軟件定義傳送網標準化發展探討與思考

張海懿　張國穎　徐云斌

摘要：軟件定義傳送網（SDTN）的國際標準化工作，呈現以ONF主導，多種技術標準組織競爭發展的趨勢。在SDTN的南向接口方面，開放網絡基金會（ONF）的OpenFlow與國際互聯網工程任務組（IETF）的路徑計算單元協議（PCEP）將存在路線之爭；而北向接口和信息模型，將成為各標準組織后續爭奪的焦點。認為中國應加大光網絡軟件定義網絡（SDN）領域標準的研究和推動力度，在國際標準中發揮引領作用。

關鍵詞： SDN； SDTN； OpenFlow； 應用程序接口（API）

隨著云計算、移動互聯、物聯網等寬帶應用的發展，以視頻為代表的寬帶業務以及以大型數據中心為代表的數據海量聚合模式驅動著光網絡的發展。目前業界掀起了融合信息技術（IT）和網絡新型架構理念的研究勢頭，軟件定義網絡（SDN）技術迅速向傳送網領域延伸，以構建更靈活、高效、低成本以及開放的未來光網絡。

SDN集中化、智能化和開放化的理念為未來光網絡的發展提供了全新思路。軟件定義傳送網（SDTN）是將SDN概念和技術應用于傳送網，構建面向業務的新一代光網絡體系架構。SDTN通過將控制與傳送解耦，屏蔽傳送網物理技術細節，簡化現有光網絡復雜和私有的控制管理協議；采用集中控制策略，提高傳送網的智能調度和協同控制能力；通過開放網絡接口，提供光網絡的可編程能力，滿足未來網絡虛擬化、業務靈活快捷提供、網絡和業務創新等發展需求。與數據網絡不同，光網絡自身具有集中化管理和面向連接的交換機制等特點，因此光網絡天然具有部分SDN的一些特征，更易于向SDN方向發展演進。

軟件定義傳送網技術的發展自2013年開始升溫，2014—2015年呈現快速發展態勢。目前，全球標準化組織工作快速推進，包括開放網絡基金會（ONF）、國際電信聯盟遠程通信標準化組織（ITU-T）、國際互聯網工程任務組（IETF）、光互聯論壇（OIF）和中國通信標準化協會（CCSA）等，多種技術標準競爭發展。

1 SDTN國際標準化情況

1.1 ONF標準業界領先

目前SDN領域的標準工作主要由ONF組織推動。ONF組織是2011年3月由德國電信、Facebook、谷歌、微軟、Verizon和雅虎聯合發起成立的一家非營利性組織，致力于通過對可編程的SDN網絡進行開發和標準化，實現對網絡的改造和構建。SDN作為一個顛覆性的技術吸引了眾多公司加入ONF，包括網絡運營商、服務提供商、設備制造商、芯片廠商、軟件開發公司以及很多初創公司等。截至2015年9月，ONF已經發展了139家會員，有2 000多名參與者，成立了4個領域15個工作組/討論組。目前ONF已經形成了包括SDN基本架構、OpenFlow標準和OpenFlow配置和管理協議、測試以及應用推廣在內的大量成果。

ONF涉及光傳送網領域的工作組主要包括光傳送工作組（OTWG）、信息模型工作組（IMP）、北向接口工作組（NBI WG）、運營級SDN討論組（SDN WG）。目前ONF的光傳送SDN標準進展迅速，處于領先地位。

（1）光傳送工作組

ONF于2013年4月年成立了OTWG，主席是Ciena的Lyndon Ong。目前在OTWG參與標準化的廠商主要包括：ADVA、阿朗、思科、Juniper、Coriant、Cyan、ECI、中興通訊等，運營商包括DT、ETRI、KT、NTT、西班牙電信、Verizon、中國電信、中國移動和工信部電信研究院等。

OTWG近期的重點工作包括：

·聚焦開展傳送網北向接口標準制訂工作，目前已經提出北向接口功能要求初稿，預計2015年12月完成第1版本，后續進一步規范接口信息模型、YANG模型等。

·研究OpenFlow擴展支持操作管理和維護（OAM）、保護、多層控制，以及對分組傳送（如多協議標簽交換傳送應用（MPLS-TP））網絡控制需求。

·繼續開發新的用戶案例和需求，如控制器層間接口、多域等。

·推動光傳送SDN協議的開源工作。

（2）信息模型工作組

ONF OTWG組最初開展了傳送網控制信息模型（IM）的標準化工作，并形成了DOC 5工作組文稿，對支持SDN的光傳送網控制信息模型進行了規范。為制訂北向接口規范，NBI WG也開展了控制器信息模型方面的標準制訂。為了避免各個工作組對控制層IM的重復定義，并保證規范的一致性，在2014年6月底，各工作組達成一致意見，由IMP組牽頭將各工作組控制層信息模型的標準化體系進行了重新梳理和整合，形成了新的信息模型架構，并明確了相關的研究方法。

ONF控制器信息模型主要由核心模塊、轉發模塊、應用模塊等構成。其中核心模塊主要由架構組負責制訂，重點研究IM的通用模型部分，它可以作為其他組的基礎模型，并在此上進行相關擴展。轉發模塊主要由OTWG組負責定義，未來的OTN、MPLS-TP等與傳送平面轉發技術相關的IM定義將包含在轉發模塊中，并作為核心模塊的一個擴展功能。此外，應用模塊的制定主要由NBI組負責完成，也可作為核心模塊的一個擴展功能。整個IM經過簡化和重構后，形成特定目的的基礎信息模型或模塊，再經過映射后形成與協議相關的接口數據概要。

（3）運營級SDN工作組

2012年10月成立了運營級SDN討論組，主要目標是讓SDN產業了解SDN和OpenFlow對于運營商網絡的意義，以及SDN如何在跨越多種網絡、多種技術和業務的運營商網絡中部署，它更關注除功能之外的一些需求，如可用性、可擴展性、攜帶性、安全性、可管理性以及這些性能的相關要求等。

目前開展的主要工作包括：收集運營商網絡需求和用例（包括業務感知的大客戶專線網絡、混合云服務、移動回傳網絡、IP骨干網提升資源利用率、超高清交互式多媒體視頻點播（VOD）業務等）；開展差異分析工作，分析現有ONF解決方案在滿足運營商需求方面的差距，提出擴展需求和解決方案。endprint

總體來看，ONF已經成為傳送網SDN標準化的主導組織，在OpenFlow光擴展、信息模型、傳送北向接口規范等標準化上發揮了重要作用。特別是在信息模型方面，ONF聯合了ITU-T、電信管理論壇（TMF）、歐洲電信標準化協會（ETSI）等組織共同制訂統一規范，影響力日益擴大。預計傳送網相關架構、協議、信息模型等標準將在2016—2017年完成。目前ONF面臨的主要問題是其對傳送網SDN和現有傳送管理體系形成了替代關系，對運維模式產生了較大的沖擊，SDN如何兼容現有網管系統，并向統一管控建構演進，還缺乏具體的路線和方案。此外，ONF還致力于推動標準的開源實現工作，建立了ONF SDN開源社區，推動SDN控制器、北向接口、安全等方面的開源軟件工作。這些工作將對推動傳送網SDN標準的產業化和應用部署起到重要的促進作用。

1.2 ITU-T重視體系架構規范

ITU-T開展傳送網SDN研究起步稍晚，初期主要集中在對SDN概念的理解，以及對SDN與傳送網、ASON、網管之間關系的討論。2013年7月，SG15被TSAG指定研究傳送SDN，具體工作由Q12、Q14聯合開展。2014年3月SG15組正式立項開發光傳送網SDN架構新標準G.asdtn。G.asdtn主要支持傳送網的SDN控制的傳送網控制平面架構，并與SG11、SG13、SG17關于SDN的相關工作互補。SDTN總體架構將采用抽象控制組件的方法來表示，將對G.8080 自動交換光網絡（ASON）的現有功能組件進行檢查，評估它們的適用性，若有需要將增加新的組件，以支持新增功能。2014年7月，SG15又啟動了一個新的建議，將SDTN與原有智能光網絡（ASON）的通用控制功能抽取出來，形成通用的控制組件規范。與此同時，SG15還負責維護傳送SDN LivingList[1]。

從以上分析可以看出，ITU-T開展傳送網SDN研究起步稍晚，作為一個有很長歷史的國際標準化組織，考慮到網絡演進和技術的繼承性等方面的原因，初期主要集中在對SDN概念的理解，以及對SDN與傳送網、ASON、網管之間關系的討論，同時ITU-T一般比較注重網絡架構方面的規范，而不涉及具體的協議和流程的設計。目前ITU-T已經立項了兩個相關的標準，并啟動了多個與SDTN有關的研究點，有關研究工作與多個組織存在交疊，ITU-T較重視與有關組織的協調和一致。

1.3 IETF基于現有技術擴展支持SDN

IETF是互聯網領域最為重要的標準組織，是傳送網控制平面通用多協議標志交換協議（GMPLS）技術和協議的主要制訂組織，對傳送控制領域具有較強的話語權。與對數據網SDN的態度類似，IETF認為SDN對互聯網架構并沒有重大變化，只是需要協議層面的支持，因此國際互聯網研究專門工作組（IRTF）雖成立了軟件定義網絡研究組（SDNRG），但并未成立專門的SDN工作組，很多SDN相關的技術工作，分散在各工作組中開展。其中，與光傳送網絡SDN相關的工作組/討論組主要包括路徑計算單元（PCE）、傳送網抽象控制（ACTN）、SDNRG[2]。

（1）PCE工作組

IETF的PCE工作組成立于2005年，其核心思想是通過集中式路徑計算單元提供全局優化的端到端路徑計算能力，解決純分布式無法解決的多域和在線路徑全局優化等問題。通過PCE協議（PCEP）與可編程計算機控制器（PCC）交互，為網元提供復雜的在線計算服務。PCE能提供豐富的在線路徑計算相關的服務，包括在線業務發放、在線割接模擬、網優評估、多層多域路徑計算等。

IETF考慮基于現有的PCE擴展支持SDN功能，包括擴展PCEP支持連接建立、刪除等功能，使得PCE不僅具有路徑計算能力，更能向具有完整控制功能的SDN 控制器發展；規范了層次化PCE以支持控制器的分層，定義基于PCE的傳送網虛擬化架構和北向接口等。

（2）SDNRG研究組

SDNRG是IRTF的一個研究組，主要是從不同的角度研究SDN，分析哪些方法可以在近期定義、部署和使用，哪些可以應對未來的挑戰，解決方案的可擴展性，抽象性和編程語言，以及范式在SDN上用途等。此外，SDNRG另一個目標是為研究人員研究軟件定義網絡領域的關鍵和有趣的問題提供論壇。

SDNRG目前主要研究內容包括：SDN模型的分離、IETF和其他標準組織之間的關系、SDN模型的可擴展性和適用性等。SDNRG將SDN網絡架構劃分為應用平面、網絡服務抽象層（NSAL）、控制層分為控制抽象層（CAL）和管理抽象層（MAL）、設備和資源抽象層。SDNRG對于管理和控制的關系方面，認為管理作為SDN的一部分，并需要為其定義一些相關的接口。

（3）ACTN 討論組

SDN提出了可編程、自動化、資源共享、業務靈活等需求，需要傳送網控制層向上層應用提供網絡資源抽象和分片，處理應用層的網絡資源請求，同時屏蔽運營商網絡內部的拓撲和資源細節。ACTN討論組主要關注通過網絡抽象和虛擬化技術，為傳送網SDN提供實現技術。目前的主要成果包括架構、需求文稿和用例。ACTN架構將網絡控制分為客戶控制層、多業務協同控制器（MDSC）和物理網絡控制器（PNC）3個層次，并定義了三者之間的接口以及三者之間的通信流程。

IETF對于傳送網SDN的標準化工作起步稍晚，主要思路是基于現有技術擴展支持傳送SDN，與ONF引入新的OpenFlow光層擴展協議和北向接口的思路有較大差異。目前來看，ONF在接口規范制訂上獲得了更多傳送網廠商和運營商的支持。但是由于IETF在路由器SDN方面的標準化影響力較強，很多路由器廠家更傾向于基于PCE等IETF現有技術向SDN演進，會對傳送網SDN的標準選擇產生一定影響。最終標準化的走向，將取決于各種標準在開源平臺上的實現和產業化推進情況，因此推動開源、互操作性測試等將是后續標準化工作的重點。endprint

1.4 OIF關注網絡互操作

光互連論壇（OIF）對傳送網SDN的工作主要集中在兩個方面：一是運營商工作組發布了對傳送SDN需求規范，并啟動新項目，研究用ASON詮釋SDN架構的框架；二是開展光傳送網SDN的互操作性演示工作。2014年下半年，OIF與ONF組織全球多個運營商、設備廠商以及科研機構，開展了基于SDN的光傳送網OTN原型演示和互操作性測試。參加測試的運營商包括中國移動、中國電信、加拿大Telus、美國Verizon，設備廠商包括中興通訊、烽火、Coriant、Ciena、Fujitsu、ADVA、Alcate-Lucent、NEC，參加測試的研究和咨詢機構包括中國的工信部電信研究院、日本的KDDI研發實驗室，以及法國電信Orange。

本次測試重點演示基于OpenFlow和RESTful應用程序編程接口（API）接口的互操作性，測試的OpenFlow協議主要基于ONF OTWG制訂的OpenFlow協議擴展，RESTful API主要基于OIF制訂的傳送網北向接口規范，并為測試的簡便性做了適當簡化。

2 中國SDTN標準化現狀

2012年以來，中國積極開展了軟件定義傳送網標準化研究工作。CCSA TC6在2012年底設立了軟件定義光網絡研究課題，并開展相關標準預研工作。2013年，CCSA TC6立項開展《軟件定義光傳送網（SDTN）總體技術要求》行業標準、《軟件定義分組傳送網（S-PTN）技術研究》和《基于SDN/NFV的接入網技術研究》。其中，《軟件定義光傳送網（SDTN）總體技術要求》行業標準的整體思路是結合ONF和ITU-T的相關研究成果，對各標準組織提出的技術路線和協議進行選擇，并在SDTN與網管的關系、SDTN的可擴展性、性能等方面提出要求，預計將于2016年完成。2014年，CCSA TC6立項開展3項SDTN行標和2項研究課題，包括軟件定義分組傳送網（SPTN）總體技術要求、控制器層間接口規范、應用編程接口規范、軟件定義同步網技術要求等方面內容[3]。

從上面的分析可以看出，中國在SDN方面的標準化工作開始的時間還是比較早的，傳送網領域的SDN標準化工作在TC6中開展，其中既有SDTN體系架構方面的標準，也有SPTN和SDON等不同技術領域的標準化工作。同時TC6還結合中國的應用需求，率先開展了軟件定義同步網的研究工作，在SPTN和軟件定義同步網等方面的標準化工作有一定的前瞻性和創新性，并力圖將相關的創新性成果輸出到國際標準化組織中。這些努力均取得了初步的成果。

3 結束語

我們認為SDTN的標準化發展呈現以ONF為主導，其他組織共同競爭的局面。ONF由于掌控OpenFlow協議的制訂權，并在北向接口方面加強研究力度，基本占據了傳送網SDN標準化的領導地位；ITU-T是傳統的光傳送網標準化組織，制訂了ASON控制架構，當前主要致力于對SDN引入光傳送網后的架構，與ASON和網管的關系，以及信息模型方面的研究，但不會制訂具體的SDTN協議；IETF認為在保持南向接口豐富性的基礎上，需要更強調北向接口的開放，目前在試圖通過擴展PCEP和架構來支持SDN，在北向接口方面與ONF的工作有較大的重疊，由于IETF對SDN研究的起步較晚，目前還沒有明顯的影響力。

我們認為在SDTN的南向接口方面，ONF的OpenFlow與IETF的PCEP將存在路線之爭，但從目前來看，OpenFlow的支持度更高一些。對于北向接口和信息模型，將成為各標準組織后續爭奪的焦點。也有觀點認為，過去電信網的標準化主要是橫向接口（設備之間）的標準化，而未來SDN的標準化主要是縱向接口（設備到控制器，控制器到應用）的標準化。

中國應該逐步重視和加強軟件定義光網絡的標準化研究和推進，當前各大國際標準組織在光網絡SDN領域的研究和標準化工作尚處于初期階段。鑒于標準在支撐自主創新和引領產業發展方面的重要作用，中國應加大光網絡SDN領域標準的研究和推動力度，在國際標準中發揮引領作用。

參考文獻

[1] ONF TS-022 OpenFlow光傳送協議擴展1.0版本[S]

[2] ONF TR-513通用信息模型概述[S]

[3] ONF TR-512核心信息模型[S]endprint