延迟。在另外一服务平面又可以打开光层FEC，为对延迟 不敏感而丢包敏感的业务提供服务。

SDN的角色和作用：

服务平面可以人工创建，可以通过上面提到的网络优化应用创建。可以创建网络策略实现不同用户网络流量与业务平面的映射。

结论

云计算和云业务的出现正在改变运营商的建网模式。SDN开始只是被用来虚拟化和自动化数据中心网络，现在也开始被用在城域网和广域网中优化云承载。 虽然一些关于通过OpenFlow来抽象传输网络的工作已经开始，但是这并不是完整的SDN解决方案。只有像阿尔卡特朗讯一样，跨越多层(L0-L3)的 SDN构架才有全网视图和统一控制能力，才能增加云时代城域网和广域网的灵活性、扩展性和效率。