基于SDON的虚拟传送网业务研究

胡　骞　中国电信股份有限公司北京研究院工程师李俊杰　中国电信股份有限公司北京研究院教授级高级工程师荆瑞泉　中国电信股份有限公司北京研究院高级工程师赵国永　中国电信股份有限公司北京研究院高级工程师

基于SDON的虚拟传送网业务研究

胡骞中国电信股份有限公司北京研究院工程师
李俊杰中国电信股份有限公司北京研究院教授级高级工程师
荆瑞泉中国电信股份有限公司北京研究院高级工程师
赵国永中国电信股份有限公司北京研究院高级工程师

软件定义网络（SDN）作为一种新型网络架构已经得到信息通信领域的重视，利用SDN实现的网络虚拟化技术很快在IP网络中得到应用。目前，SDN架构已经成功地引入到光网络领域，即软件定义光网络，而虚拟传送网业务充分利用了软件定义光网络的虚拟化能力，对光传送网资源进行抽象和整合，成为一种广受关注的业务形态。本文围绕虚拟传送网业务展开研究，根据网络开放能力的差异将虚拟传送网业务划分为4类，然后结合现网测试和试验情况，介绍了目前研究实现的虚拟传送网应用平台及其主要功能。

软件定义网络；光网络；虚拟传送网

1　引言

软件定义网络（SDN）起源于美国的全球网络创新环境（GENI）项目，当时在GENI项目资助的斯坦福大学的Clean Slate课题中，McKeown教授研究团队提出将Open Flow的概念用于校园网络实验创新，使控制层面与转发层面分离，允许不同的创新实验网络在GENI计划搭建的试验网平台上进行切片（Slice），不同网络切片之间相互隔离，通过网络虚拟化达到验证新型网络架构或协议的目的。目前，SDN技术已经成为信息通信领域最热门的技术之一，SDN商业化也随着Google B4项目的落地而加快了进程，从校园实验网络到广域网，从数据中心内部组网到数据中心互联，从传统通信领域到互联网领域，SDN呈遍地开花之势。然而，回顾GENI计划中SDN理念提出的初衷，网络虚拟化依然是SDN技术能够为网络带来的最大收益之一。

SDN技术的基础是数据平面和控制平面的分离，通过一个集中式的控制器对网络进行统一控制和资源调度，并利用开放的南向接口协议（如OpenFlow）与数据平面通信。这种设计理念同样适用于光传送网，即所谓软件定义光网络（SDON）。在传统的传送网架构中，业务下发、带宽调整等功能都需要人工完成，而引入SDN以后，可以利用控制器进行集中式管理。不仅如此，在光传送网中，控制器由于同时与多个底层设备互联和交互，可以实现资源的统一调度和管理，这也为实现虚拟传送网业务奠定了基础。虚拟传送网业务利用SDON的网络虚拟化能力，为大客户或虚拟运营商提供虚拟传送网服务，使客户拥有专属的传送网。在给定的虚拟网络中，客户可以完全控制连接的建立/修改/删除，实现连接路由的选择、业务保护恢复方式的设定和业务性能查询等功能。

早在2013年，AT＆T就制定了Domain2.0计划，致力于运用SDN和网络功能虚拟化（NFV）技术重构网络架构，计划中重要的一步就是推出“随选网络”，允许客户根据不断变化的需求管理网络。截至2015年底，中国电信已经拥有1.1亿以上固网宽带用户，而专线业务作为一种高价值业务形态也一直是中国电信的三大核心业务之一。近期中国电信提出CTNet2025计划，网络重构将成为中国电信未来10年的工作重点之一。如何利用SDN技术打破僵化的传统网络架构，重构网络使网络资源虚拟化、细粒化，通过网络能力开放使用户能够享受更快速、更智能、更灵活的网络，亦是中国电信希望CTNet2025能够实现的愿景。虚拟传送网业务（VTNS）作为一种基于SDON技术实现的业务形态，能够以传送网资源虚拟化的方式向用户开放业务管理、拓扑管理和性能监控等多种网络能力，使专线客户享受定制化的网络服务，相信对VTNS业务的研究和探索也将成为网络重构中不可或缺的部分。

本文首先介绍软件定义光网络，然后对基于软件定义光网络的VTNS进行归纳分类，最后结合现网试验情况介绍虚拟传送网业务的实现。

2　软件定义光网络

SDON是SDN技术在光传送网领域的应用。与传统SDN网络架构不同的是，与数据网络中的交换机设备相比，传送网网元接口的标准化程度还不够高，这导致由控制器直接管理和控制网元尚有难度，目前业界的普遍做法是，由厂商开发各自的单域控制器，并对底层设备进行抽象，基于单域控制器的北向接口开发多域控制器，屏蔽底层设备细节，在业务层面对网络进行管理。图1所示为一种典型的SDON网络架构，其物理层由光传送网（OTN）设备组成，A子网和B子网来自不同厂商，通过控制数据平面接口协议（CDPI）与各厂商的单域控制器连接，然后统一由多域控制器进行编排和管理。这种分级的控制器架构可以屏蔽厂商差异和网络复杂性，对网络中的节点、端口、链路、带宽等资源进行统一的编排和管理，向北向应用层提供抽象后的网络资源池。

由图1可以看到，网元管理系统（EMS）/网络管理系统（NMS）与SDN控制器是分离的，但与各级控制器之间有交互。这是因为网管系统与SDN控制器各有分工，SDN控制器只负责管理与业务相关的部分，而并不关注物理层设备的故障分析和告警、日志记录等传统网管需要负责的部分。尽管如此，未来随着SDN技术的发展，控制器与网管的逐步融合也将成为一种趋势。

3　VTNS分类

VTNS是基于0～2层传送网资源虚拟化而提供的一种网络服务。在VTNS中，物理层的传输资源会被切片，然后以一种抽象的方式分配给不同的VTNS用户。不同的VTNS用户在服务等级协议（SLA）、拓扑、运营/管理/维护（OAM）、保护恢复等方面的需求亦会存在差异。通过对物理层传输资源的切片，不同用户可以拥有控制和管理虚拟网络的权限，从用户视角来看，感受不到虚拟网络与独占物理资源的区别，如图2所示，企业用户A和B利用SDON技术在中国电信的传送网中分别获得不同的资源切片，形成了专属的虚拟传送网。VTNS提供给用户的将不仅仅是一个连接，而是一种网络服务，用户可以虚拟网络层面可以根据自身需求使用合适的路由算法，也可以通过软件的配置对业务进行创建、删除和修改；根据权限的不同，用户还可以设置保护链路或使用OAM功能。基于光互联网络论坛（OIF）的VTNS规范，根据网络能力开放程度的差异，本文将VTNS划分为4种类型，下面分别进行介绍。

图1　SDON网络架构

3.1固定连接业务

这种等级的VTNS是最基础的业务模式，它通过对物理资源进行切片的方式向用户提供了以太网连接服务，但并没有向用户开放控制和管理权限。如图3所示，从用户的角度来看，尽管网络提供了专线业务，但并没有把网络细节暴露给用户。

3.2动态连接业务

在动态连接业务中，允许用户对业务进行动态管理，例如实现弹性带宽（BoD）等功能。网络中与用户相关联的端口是对用户可见的，这也使网络从用户视角来看可以视为一个虚拟的网元，如图4所示。在动态连接业务中，用户可以灵活地对业务进行创建、删除、调整，但由于VTNS网络只将端口暴露给了用户，实际上开放的网络能力有限，用户也无法感知网络拓扑层面的信息。应该指出，除了将接入端口暴露给用户以外，还有另外一种实现动态链接业务的方式，即将用户接入的网络边界节点暴露给用户，与前者相比，这种方式可以提供更大能力的网络开放，比如允许用户在网络边界节点上的多个端口之间进行选择，或者利用不同端口同时建立多条业务等。

图2　VTNS业务场景示意图

图3　固定连接业务

3.3固定虚拟网络业务

与前面两种VTNS业务类型不同，固定虚拟网络业务提供了更大能力的网络开放，它将网络的拓扑细节呈现给了用户，除了允许用户进行业务的创建、修改和删除以外，还支持以显式路由的方式下发业务，以满足用户的个性化需求。但在固定虚拟网络业务中，拓扑本身是提前配置好的，并不允许用户在使用过程中进行动态地调整，如图5所示。

图4　动态连接业务

图5　固定虚拟网络业务

3.4动态虚拟网络业务

动态虚拟网络业务是在固定虚拟网络业务的基础上，进一步将拓扑的管理和控制能力向用户开放，不仅允许用户对业务进行创建、添加和删除，还可以对拓扑进行灵活地配置，例如根据实际需求申请添加一个虚拟节点，如图6所示。与前面3种业务类型相比，动态虚拟网络业务最大程度地实现了网络能力开放。

图6　动态虚拟网络业务

4　虚拟传送网业务的现网试

基于前面介绍的SDON网络架构，我们自主开发VTNS应用平台（以下简称VTNSApp），实现了动态虚拟网络业务，界面如图7所示。下面以在某省公司的现网试验工作为基础，结合客户用例介绍虚拟传送网的功能。

图7　VTNS应用界面

假定某客户申请VTNS业务，开通虚拟传送网，并在虚拟传送网基础上实现业务开通、管理和维护。申请开通VTNS的大体流程如下：

（1）运营商利用自主开发的运营APP为客户创建一个VTNS帐户，并开通相应权限（网络配置用户、网络监视用户）。

（2）运营商根据客户的需求进行网络资源的分配，包括节点、链路和客户侧接口，并为客户建立初始拓扑。

（3）客户利用分配的帐户登录VTNSAPP，即可查看初始拓扑，如图7所示。

在VTNS业务开通以后，用户从虚拟网络中获取到的网络能力包括：

（1）自定义拓扑：客户可以在VTNSAPP中进行增加、修改、删除节点或链路的操作，对初始拓扑进行修改。

（2）自定义SLA：VTNSAPP提供“无保护”（铜级）、“重路由恢复”（银级）、“1+1保护”（金级）3种选择，客户在创建业务时根据需要进行自由选择，银级和金级的中断时间分别为s级别和ms级别。

（3）创建业务：在VTNSAPP中，根据需求在指定的节点（支持点到点、点到多点）间建立业务，端口类型和速率均可自定义，利用VTNSAPP建立的业务会通过控制器下发到物理设备。

（4）删除业务：当不再需要某个业务时，在VTNS APP中进行业务删除操作，利用VTNSAPP删除的业务会通过控制器下发到物理设备，释放物理资源。

（5）预约创建/删除业务：当客户需要在特定时段开通业务时，可以利用VTNSAPP进行预约创建，并设定预约创建时间和预约删除时间。

（6）实时调整带宽：当客户需要对带宽进行调整时，可以利用VTNSAPP对业务带宽进行实时调整，以达到扩大容量或节约成本的目的。

（7）预约调整带宽：当客户需要对带宽进行调整，但希望带宽的调整仅在特定时段生效时，可以利用预约调整带宽的功能来实现，设定预约调整的起止时间，业务带宽会在预约时间开始时自动调整，并在预约结束后恢复带宽。

（8）业务管理：客户可以利用VTNSAPP查询业务信息，包括路由、速率、端口资源、状态、保护恢复状态、连接建立时间、连接拆除时间等。此外，还可以查询6个月以内被删除的历史业务信息，包括业务名称、带宽、保护方式、持续时间等。

（9）性能测量：客户可以在VTNSAPP中以图形和表格的形式查询选定业务的性能，性能参数包括吞吐量、时延和丢包率等。

（10）计划性业务中断通知：当运营商需要对光纤或设备进行割接时，会向VTNSAPP推送“计划性业务中断通知”，并根据涉及业务的SLA等级，向客户提示业务中断时间、割接的起止时间。

图8为VTNS业务开通以后的性能测量界面，通过对吞吐量的实时监控，可以在VTNSAPP中看到业务流量的实时变化情况，这为用户调整业务状态，甚至对虚拟拓扑进行修改提供了可靠依据。

图8　吞吐量实时监控

5　结束语

SDN作为一种信息通信领域的热门技术，已经在光传送网领域得到广泛用。本文研究了在SDN光传送网基础上实现VTNS业务的问题，根据网络能力开放程度的差异将VTNS划分为4种类型，然后对VTNS的现网试验情况进行介绍，结合客户用例阐述了目前实现的VTNS业务主要功能。中国电信作为国内最大的固网运营商，在充分利用现网经验探索基于SDON创新业务模式的同时，也一直致力于联合国内外运营商和设备商积极推动VTNS业务的标准化。VTNS作为一种面向专线客户的业务，充分利用SDON的网络虚拟化能力，对物理网络进行切片并进行资源的抽象和整合，为用户以虚拟化的方式提供专属传送网服务，最大限度地利用了传送网资源。对VTNS业务的研究为网络重构计划过程中业务模式的探索提供了有力的技术支撑，VTNS也将成为未来传送网领域重点关注的研究方向之一。

［1］Jain，Kumar，Mandal，et al.B4：Experience with a Globally deployed Software Defined WAN［J］.ACM SIGCOMM Computer Communication Review.2013，43（4）：3-14.

［2］McKeown，Anderson，Balakrishnan，et al.OpenFlow：enabling innovation in campus networks［J］.ACM SIGCOMM Computer Communication Review，2008，38（2）：69-74.

［3］OIF.Programmable Virtual Transport Network Services Specification.oif2015.365.00：OIF，2015.

［4］荆瑞泉，杨玉森.传送SDN在网络运维自动化中的应用探讨［J］.电信技术，2014，4：002.

Research of virtual transport network service based on software defined optical network

HU Qian，LI Junjie，JIN Ruiquan，ZHAO Guoyong

As a novel network architecture，Software Defined Networking（SDN）has received extensive attention in information and communication technology（ICT）area，and the technology of network virtualization realized via SDN is applied to IP network rapidly.Nowadays，SDN architecture is also used to reconstitute optical transport network，which is the so-called Software Defined Optical Networking（SDON）.Virtual transport network service（VTNS）makes full use of the virtualization ability of SDON by abstracting and integrating the resources in transport network.In this paper，the research focused on VTNS.Firstly，VTNS was classified to four classes according to the degree of opening network abilities，and then the VTNS application and its main function were introduced，which have been tested and verified in the fieldtrial.

SDN；optical network；virtual transport network

（2016-06-27）