H3C ADWAN解决方案技术白皮书

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闯夕潘
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2 目录 1 前言传统广域网的问题云计算对广域网的需求运营商转型对广域网的需求广域网变革已成为必然采用 SDN 思想构建新一代广域网 H3C 新一代广域网 ADWAN 方案 4 2 ADWAN 解决方案介绍方案架构方案特点应用场景运营商网络的应用场景企业网 / 行业网的应用场景互联网的应用场景 7 3 构建 ADWAN 方案的关键技术 SDN ADWAN 的核心思想 ODL ADWAN 的支撑平台 ODL 介绍 ODL 控制器架构 ODL 架构很好的支撑 ADWAN APP 开发 Segment Routing ADWAN 的控制平面协议 Segment Routing 的基本概念 Segment Routing 的控制平面 Segment Routing 的转发平面 Segment Routing 的优势 BGP-LS ADWAN 的可视化基础 BGP-LS 协议介绍 BGP-LS 在 ADWAN 方案中的应用 PCEP ADWAN 的路径控制通道 PCEP 协议介绍 PCEP 在 ADWAN 方案中的应用 PCEP 的发展 RESTful API ADWAN 的北向接口协议 15 i

3 3.6.1 REST&RESTFUL 介绍 RESTful 已成为目前主流的应用接口 NETCONF ADWAN 的南向接口协议 NETCONF 协议介绍 NETCONF 在 ADWAN 方案中的应用 17 ii

4 1 前言 1.1 传统广域网的问题长期以来, 广域网主要负责各网络节点的互联互通, 比如总部和分支之间, 分支和分支之间, 数据中心之间等, 和业务应用属于两个独立的系统, 基本上没有联系, 更多的是作为业务系统的传输通道, 实现业务流量的被动承载, 但随着云计算移动互联网等应用模式的发展和流量模型的改变, 很多时候需要网络能主动适应业务流量, 做到应用随需而变, 但是由于目前的网络在管理上主要是面向设备而非业务的管理, 更多的是基于节点视角而非全局视角, 因此, 产生了很多无法解决的问题 : 业务部署慢, 上线周期长广域网设备分散, 业务开通时需要逐台部署, 手工配置, 部署工作量很大广域网业务众多, 配置复杂, 手工配置容易出错, 开通周期长流量调度难, 缺乏灵活性由于缺乏整网视角, 设备各自基于路由进行选路, 选出来的是最短路径而非最优路径, 带宽利用率低传统的策略路由和流量工程, 局限性大, 配置复杂, 无法动态适应网络状态和应用需求的变化 IT 维护人员的运维体验很差网络管理手段有限, 手工为主, 对 IT 维护人员的技能要求较高流量和业务无可视化呈现, 造成故障无法快速识别和定位, 运维难度大网络开放能力弱, 无法适应业务对网络的要求设备复杂, 网络封闭, 可编程能力弱, 无法满足业务快速部署和灵活定制需求网络和应用静态绑定, 无法有效联动, 难以提高云计算应用体验图 1 传统广域网问题 1

1.2 云计算对广域网的需求随着云计算的快速发展和大规模部署, 企业 IT 已经从传统的数据中心向云计算数据中心转型, 在这个过程中, 用户对应用的体验需求是不会变的, 用户希望访问云应用, 能像访问本地应用一样迅速, 一样安全, 但流量模型发生了根本改变, 对广域网的需求也发生了很大改变, 主要体现在以下几点 : 本地应用迁移到云端后, 原来这些应用在本地运行, 独享局域网带宽,

5 1.2 云计算对广域网的需求随着云计算的快速发展和大规模部署, 企业 IT 已经从传统的数据中心向云计算数据中心转型, 在这个过程中, 用户对应用的体验需求是不会变的, 用户希望访问云应用, 能像访问本地应用一样迅速, 一样安全, 但流量模型发生了根本改变, 对广域网的需求也发生了很大改变, 主要体现在以下几点 : 本地应用迁移到云端后, 原来这些应用在本地运行, 独享局域网带宽, 现在变为云端运行, 共享广域网带宽来进行数据交互, 对广域网的带宽承载能力可扩展性可靠性等都提出了更高的要求各地的本地应用都要通过广域网和云端进行通信, 这个时候广域网的业务种类变得很多流量也变得更加复杂, 为了保证应用体验不受影响, 需要面向不同用户实现差异化精细化调度, 保障各类用户的服务质量云计算数据中心的规模部署, 数据中心之间的互联互通和数据同步越来越多, 需要专门的 DCI 网络来承载和保障这些流量, 同时要求 DCI 网络具备实时感知统一编排灵活调度, 动态适应云计算应用的能力传统广域网架构复杂扩展困难封闭僵化, 难以适应云计算的需求, 需要广域网进行重构和变革图 2 云计算对广域网的需求 1.3 运营商转型对广域网的需求随着近些年数据中心云计算移动互联网的快速发展, 用户除了基本上网需求外, 对业务的丰富性和体验感要求越来越高, 但目前运营商主要还是提供网络的互联互通, 网络和业务基本上是割裂的, 因此产生了很多突出的问题, 如 : 增量不增收 : 业务流量呈现爆炸式的增长, 但运营商发现收入并没有随着流量的增长而增长, 反而和流量的剪刀差越来越明显网络成本高 : 随着流量的增长需要不断扩容现有的网络, 增加带宽, 来满足用户的需求 ; 新业务也要求购买和部署新的物理设备, 而这些网络设备各自封闭的系统需要专门的人员来熟悉, 技能难以复用, 造成维护成本很高 ; 专属的设备对机房电源等的要求也有可能不同, 也会导致运营成本的上升 2

业务交付慢 : 由于各设备系统封闭, 缺乏标准的开放接口和自动化的部署工具, 因此, 每开通一个新业务, 要求各设备之间配合设计开发和调试, 涉及到各个部门不同厂商的协调, 而且硬件设备需要挨个站点安装升级和调试, 整个周期很长竞争压力大 : 现有的网络结构复杂设备封闭缺乏灵活性, 在面对虚拟运营商和互联网厂商的竞争时, 压力会越来越大面对上述的这些问题,

6 业务交付慢 : 由于各设备系统封闭, 缺乏标准的开放接口和自动化的部署工具, 因此, 每开通一个新业务, 要求各设备之间配合设计开发和调试, 涉及到各个部门不同厂商的协调, 而且硬件设备需要挨个站点安装升级和调试, 整个周期很长竞争压力大 : 现有的网络结构复杂设备封闭缺乏灵活性, 在面对虚拟运营商和互联网厂商的竞争时, 压力会越来越大面对上述的这些问题, 进行业务转型已经成为运营商的普遍共识, 要进行业务转型, 就需要解决以下几个主要问题 : 网络架构的重构和优化, 通过引入 SDN 技术和思想, 搭建一个开放的网络平台, 能够全局调控网络资源, 以业务驱动网络, 使网络从功能向服务转型, 产生新的增值现网资源的利用和发挥, 通过精细化的流量调度, 为不同的用户提供差异化的网络服务, 充分利用和挖掘现网资源, 最大发挥整个网络的价值运维管理的简化和自动化, 通过开放接口, 开发一些丰富的运维应用, 实现网络自动化可视化, 来简化运维总的来看, 运营商现有网络难以适应业务转型的要求, 除已经和正在进行 SDN 改造的数据中心网络外, 也需要对城域骨干等网络进行重构和变革图 3 运营商转型对广域网的需求 1.4 广域网变革已成为必然为了应对传统广域网云计算以及运营商转型中遇到的各种问题和挑战, 广域网急需重构和变革, 形成新一代的广域网, 如下图所示, 我们认为变革后的新一代广域网需要具备以下能力 : 灵活的编程定制能力 : 可以基于用户业务进行灵活的定制编程全局的控制调度能力 : 管理系统具有整网视角, 可以基于整网的流量进行调度和调整开放的网络构建能力 : 打破传统网络设备封闭的管理控制方式, 快速的部署构建整个网络简化的运维部署能力 : 支持开放的接口, 通过开放接口, 开发一些丰富的运维应用, 简化系统的运维和部署可视的状态呈现能力 : 实时监控资源变化, 做到整个网络可视化, 方便用户运维管理 3

7 图 4 新一代广域网示意图 1.5 采用 SDN 思想构建新一代广域网随着 SDN 的发展, 已经由最初的以 OpenFlow 为代表的狭义 SDN 演变为以软件定义网络为核心广义 SDN, 现在 SDN 更多代表构建网络的一种架构一种思想, 其本质和目标主要包含以下几点 : 软件定义网络 : 就是用软件定义的思想来设计新的网络架构, 让网络能够主动适应用户业务和流量变化, 而不是被动的承载流量应用驱动网络 : 以应用为源头, 用自动化的方式驱动网络进行动态调整, 快速满足实际的业务需求软件简化运维 : 通过软件应用参与网络的整个生命周期, 实现自动化的业务部署可视的网络呈现灵活的流量调度, 最终简化网络的管理运维为了达到 SDN 思想所定义的目标, 需要通过一些技术手段来实现, 现在普遍采用的手段包括转控分离控制集中化以及开放接口等, 这些手段不仅仅适用于构建数据中心网络, 也同样能够实现新一代的广域网 1. 转控分离重构网络架构, 简化设备和部署, 降低 CAPEX( 资本性支出 ) 和 OPEX( 运营成本 ) 增加网络扩展性, 提高网络性能和可靠性 2. 控制集中化整合网络资源, 加快业务部署, 促进网络从功能向服务转型, 产生增值全局控制和调度, 优化流量分布, 保障业务质量, 提高网络利用率 3. 开放接口差异化定制网络, 促进 IT 和 CT 融合, 快速适应业务需求, 带来新的增值开发丰富的 APP, 实现网络自动化可视化, 简化运维 1.6 H3C 新一代广域网 ADWAN 方案 H3C 凭借长期在广域网领域的技术积累和丰富经验, 深入调研用户实际应用中存在的痛点和需求, 采用 SDN 思想及其相关技术开发了新一代广域网整体解决方案, 这个方案帮助用户构建了一个架 4

构开放灵活编程易于运维的广域网, 来承载日益丰富的应用流量, 最终实现应用按需驱动网络网络动态适应应用, 我们把这样一个新一代的广域网称为应用驱动的广域网, 即 ADWAN (Application-driven Wide Area Network) 2 ADWAN 解决方案介绍 2.

也支持通过 SDN 架构下的 BGP-LS BGP Flowspec PCEP OpenFlow 等协议与控制器进行通信同时在转发层面进行优化, 支持 Segment Routing OpenFlow 硬件转发, 提供高性能的转发平面控制器 +APP 层 : 整个方案基于开源的 ODL 平台, 支撑各种 APP 集成 ; 根据广域网不同的场景, 比如

8 构开放灵活编程易于运维的广域网, 来承载日益丰富的应用流量, 最终实现应用按需驱动网络网络动态适应应用, 我们把这样一个新一代的广域网称为应用驱动的广域网, 即 ADWAN (Application-driven Wide Area Network) 2 ADWAN 解决方案介绍 2.1 方案架构图 5 ADWAN 方案架构如上图所示,ADWAN 方案和其他场景下的 SDN 网络架构一样, 也是一个分层开放灵活的网络架构, 如下图所示, 整个 ADWAN 方案分为网络设备控制器 +APP 管理编排三个层次: 网络设备层 : 网络设备接受 ADWAN 控制器的控制和管理, 除了传统的 SNMP NETCONF 命令行等方式外, 也支持通过 SDN 架构下的 BGP-LS BGP Flowspec PCEP OpenFlow 等协议与控制器进行通信同时在转发层面进行优化, 支持 Segment Routing OpenFlow 硬件转发, 提供高性能的转发平面控制器 +APP 层 : 整个方案基于开源的 ODL 平台, 支撑各种 APP 集成 ; 根据广域网不同的场景, 比如 DCI 网络纵向网络等, 开发定制化场景化的 APP, 满足用户在不同场景下的网络需求 ; 南向通过标准南向接口协议和设备互通 ; 北向面向用户提供定制化的 API 接口, 实现和编排系统集成, 满足用户差异化的业务需求管理编排层 : 通过调用 APP 提供的 API 接口, 实现业务应用组定义 ( 五元组 VPN 等 ) 和业务的策略定义和管理编排全网的实时监控可视化呈现及故障排查等, 进而增强网络的可视化, 简化网络的运维管理 5

9 2.2 方案特点 H3C ADWAN 解决方案, 基于全局视角, 通过统一整合全网资源多维观测网络状态智能分析运行数据, 使整个网络实现多层次全方位的可视化, 并根据用户策略和应用需求进行集中控制全局调度及实时调优, 实现应用驱动的广域网服务, 其主要特点如下 : 全开放 : 首先是架构开放, 网络的各个层次不同组件是解耦的, 网络易扩展, 也可兼容多个厂商的设备 ; 其次是接口开放, 网络各组件之间通过开放标准的接口进行通信, 从设备到控制器提供多层次的 API 接口, 赋予网络灵活的可编程可定义能力, 使网络可以更好的承载应用场景化 : 基于场景化的开发思路, 提供面向业务的可定制 APP 应用, 满足不同场景用户需求全流程 : 全流程重构广域网, 整网视角管理和控制网络, 简化运维管理端到端 : 业务驱动网络, 基于业务应用的不同需求动态部署安全 WAN 优化 CDN 缓存等, 提供端到端的网络服务可迁移 : 兼容传统网络, 支持平滑迁移到 SDN 方案 2.3 应用场景 ADWAN 方案基于场景化的思路, 针对性的开发了不同的 APP 应用, 用于满足运营商企业 / 行业及互联网等不同类型用户的需求运营商网络的应用场景表 1 ADWAN 方案在运营商网络的典型应用场景应用场景运营商骨干网城域网专线 IP RAN 场景描述 Full-Mesh 网络, 拓扑结构复杂通过 VPN 优先级等实现业务区分和隔离覆盖接入和汇聚网络, 设备以交换机为主用户以 QinQ 来区分和隔离, 需要二层专线打通用户和数据中心网络分基站接入城域汇聚 / 核心层, 接入采用二层增强以太网或与三层 IP/MPLS 相结合的技术, 一般为交换机或路由器 ; 汇聚 / 核心采用 IP/MPLS 技术, 通常为路由器设备关键需求优化网流量分布, 挖掘带宽资源简化网络结构, 增强扩展性和灵活性业务部署自动化, 简化运维管理提高业务部署和调整能力, 增加收入自动化部署和运维, 为专线用户提供差异化服务质量流量灵活调度, 保障业务 SLA 增强网络可视化, 简化运维 6

10 2.3.2 企业网 / 行业网的应用场景表 2 ADWAN 方案在企业网 / 行业网的典型应用场景应用场景行业骨干网行业纵向网分支接入网场景描述 Full-Mesh 网络, 多划分不同平面, 平面之间互为备份树形多级纵向网络, 节点为双设备双链路冗余, 可能和上级网络跨域对接 Hub-Spoke 两级网络, 多链路接入, 分支数量多位置分散有纵向流量和横向流量, 通过 VPN 优先级等实现业务区分和隔离以纵向流量为主, 通过 VPN 实现业务区分和隔离以纵向流量为主, 通过 ACL DPI 等实现业务区分和识别关键需求优化骨干网流量分布, 提高链路利用率基于灵活策略的业务流量选路控制部署自动化, 网络可视化, 简化运维管理提高网络可靠性, 保障关键业务服务质量提高网络可靠性, 保障关键业务服务质量 DPI 识别, 灵活选路, 提高带宽利用率简化网络运维管理, 降低 IT 成本提供开放接口, 促进 CT 和 IT 融合用户接入认证, 上网行为管理和审计互联网的应用场景表 3 ADWAN 方案在互联网的典型应用场景应用场景 DCI 网络 DC 出口网络 DC 城域网场景描述 DCI 节点部署在区域边界, 是由多台设备形成的集群, 设备类型可以是路由器或交换机 DCI 节点之间通过专线互联,MPLS 或 IP 网络, 主要承载各地域之间的流量 DCI 节点和本区域内的 IDC 之间通过 MAN 互联部署在 IDC 出口, 是由多台设备形成的集群, 设备类型一般是路由器有外网和内网出口, 外网出口连接不同的 ISP, 承载 DC 公网流量 ; 内网出口连接 DCI 网络, 承载本 DC 需要绕行异地 DC 公网出口的公网流量部署在区域内部, 由多个 MAN 节点组成, 每个节点由多台设备集群, 设备类型一般是交换机 MAN 节点之间通过专线互联, 承载本区域内 IDC 之间的流量 MAN 节点通过专线连到 DCI 节点上, 承载 IDC 到异地的流量关键需求全网路径优化和流量调度, 均衡流量分布, 提高专线利用率, 降低线路成本按 DSCP 区分用户和业务, 提供差异化的 SLA 收集并管理全网出口路由器的的路由基于链路质量实时流量等进行选路 ( 本地 ISP 或通过 DCI 异地绕行 ), 转化为 BGP 路由, 下发给设备, 指导流量转发全网路径优化和流量调度, 均衡分担节点流量, 提高专线利用率, 降低线路成本节点流量优先直连链路, 次选绕行链路 3 构建 ADWAN 方案的关键技术 ADWAN 方案的目标是实现应用驱动的广域网服务本节详细介绍构建 ADWAN 方案的关键技术, 其中既有核心的指导思想, 也有关键的运行平台, 还有重要的南北向接口协议, 实际上, 这些都是为整个 ADWAN 控制器服务的, 最终目标是为了使 ADWAN 控制器更加开放灵活易用可靠, 7

11 同时又能够兼容传统网络, 使用户的网络能够平滑迁移到 SDN 架构上, 从而快速满足用户不断变化的应用需求 3.1 SDN ADWAN 的核心思想 SDN(Software Defined Network, 软件定义网络 ) 作为目前最热门的思想和技术, 已经在数据中心园区网等领域得到广泛应用和规模部署, 使网络具备灵活编程动态感知及自动编排等能力, 从而快速满足不断变化的应用需求广域网虽然和数据中心等网络有很多不同, 但在满足用户应用需求上是一样的, 因此, 将 SDN 引入到广域网领域中已经成为业界的普遍共识, 那么以 SDN 为指导思想来构建我们的 ADWAN 方案也成了一个必然选择 3.2 ODL ADWAN 的支撑平台 ODL 介绍 ODL(OpenDaylight) 是 Linux 基金会旗下的一个开源控制器合作项目, 致力于制定一个共同开放的 SDN 平台为开发者使用, 促进和建立商业产品和技术的发展, 加速 SDN 产业的创新目前已经有包括 AT&T NEC Intel Cisco HP H3C 华为等众多设备商和运营商积极参入其中, 每个成员可使用 ODL 提供的插件产品和服务, 为用户带来附加价值 ODL 项目于 2013 年 2 月启动,2014 年 2 月发布第一个正式版本, 每隔 8 个月发布一个正式版本, 截止目前为止已发布了氢 (Hy) 氦(He) 锂(Li) 铍(Be) 硼(Boron) 碳(Carbon) 六个正式版本, 能够为服务提供商和企业提供自动化服务交付网络资源优化云计算 NFV 以及区域网络的自动化可见性和可控制相关的解决方案 ODL 作为业界领先的参与度最广的开源 SDN 控制器平台, 已经在数据中心网络广泛应用, 现在已逐步向广域网领域延伸和普及,H3C 作为业界领先的新 IT 网络提供商, 率先将 ODL 引入到广域网解决方案中, 作为 ADWAN 方案的控制器平台, 充分利用和发挥开源的优势和力量, 以开源开放的 APP 开发模式, 满足用户不同场景下的应用需求 ODL 控制器架构图 6 ODL 控制器架构 8

12 如上图所示,ODL 控制器基本组件如下 : 服务抽象层 (SAL): 控制器的内核, 对外提供 SAL-API,ODL 主要采用 MD-SAL(Model Driven SAL, 模型驱动的服务抽象层 ) 抽象层接口 (SAL-API):SAL 对外提供的接口插件 (Plugin): 在 SAL 上进行开发, 实现某些功能, 运行在 SAL 外, 控制器内部, 根据其数据传递方向可分为北向插件, 南向插件, 以及内部插件 SAL 服务 (SAL-Service): 常驻于 ODL 上的服务, 相当于特殊的插件, 提供基础服务, 插件和应用调用它们北向接口 (NB API): ODL 为上层应用提供的 API, 一部分可以直接访问 SAL, 另一部分是插件提供的, 通过 YANG 生成应用 (Application): 实现某些完整功能, 运行在控制器之上, 应用可能会调用插件, 也可能直接调用抽象层服务组件 (Component): 组件是 ODL 开发的模块, 它可能是插件, 可能是应用, 也可能是二者的组合 ODL 架构很好的支撑 ADWAN APP 开发 ODL 采用层次化模块化可插拔的控制器架构, 可以部署在任何支持 Java 的平台之上, 很好的支撑了 ADWAN APP 应用的开发采用 OSGi 体系结构, 可对功能进行隔离, 可以实现 APP 的动态加载和卸载, 解决了可扩展热部署等问题, 实现了一个优雅完整和动态的组件模型,APP 无需重新引导可以动态地被远程安装启动升级和卸载, 给使用者提供了方便整个架构中引入了 SAL 服务抽象层, 使得北向 RESTful API 和南向接口之间的调用相互隔离, APP 应用开发者可以不用关注设备细节, 直接调用 RESTful API 接口就可以使用网络服务 ; 支持各种南向接口协议, 包括 NETCONF OpenFlow 等, 既可以和 SDN 设备进行通信, 又可以很好的兼容传统网络设备基于模型驱动 (MD-SAL) 的开发模式, 使用 YANG 工具建模, 直接生成业务骨架, 使开发者真正专注于具体业务 3.3 Segment Routing ADWAN 的控制平面协议 MPLS(Multiprotocol Label Switching, 多协议标签交换 ) 是目前应用比较广泛的一种骨干网技术, 它在无连接的 IP 网络上引入面向连接的标签交换概念, 将第三层路由技术和第二层交换技术相结合, 充分发挥了 IP 路由的灵活性和二层交换的简洁性因此, 很多运营商和企业都采用了 MPLS 技术建设自己的网络, 实现跨地域安全可靠可管理的网络服务但是,MPLS 网络的部署和管理都非常复杂, 对运维人员要求很高, 限制了它的应用范围另外, MPLS 是基于目的的转发, 不能很好地满足源端的需求, 不能动态实现源端特定应用对于带宽和延迟的需求, 无法基于业务对流量进行精细化调优因此, 出现了一种新的协议 Segment Routing, 它是对现有 MPLS 技术的高效简化, 同时复用 MPLS 已有的转发机制, 能很好的兼容目前的 MPLS 网络, 并帮助现有 MPLS 网络向 SDN 的平滑演进 9

13 3.3.1 Segment Routing 的基本概念 Segment Routing 由 IETF SPRING 工作组负责制定的标准协议, 同时有多个工作组 ( 如 :OSPF ISIS PCEP 等 ) 也在定义对 Segment Routing 的扩展 Segment Routing 是一种 Source Routing 协议, 由源节点来选择路径, 并将路径转换成一个有序的 segment 列表封装到报文头中, 设备只需要根据报文头中的路径信息进行转发 Segment 表示任意类型指导报文转发的指令, 例如 Service Context Locator IGP-based forwarding construct BGP-based forwarding construct Local value or Global Index 在 MPLS 网络中,Segment 其实就是标签, 路径就是用一个有序的标签列表来标识, 即标签栈在 Segment Routing 协议中, 定义了 Prefix/Node Segment 和 Adjacency Segment 两类标签 : Prefix/Node Segment: 设备本身分配的标签, 全网唯一设备节点都有自己能够支持的标签范围, 预留一段标签段作为 SR Global Block(SRGB) 通过 IGP 扩展或控制器通告标签时, 通告 SRGB 和段内 index, 全网为设备节点分配一个全局 Index, 每设备上的标签为 SRGB+Index 图 7 Prefix/Node Segment 示意图 Adjacency Segment: 为设备链路分配的标签, 本节点有效不使用 SRGB 标签, 设备节点支持的本地标签范围, 通过 IGP 扩展或控制器通告标签时, 通告标签值, 一个标签值代表一个设备节点上的一条链路 ( 实质就是为每一跳分标签 ) 图 8 Adjacency Segment 示意图 10

3.3.2 Segment Routing 的控制平面我们前面说过,Segment Routing 是对现有 MPLS 的简化和优化, 尤其是控制平面, 只需要支持 IGP 协议, 不再需要部署 LDP 或 RSVP-TE 协议, 具体表现在以下几个方面 : 标签的分配和分发 : 传统的 MPLS 网络需要 LDP 等协议同步和分发各个节点的标签信息, Segment Routing 不再需要

条目数为 N( 节点标签数量, 一般为全网节点数量 )+A( 邻接标签数据, 一般为设备接口数量 ) 路径的标识和建立 : 在 MPLS 网络中, 一个报文经过的路径为 LSP(Label Switched Path, 标签交换路径 ), 通过手工指定或使用 LDP RSVP-TE 协议动态建立在 Segment Routing 协议中, 路径是由一个有序的 segment 列表 ( 标签栈

14 3.3.2 Segment Routing 的控制平面我们前面说过,Segment Routing 是对现有 MPLS 的简化和优化, 尤其是控制平面, 只需要支持 IGP 协议, 不再需要部署 LDP 或 RSVP-TE 协议, 具体表现在以下几个方面 : 标签的分配和分发 : 传统的 MPLS 网络需要 LDP 等协议同步和分发各个节点的标签信息, Segment Routing 不再需要 LDP 协议, 只需要通过 IGP 协议 (ISIS 或 OSPF) 的 SR 扩展来同步, 或者由控制器统一进行分配和下发, 大大简化了设备运行的协议数量标签转发表的建立 : 传统 MPLS 需要通过 LDP 协议分发标签后形成标签转发表, 而且标签转发表的规模非常大, 而 Segment Routing 只需要 IGP 协议就可以完成标签转发表的建立, 并且非常容易扩展, 规模也很小, 条目数为 N( 节点标签数量, 一般为全网节点数量 )+A( 邻接标签数据, 一般为设备接口数量 ) 路径的标识和建立 : 在 MPLS 网络中, 一个报文经过的路径为 LSP(Label Switched Path, 标签交换路径 ), 通过手工指定或使用 LDP RSVP-TE 协议动态建立在 Segment Routing 协议中, 路径是由一个有序的 segment 列表 ( 标签栈 ) 来表示, 且被封装在报文头中进行转发, 因此,Segment Routing 路径不再依赖于逐跳的信令协议 (LDP 或 RSVP-TE) 来建立, 而是直接由报文源节点或者控制器指定一个标签栈即可, 中间的转发设备只需按标签栈的信息进行转发, 非常简单 Segment Routing 的转发平面如下图所示, 由 6 台路由器组成的一个网络, 通过 IGP-SR 扩展协议或控制器给设备分配 Node 标签 ( 蓝色标识 ) 和 Adjacency 标签 ( 橙色标识 ), 设备基于分配的标签形成标签转发表图 9 Segment Routing 标签转发表示意图假设一个报文要从 R1 到 R4, 控制器计算完路径后是 R1->R3->R5->R4( 组合路径 ), 即 R1 到 R3 可以按照最短路径进行转发,R3 到 R4 必须经过 R5, 那么控制器对 R1 到 R3 使用 Node 标签,R3 到 R4 使用 Adjacency 标签, 将路径转化为 SR 标签栈就是 {3, 305, 504}, 并下发到路径头节点设备 11

15 R1,R1 将标签栈封装到报文头中, 路径上的转发设备 R1 R2 R3,R4 R5 根据标签转发表进行转发即可, 详细过程如下图所示图 10 Segment Routing 报文转发表示意图 Segment Routing 的优势 Segment Routing 是对现有 MPLS 技术的高效简化, 同时又充分发挥了 MPLS 的转发机制, 因此, 它的很多优势为新一代广域网提供了更好的基础支撑融合了设备自主转发和集中编程控制的优势简化设备控制平面, 减少路由协议数量, 简化运维管理, 降低运营成本标签转发表简单, 容易扩展, 规模也很小, 一台设备上维护的转发表数为 N( 节点标签数量, 一般为全网节点数量 )+A( 邻接标签数据, 一般为设备接口数量 ), 而传统 MPLS 网络则为 N^2 支持集中控制, 实现应用驱动的网络兼容现有设备, 保障网络平滑演进零丢包路径切换支持广泛的部署场景骨干网 DCI 网络 MPLS IPv6 网络传统网络 SDN 网络面向 SDN 的架构设计 3.4 BGP-LS ADWAN 的可视化基础 BGP-LS 协议介绍传统广域网很大的问题就是网络不够透明, 可视化不够, 导致管理人员很难管理整个网络, 出现问题难以定位, 运维压力很大 ADWAN 方案的目标之一就是增强整个网络的可视化, 管理人员可以很方便的看到整个网络的拓扑结构链路状态链路质量及流量路径等, 这其中用到的最基础的就是拓扑收集协议 BGP-LS,BGP-LS 已成为控制器的主流南向接口协议之一, 它是在 BGP 协议的 12

基础上进行扩展, 用来发布网络中设备节点信息链路属性 ( 如 : 带宽开销等 ) 链路状态及拓扑信息等图 11 BGP-LS 的属性扩展 3.4.

收集的信息收集上来, 发送给 ADWAN 控制器, 由 ADWAN 控制器经过分析整合后供流量调度网络可视化等 APP 应用使用图 12 BGP-LS 在 ADWAN 方案中的应用 3.

16 基础上进行扩展, 用来发布网络中设备节点信息链路属性 ( 如 : 带宽开销等 ) 链路状态及拓扑信息等图 11 BGP-LS 的属性扩展 BGP-LS 在 ADWAN 方案中的应用如下图所示,BGP-LS 以 Domain 域为单位, 将 Domain 域内由支持 TE 扩展的 IGP 协议 (OSPF-TE 或 ISIS-TE) 收集的信息收集上来, 发送给 ADWAN 控制器, 由 ADWAN 控制器经过分析整合后供流量调度网络可视化等 APP 应用使用图 12 BGP-LS 在 ADWAN 方案中的应用 3.5 PCEP ADWAN 的路径控制通道 PCEP 协议介绍 PCEP(Path Computation Element Communication Protocol) 是一个用于传递路径信息的标准协议, 最基本的协议有两个 : 13

RFC4655 defined PCE Architecture (2006) 定义了 PCE 的体系架构和基本组件 PCE(Path Computation Element): 一个基于 TEDB(TE Topology Database) 计算带约束路径的软件模块, 也可静态手工指定 PCE 可以是网络中的一台路由器设备, 也可以是网络外的一台服务器 PCC(Path Computation

17 RFC4655 defined PCE Architecture (2006) 定义了 PCE 的体系架构和基本组件 PCE(Path Computation Element): 一个基于 TEDB(TE Topology Database) 计算带约束路径的软件模块, 也可静态手工指定 PCE 可以是网络中的一台路由器设备, 也可以是网络外的一台服务器 PCC(Path Computation Client): 一个软件模块, 向 PCE 发送路径计算请求, 并从 PCE 接收路径计算应答 PCC 通常位于网络中的路由器设备上 RFC5440 defined PCEP (2009) 定义了组件间的通信协议, 即 PCEP PCEP(Path Computation Element Communication Protocol): 通过 PCEP 协议实现 PCC-PCE PCE-PCE 之间的通信, 传递计算请求和计算结果在路径计算时, 可以由 PCC 发起路径申请 ( 被动模式 ), 也可以由 PCE 主动下发路径 ( 主动模式 ) PCEP 在 ADWAN 方案中的应用在 ADWAN 方案中,SDN 控制器通常作为 PCE, 网络设备作为 PCC, 因此,PCEP 已成为控制器主要的南向接口协议之一, 用来传递路径等信息图 13 PCEP 在 ADWAN 方案中的应用在协议定义中,PCE 分为 Stateless PCE( 无状态的 PCE) 和 Stateful PCE( 有状态的 PCE) 两种 : Stateless PCE PCE 是没有记忆的, 不会记录已经计算过的路径信息, 包括路径状态消耗的资源等 PCE 在计算新路径时, 不会考虑网络拓扑带宽资源已存在路径等信息, 只会针对当前路径需求来计算 Stateful PCE 网络拓扑带宽资源路径状态等信息会同步到 PCE 上,PCE 会看到全网信息 14

PCE 在计算新路径时, 除了路径本身的需求, 还会将网络拓扑带宽资源已存在路径等信息作为输入参数一起进行计算图 14 Stateless PCE 和 Stateful PCE 的功能比较从上述描述, 我们可以看到无状态的 PCE 只能实现基本的路径计算, 实际应用效果有限, 因此, 在 ADWAN 方案中, 我们采用的是有状态的 PCE, 以支持更完善的路径计算功能 3.5.

18 PCE 在计算新路径时, 除了路径本身的需求, 还会将网络拓扑带宽资源已存在路径等信息作为输入参数一起进行计算图 14 Stateless PCE 和 Stateful PCE 的功能比较从上述描述, 我们可以看到无状态的 PCE 只能实现基本的路径计算, 实际应用效果有限, 因此, 在 ADWAN 方案中, 我们采用的是有状态的 PCE, 以支持更完善的路径计算功能 PCEP 的发展在 PCEP 最初的定义中, 主要是传递 LSP 路径信息, 随着 Segment Routing 协议的发展,PCEP, 也进行了相应的扩展, 这样, 控制器计算完路径后, 转换成具体 Segment Routing 标签栈, 就可以通过 PCEP 协议下发给设备, 指导设备按标签栈指定的路径进行转发 3.6 RESTful API ADWAN 的北向接口协议 REST&RESTFUL 介绍 REST(Representational State Transfer) 描述了一个架构样式的网络系统 ( 如 Web 应用程序 ), 它首次出现在 2000 年 Roy Fielding(HTTP 规范的主要作者之一 ) 的博士论文中 REST 是一种软件架构的设计风格而不是标准, 它定义了一组约束条件和原则, 满足这些约束条件和原则的应用程序或设计就是 RESTful 图 15 RESTful 的约束条件和原则 15

3.6.2 RESTful 已成为目前主流的应用接口 REST 约束条件作为一个整体应用时, 将生成一个简单可扩展有效安全可靠的架构, 简便轻量级以及通过 HTTP 直接传输数据的特性, 简化了客户端和服务器的实现在目前主流的三种 Web 服务交互方案中,REST 相比于 SOAP(Simple Object Access protocol, 简单对象访问协议 ) 以及

19 3.6.2 RESTful 已成为目前主流的应用接口 REST 约束条件作为一个整体应用时, 将生成一个简单可扩展有效安全可靠的架构, 简便轻量级以及通过 HTTP 直接传输数据的特性, 简化了客户端和服务器的实现在目前主流的三种 Web 服务交互方案中,REST 相比于 SOAP(Simple Object Access protocol, 简单对象访问协议 ) 以及 XML-RPC 更加简单明了, 无论是对 URL 的处理还是对 Payload 的编码, REST 都倾向于用更加简单轻量的方法设计和实现在 REST 定义中, 服务器使用固定唯一的 URI 来标识一个资源 ( 如 : 应用程序对象数据库记录算法文档等 ), 并向客户端公开这样, 对以资源为中心的 Web 应用来说, 就可以用一致的接口 (URI) 将资源对外开放, 并提供对资源的操作服务在 REST 架构中, 通过不同的 HTTP 请求方法 ( 比如 GET PUT POST 和 DELETE), 实现用同一个 URI 对一个资源进行 CRUD( 创建读取更新和删除 ) 操作而要获取同一个资源的不同表现形式的数据 ( 如 : 一张照片, 或者照片的属性 ), 只需要使用不同的 HTTP 请求头信息 ( 如 :Accept 参数 ) 就行了, 这种通过请求头传递不同的状态, 获得不同的数据, 叫做具象状态传输 3.7 NETCONF ADWAN 的南向接口协议 NETCONF 协议介绍随着网络规模的增大复杂性的增加和异构性的增强, 传统的网络管理协议 SNMP 已经不能适应当前复杂网络管理的发展, 特别是不能满足配置管理的需求在这一背景下,IETF 在 2003 年 5 月成立了 NETCONF 工作组, 该工作组主要负责制定基于 XML 的下一代网络配置协议 NETCONF, 该工作组已于 2006 年 12 月通过了 NETCONF 协议的基本标准 RFC 图 16 NETCONF 协议结构和大多数协议一样,NETCONF 协议也采用了分层结构, 如图 16, 包括内容层操作层 RPC 层应用协议层 4 个层次, 每个层分别对协议的某一个方面进行包装, 并向上层提供相关的服务分层结构能让每个层只关注协议的一个方面, 实现起来更加简单, 同时合理的解耦各个层之间的依赖, 可以将各层内部实现机制的变更对其它层的影响降低到最低内容层 : 表示所配置的数据, 与 SNMP 的 MIB 不同,NETCONF 采用了 XML( 可扩展标记语言 ) 作为配置数据和协议消息的编码方式,XML 可以表达复杂的具有内在逻辑关系的模型化的管理对象, 而且由于它是 W3C 提出的国际标准, 因而受到广大软件提供商的支持, 易于进行数据交流和开发操作层 : 定义了一系列在 RPC 中应用的基本操作, 主要包括取值操作配置操作锁操作和会话操作等, 其中 get get-config 用来对设备进行取值操作, 而 edit-config copy-config delete-config 则是用于配置设备参数,lock 和 unlock 则是在对设备进行操作时为防止并发产 16

20 生混乱的锁行为,close-session 和 kill-session 则是相对比较上层的操作, 用于结束一个会话操作 RPC 层 : 提供了一个简单的传输协议无关的机制, 通过使用 <rpc> 和 <rpc- reply> 元素对 NETCONF 协议的客户端和服务器端的请求和响应数据 ( 即操作层和内容层的内容 ) 进行封装, 正常情况下 <rpc- reply> 元素封装客户端所需的数据或配置成功的提示信息, 当客户端请求报文存在错误或服务器端处理不成功时, 服务器端在 <rpc- reply> 元素中会封装一个包含详细错误信息的 <rpc-error> 元素来反馈给客户端应用协议层 :NETCONF 采用了可靠的安全的面向连接的传输协议, 在传输层,NETCONF 制定了 RFC4742 RFC4743 和 RFC4744 分别给出了向传输协议 SSH SOAP 和 BEEP 映射的实现方案, 这些方案通过加密和认证等方法来保证网络连接的安全性 NETCONF 在 ADWAN 方案中的应用 NETCONF 作为目前应用最广泛的一个南向接口协议, 在 ADWAN 方案中承担了一个非常重要的角色, 它可以帮助 ADWAN 控制器实现对设备的信息收集业务配置等管理操作, 借助于 NETCONF 协议良好的扩展性, 不需要漫长繁琐的标准讨论, 可以根据需求灵活定义控制器和设备之间的管理内容, 以对设备实现更丰富的控制, 快速交付满足用户需求的方案 17

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Network Bandwidth Applications MATE Applications Applications On Demand Calendaring Load Balancer Live Archive Design Northbound Service,Netwo Google 2010 10GE 128 Google OpenFlow SDN Google (software-defined network SDN) Internet SDN Google WAN SDN OpenFlow SDN Google (Data-Plane) (Control-Plane) OpenFlow Google 1. 2. 3. Site-to-Site BGP (Traffic