软件定义光层与IP层协同融合

2023-06-26 理论教育版权反馈

【摘要】：基于SDN 的IP层+光层协同融合将SDN 概念与技术应用于IP层+光层，形成了一种新型的网络型态，可分为应用平面、控制平面、转发平面三大部分，其各层功能划分如下。图12.25基于SDN 的IP层+光层协同融合网络基本架构①应用平面：包括各种App服务器和App应用客户端，通过调用控制平面对转发平面进行操作，支持与控制平面的REST 接口。基于SDN 的IP+光层协同融合网络主要包括以下关键技术。

传统骨干网由独立的IP网络和光网络来满足业务需求，其中在业务部署时是通过光网络提供静态的端到端的光通道，由IP网络调整业务的流向去适配网络，在业务响应、网络投资、运营成本、网络管理、资源利用等方面的问题日渐突出，传统的网络架构已经难以满足需求，迫切需要网络具备灵活调整、高效利用、快速响应业务变化的能力。

通过IP层与光层的协同融合形成先进的光互联网（也称IP over WDM、数据光网络、光因特网等），主要是指能够高效承载IP业务的多波长光网络。其内涵是将光层传输高速性与IP网络业务灵活性相融合，以光纤为传输媒介、以WDM/OTN 等为传输技术、以IP为网络通信协议，并在此基础上承载各种业务。

（1）IP层与光层协同融合网络的基本结构与主要特点

IP层与光层协同融合网络的基本结构与主要特点为：可支持多种业务；具有巨大的可持续扩容的链路容量；IP为主导的上层通信协议，但不完全排除其他通信协议；具有网络和业务生存性强，巨大的带宽潜力，减少了网络各层之间的冗余部分网络设备与网管的复杂性、特别是网络配置的复杂性等特点；额外开销低，传输效率高，可以大大节省网络运营商的成本，是一种直接、简单、经济的网络体系结构（见图12.21）。其协议参考模型如图12.22所示，其中IP业务层负责进行数据封装处理和路由功能（IP主干业务子层负责数据打包、生产报头和IP路由等；IP适配子层负责数据报的差错检测、服务质量控制、分组定界等），光网络层负责进行数据传输（光网络适配子层负责固定的带宽进行复用并提供保护和故障定位等，光复用子层负责数据格式的转换并提供带宽管理和连接确认等功能，光传输子层负责光纤上的数据传输并限定光接口的特性）。

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图12.21　光互联网的基本结构

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图12.22　光互联网协议参考模型

组网技术包括三种组网方式：重叠模型、对等模型和增强模型。重叠模型的特点包括：采用各自独立的寻址机制和信令协议，相互不交换拓扑信息；支持多用户层信号，IP层和光层独立演进，易于实现；扩展性不高（见图12.23）。

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图12.23　光互联网重叠模型

对等模型的特点包括：采用统一控制平面；OXC 与路由器关系对等；UNI和NNI区别不明显；通过统一的寻址机制和信令协议，相互交换拓扑信息；扩展性好；实现较难；难以支持非IP业务；光网信息为路由器所知，层间有大量的状态和控制信息需要交换（见图12.24）。

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图12.24　光互联网对等模型

增强模型的特点包括：将重叠模型和对等模型结合起来；在IP域和光域都存在着单独的路由实体，相互交换路由信息；采用统一寻址机制，光网络的拓扑对IP网络是部分可见的，增强模型也适合于拥有自己光骨干网基础设施的ISPs；利用现有的基于IP的协议，短期内易实现。在光互联网中，高性能路由器取代传统的基于电路交换的ATM 和SDH 电交换与复用设备，通过光ADM 或WDM 耦合器直接连接至WDM 光路中，光纤内各波长链路层互连。从实现技术看，涉及路由器+WDM 光网络组网技术、IP over光适配技术、基于标签的光交换技术、多粒度交换技术、光节点技术、智能控制技术、保护恢复技术等。

（2）基于SDN 的IP层+光层协同融合

将SDN 概念与技术应用于IP层+光层，形成了一种新型的网络型态（见图12.25），可分为应用平面、控制平面、转发平面三大部分，其各层功能划分如下。

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图12.25　基于SDN 的IP层+光层协同融合网络基本架构

①应用平面：包括各种App服务器和App应用客户端，通过调用控制平面对转发平面进行操作，支持与控制平面的REST 接口。

②控制平面：主要由层次化控制器（Hierarchical Controller）、IP 控制器（IP Controller）和光控制器（Optical Controller）组成，支持业务自动化、能力开放、策略管理等功能。感知网络拓扑实时变化。基于网络实时拓扑，计算业务转发路径。实现具体网络的实时、智能的控制。北向支持开放API接口，南向支持BGP-LS/IGP/PCEP/NETCONF等接口，管理和控制IP网络和传送网络。

③转发平面：由网络设备组成，具体可以分为两个子网络，即IP 子网络和传送子网络。IP子网络主要由路由器组成，传送子网络由传送设备组成。IP 设备之间通过标准的MPLS协议进行交互，传送设备之间通过标准的GMPLS协议进行交互。转发平面能够提供基于策略的业务转发、OAM、保护和同步等功能。

基于SDN 的IP+光层协同融合网络主要包括以下关键技术。

①资源池化技术：资源池主要包含两部分，即路由器资源和光网络资源。路由器的端口池去除了每个物理端口的方向性，每个物理端口都可以被多个方向的IP连接所使用，控制器能调度每个方向的IP连接所占用的端口资源，从而形成路由器端口资源池。光网络资源池通过OTN 实现子波长级别业务的调度，通过控制器调度每个方向占用的波长资源，从而把光网络整体作为一个资源池，按需满足IP层的连接需求。控制器获取全网的资源信息，灵活调度路由器的端口及光网络资源，实现IP+光整体通道的按需建立与维护。

②分层解耦技术：在IP+光协同架构下，IP链路的存在是逻辑性，其对应于光网络中的一条物理连接。因此，IP网络拓扑可以看成连接层，而真正实现数据传送的光网络节点和链路可以看成资源层。IP+光协同后可以实现连接层与资源层的解耦，即连接层将不会因为资源层的变化而发生变化。

③多层拓扑发现技术：IP+光协同解决方案支持传统IP 和光多层网络拓扑的发现。SDN 集中控制器自动从光网络和IP网络发现和收集现网中的网络拓扑资源以及连接隧道资源信息，通过层间链路和端口作为关联点，将光层连接隧道与IP层的逻辑IP Link进行关联。由于控制器既保存IP设备和拓扑信息，又保存光网络信息，因此可以在一张视图中将端到端的光层路径、相关IP链路、隧道路径以及连接层等所有相互关联的拓扑信息展示出来。当资源出现故障时，用户可以在一个视图中快速定位全网物理故障。

④链路带宽动态调整技术：通过IP和光网络的联合调度，可以在保持IP网络拓扑不变的前提下，完成对IP网络带宽的实时动态调整。通过这种方法进行带宽调整，可以有效提高互联网业务的可用性，提升网络的使用效率，简化网络运维。

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