基于策略的隧道選擇在SDN場景中的應(yīng)用

常 杰

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

基于策略的隧道選擇在SDN場景中的應(yīng)用

常 杰

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中根據(jù)不同的策略和業(yè)務(wù)需求，選擇不同的隧道進行流量轉(zhuǎn)發(fā)，是一種能很好地滿足不同等級業(yè)務(wù)和差異化業(yè)務(wù)需求的解決方案。文章分析了根據(jù)不同等級業(yè)務(wù)選擇不同等級隧道的技術(shù)優(yōu)勢，提出了可行的實現(xiàn)架構(gòu)和應(yīng)用流程，并結(jié)合需求給出了幾種典型的應(yīng)用場景和對應(yīng)的實現(xiàn)方案，總結(jié)了該方案的優(yōu)勢。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)；策略；隧道

1 概念及相關(guān)技術(shù)的引入

1.1 軟件定義網(wǎng)絡(luò)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）是一種新型的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，通過將網(wǎng)絡(luò)控制與網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)解耦合構(gòu)建開放可編程的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。SDN需要對網(wǎng)絡(luò)進行抽象以屏蔽底層網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度，為上層提供簡單、高效的配置與管理。SDN旨在實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)互連和網(wǎng)絡(luò)行為的定義和開放式的接口，從而支持未來各種新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)和新型業(yè)務(wù)的創(chuàng)新。

進行SDN改造后，無需對網(wǎng)絡(luò)中每個節(jié)點的路由器仿佛進行配置，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備本身就是自動化連通的。只需要在使用時定義好簡單的網(wǎng)絡(luò)規(guī)則即可。如果你不喜歡路由器自身內(nèi)置的協(xié)議，可以通過編程的方式對其進行修改，以實現(xiàn)更好的數(shù)據(jù)交換性能。

假如網(wǎng)絡(luò)中有多種業(yè)務(wù)，網(wǎng)絡(luò)的總帶寬是一定的，那么如果某個時刻某個業(yè)務(wù)需要更多的帶寬和流量，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中很難處理，在SDN改造后的網(wǎng)絡(luò)中這很容易實現(xiàn)，讓該業(yè)務(wù)的帶寬更大些，甚至關(guān)閉其他業(yè)務(wù)的“管道”，待該業(yè)務(wù)需求減少時再回復(fù)原先的帶寬占比。

1.2 根據(jù)策略選擇隧道

本文是在SDN場景下的一種根據(jù)策略選擇隧道的方案，使得報文能夠比較簡單地實現(xiàn)按照業(yè)務(wù)等級選擇TE隧道，高優(yōu)先級業(yè)務(wù)走高優(yōu)先級隧道，低優(yōu)先級業(yè)務(wù)走低優(yōu)先級隧道；在網(wǎng)絡(luò)帶寬資源不能滿足所有業(yè)務(wù)帶寬保證時，高優(yōu)先級隧道搶占低優(yōu)先級隧道，保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。

在SDN控制器上，配置業(yè)務(wù)的時候指定業(yè)務(wù)的等級，并且下發(fā)一定的配置策略，保證不同等級的業(yè)務(wù)報文能夠區(qū)分開來；控制器下發(fā)的隧道也是有高低優(yōu)先級區(qū)分，保證不同等級的業(yè)務(wù)可以走不同優(yōu)先級的隧道，相同等級的業(yè)務(wù)可以走同一等級的隧道。

在轉(zhuǎn)發(fā)層面，根據(jù)業(yè)務(wù)等級選擇把業(yè)務(wù)報文映射到不同的優(yōu)先級隧道轉(zhuǎn)發(fā)，當(dāng)鏈路帶寬不滿足所有業(yè)務(wù)帶寬時，高優(yōu)先級隧道搶占低優(yōu)先級隧道的帶寬。

基于策略選擇隧道是業(yè)務(wù)應(yīng)用隧道的一種方式，一般情況下，流量是根據(jù)路由選擇隧道，本文提出了基于策略選擇隧道是根據(jù)業(yè)務(wù)的優(yōu)先級來選擇相應(yīng)的隧道，一種高等級業(yè)務(wù)走高優(yōu)先級隧道，低等級業(yè)務(wù)走低優(yōu)先級隧道。在網(wǎng)絡(luò)帶寬資源不能滿足所有業(yè)務(wù)帶寬保證時，高優(yōu)先級隧道搶占低優(yōu)先級隧道，保證高等級業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，這種凡是滿足了不同等級業(yè)務(wù)的需求，在SDN場景中，能夠更好地將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施得到充分利用。

2 根據(jù)策略選擇隧道在SDN中應(yīng)用的流程及優(yōu)勢

本文提出了在SDN控制器中實現(xiàn)根據(jù)測錄選擇隧道，該控制器實現(xiàn)框架包括：業(yè)務(wù)管理組件、隧道管理組件、路徑計算組件、拓撲管理組件等，如圖1所示。

圖1 SDN控制器框架結(jié)構(gòu)

其中：拓撲管理組件，通過SDN控制器與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備運行BGPLS路由協(xié)議，從轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備收集拓撲信息，管理SDN域內(nèi)的拓撲信息，提供算路依據(jù)。

業(yè)務(wù)管理組件，管理業(yè)務(wù)相關(guān)的信息包括業(yè)務(wù)等級、業(yè)務(wù)帶寬、業(yè)務(wù)要求的時延、業(yè)務(wù)經(jīng)過或者排除的路徑信息、業(yè)務(wù)接入點一級業(yè)務(wù)本身的參數(shù)信息等。另外，還負責(zé)下發(fā)一些配置管理信息給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，修改業(yè)務(wù)報文相關(guān)字段，區(qū)分轉(zhuǎn)發(fā)面的業(yè)務(wù)等級。

隧道管理組件，管理隧道相關(guān)的信息包括隧道的頭尾信息，隧道的優(yōu)先級信息，隧道帶寬信息，隧道和業(yè)務(wù)的關(guān)聯(lián)信息，隧道狀態(tài)維護等。另外，還負責(zé)隧道和PCEP相關(guān)接口，保證隧道LSP路徑正常下發(fā)。

路徑計算組件，負責(zé)隧道LSP路徑計算，以及在帶寬不滿足所有隧道的情況下，高優(yōu)先級隧道可以搶占低優(yōu)先級隧道。相應(yīng)拓撲變化，進行LSP重新算路。

包括以下步驟：

（1）完成網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)配置，主要包括給各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和設(shè)備的各個接口規(guī)劃并配置好IP地址，各個設(shè)備之間的正確連線，各個域內(nèi)IGP路由打通，SDN控制器通過BGP-LS收集所管理域內(nèi)的拓撲信息，在控制器上形成拓撲管理信息庫。

（2）在控制器上配置業(yè)務(wù)，指定業(yè)務(wù)的等級，業(yè)務(wù)帶寬，業(yè)務(wù)接入點以及業(yè)務(wù)約束信息等。

（3）控制器的業(yè)務(wù)管理組件根據(jù)業(yè)務(wù)信息，到隧道管理組件請求計算隧道信息，隧道組件記錄業(yè)務(wù)和隧道的關(guān)聯(lián)關(guān)系，計算隧道帶寬信息，請求路徑計算組件計算包含帶寬和路徑約束的可達路徑。

（4）控制器的路徑計算組件根據(jù)控制器收集的拓撲信息和隧道算路的約束信息（例如帶寬，時延，包含節(jié)點和排除節(jié)點等），計算出單個或者多個可達路徑，根據(jù)業(yè)務(wù)需求或者組網(wǎng)場景，如果隧道請求的是單向隧道，計算出一條單向LSP，如果隧道請求的是帶保護的路徑，就計算出一條主LSP，一條備LSP。

（5）業(yè)務(wù)管理組件把業(yè)務(wù)信息，通過Netconf通道下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，隧道管理組件通過PCEP通道，把LSP信息下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

（6）在轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備層面，根據(jù)控制器下發(fā)的管理策略，修改業(yè)務(wù)報文的exp字段，轉(zhuǎn)發(fā)面根據(jù)不同的exp映射到不同的隧道，進行業(yè)務(wù)報文轉(zhuǎn)發(fā)，完成根據(jù)策略選擇隧道轉(zhuǎn)發(fā)的功能。

從以上技術(shù)方案可以看出，本方案使得報文能夠比較簡單地實現(xiàn)按照業(yè)務(wù)等級選擇TE隧道，高優(yōu)先級業(yè)務(wù)走高優(yōu)先級隧道，低優(yōu)先級業(yè)務(wù)走低優(yōu)先級隧道。在網(wǎng)絡(luò)帶寬資源不能滿足所有業(yè)務(wù)帶寬保證時，高優(yōu)先級隧道搶占低優(yōu)先級隧道，保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量。

3 基于策略選擇隧道在SDN中的應(yīng)用場景及方案

在實際業(yè)務(wù)中，業(yè)務(wù)或者網(wǎng)絡(luò)不同的需求，比如不同等級的業(yè)務(wù)可以選擇不同等級的隧道，或者相同等級的業(yè)務(wù)選擇相同等級的隧道，還有一些場景要求，在鏈路帶寬資源不足的時候，要保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)等到優(yōu)先保證等，根據(jù)策略選擇隧道轉(zhuǎn)發(fā)功能與SDN的結(jié)合可以很好地滿足業(yè)務(wù)這些差異化的需求，并能快速設(shè)置及實施部署。

本文將針對上述業(yè)務(wù)需求作為典型場景，采用根據(jù)策略選擇隧道轉(zhuǎn)發(fā)和SDN結(jié)合的方式作為解決方案，以此具體說明基于策略選擇隧道在SDN中的應(yīng)用及具體實現(xiàn)。

3.1 應(yīng)用場景一，不同等級的業(yè)務(wù)走不同優(yōu)先級的TE隧道

應(yīng)用場景一如圖2所示。使用SDN控制器部署SDN網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)拓撲收集，路徑計算，隧道管理，業(yè)務(wù)配置下發(fā)，打通接入環(huán)按照不同業(yè)務(wù)等級選擇不同的優(yōu)先級隧道轉(zhuǎn)發(fā)的流量，實現(xiàn)根據(jù)隧道策略選擇隧道轉(zhuǎn)發(fā)的功能。

首先完成網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)配置，主要包括給各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和設(shè)備的各個接口規(guī)劃并配置好IP地址，各個設(shè)備之間正確連線，各個域內(nèi)IGP路由打通。詳細步驟如下：

（1）SDN控制器通過與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間啟用BGP-LS協(xié)議，收集控制器管理域內(nèi)的拓撲信息。

圖2 SDN業(yè)務(wù)配置示意

（2）在控制器上配置業(yè)務(wù)，指定業(yè)務(wù)的等級，業(yè)務(wù)帶寬，業(yè)務(wù)接入點信息以及約束信息等，根據(jù)策略選擇隧道轉(zhuǎn)發(fā)模型組網(wǎng)圖，在SDN控制器管理域的入口PE分別為PE-1和PE-2，配置3條不同等級的業(yè)務(wù)，等級從高到低分別是金等級業(yè)務(wù)1、銀等級業(yè)務(wù)2、銅等級業(yè)務(wù)3，業(yè)務(wù)的起點都是PE-1，業(yè)務(wù)的落地點都是PE-2，帶寬都是500 M。

（3）SDN控制器的業(yè)務(wù)管理組件根據(jù)業(yè)務(wù)信息，到隧道管理組件請求計算隧道信息，隧道管理組件記錄業(yè)務(wù)和隧道的關(guān)聯(lián)關(guān)系，計算隧道帶寬，創(chuàng)建不同優(yōu)先級的TE隧道，分別為優(yōu)先級為1的TE Tunnel1、優(yōu)先級為2的TE Tunnel2和優(yōu)先級為3的TE Tunnel3，然后請求路徑計算組件計算包含帶寬和路徑約束的LSP轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

（4）控制器的路徑計算組件根據(jù)控制器收集的拓撲信息和隧道算路的約束信息（例如帶寬，包含節(jié)點或者排除節(jié)點等），計算出單個或者多個可達路徑；如圖1，路徑計算模塊會計算出3條LSP，分別為LSP1，LSP2，LSP3分別作為TE Tunnel1，TE Tunnel2，TE Tunnel3的轉(zhuǎn)發(fā)路徑；其中LSP1經(jīng)過的節(jié)點為PE-1—CR-1—PE-2；LSP2經(jīng)過的節(jié)點為PE-1—CR-2—PE-2；LSP3經(jīng)過的節(jié)點為PE-1—CR-3—PE-2。

（5）業(yè)務(wù)管理組件把業(yè)務(wù)信息通過控制器的南向Netconf通道下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，隧道管理組件通過控制器的南向PCEP通道把LSP信息下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

（6）在轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備上，根據(jù)控制器下發(fā)的管理策略，修改業(yè)務(wù)報文的exp字段，設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)面根據(jù)業(yè)務(wù)報文exp值的不同把業(yè)務(wù)流量映射到不同優(yōu)先級的隧道中，進行業(yè)務(wù)報文轉(zhuǎn)發(fā)，完成根據(jù)策略選擇隧道轉(zhuǎn)發(fā)的功能。

3.2 應(yīng)用場景二，相同等級的業(yè)務(wù)走相同優(yōu)先級的TE隧道

（1）SDN控制器通過與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間啟用BGP-LS協(xié)議，收集控制器管理域內(nèi)的拓撲信息。

（2）在控制器上配置業(yè)務(wù)，指定業(yè)務(wù)的等級，業(yè)務(wù)帶寬，業(yè)務(wù)接入點信息以及約束信息等，如圖1，根據(jù)策略選擇隧道轉(zhuǎn)發(fā)模型組網(wǎng)圖，在SDN控制器管理域的入口PE分別為PE-1和PE-2，配置3條相同等級的業(yè)務(wù)，分別是金等級業(yè)務(wù)1、金等級業(yè)務(wù)1、金等級業(yè)務(wù)3，業(yè)務(wù)的起點都是PE-1，業(yè)務(wù)的落地點都是PE-2，帶寬都是500 M。

（3）SDN控制器的業(yè)務(wù)管理組件根據(jù)業(yè)務(wù)信息，到隧道管理組件請求計算隧道信息，隧道管理組件記錄業(yè)務(wù)和隧道的關(guān)聯(lián)關(guān)系，在相同等級的業(yè)務(wù)走相同優(yōu)先級的隧道的規(guī)則下，創(chuàng)建優(yōu)先級為1、帶寬為3個業(yè)務(wù)帶寬之和1500 M的TETunnel1，然后請求路徑計算組件計算滿足該帶寬和路徑約束的LSP轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

（4）控制器的路徑計算組件根據(jù)控制器收集的拓撲信息和隧道算路的約束信息（例如帶寬，包含節(jié)點或者排除節(jié)點等），計算出單個或者多個可達路徑。路徑計算模塊會計算出一條LSP，作為TE Tunnel1轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

（5）業(yè)務(wù)管理組件把業(yè)務(wù)信息通過控制器的南向Netconf通道下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，隧道管理組件通過控制器的南向PCEP通道把LSP信息下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

（6）在轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備上，根據(jù)控制器下發(fā)的管理策略，修改業(yè)務(wù)報文的exp字段，設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)面會把不同的業(yè)務(wù)流量映射到相同優(yōu)先級的隧道中，進行業(yè)務(wù)報文轉(zhuǎn)發(fā)，完成相同等級的業(yè)務(wù)走相同優(yōu)先級的隧道功能。

3.3 應(yīng)用場景三，高優(yōu)先級隧道可以搶占低優(yōu)先級隧道

（1）SDN控制器通過與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間啟用BGP-LS協(xié)議，收集控制器管理域內(nèi)的拓撲信息。

（2）在控制器上配置業(yè)務(wù)，指定業(yè)務(wù)的等級、業(yè)務(wù)帶寬、業(yè)務(wù)接入點信息以及業(yè)務(wù)約束信息等，如圖3組網(wǎng)，在每一段鏈路帶寬都是1G的情況下，SDN控制器配置一條同等級業(yè)務(wù)1，業(yè)務(wù)的起點是設(shè)備B，業(yè)務(wù)的落地點是設(shè)備F，帶寬是700 M。

（3）SDN控制器的業(yè)務(wù)管理組件根據(jù)業(yè)務(wù)信息，到隧道管理組件請求創(chuàng)建隧道，隧道管理組件記錄業(yè)務(wù)和隧道的關(guān)聯(lián)關(guān)系，創(chuàng)建優(yōu)先級為2的TE Tunnel1，帶寬是700 M，然后到路徑計算組件計算滿足帶寬和路徑約束的LSP轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

（4）控制器的路徑計算組件根據(jù)控制器收集的拓撲信息和隧道算路的約束信息（約束信息可以是滿足帶寬、包含節(jié)點或排除節(jié)點等）按照最短路徑原則，路徑計算組件會計算出一條滿足帶寬700 M的LSP信息，詳細的轉(zhuǎn)發(fā)路徑為B—D—F，作為TE Tunnel1的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。

（5）SDN控制器在配置一條金等級業(yè)務(wù)2，業(yè)務(wù)的起點是設(shè)備A，業(yè)務(wù)的落地點是設(shè)備F，帶寬是800M；到隧道管理組件請求創(chuàng)建隧道，隧道管理組件創(chuàng)建優(yōu)先級為1的TE Tunnel2，帶寬800 M，路徑計算模塊會按照最短路徑原則為TE Tunnel2計算一條滿足約束條件的LSP2，詳細轉(zhuǎn)發(fā)路徑為A—B—D—F，由于B—D—F路徑已經(jīng)把LSP1占用了700 M的帶寬，只剩余300 M帶寬可用，不能滿足LSP2的帶寬需求，但是LSP2的優(yōu)先級要比LSP1的優(yōu)先級要高，因此會觸發(fā)LSP的帶寬搶占，LSP2會搶占LSP1的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，LSP1的轉(zhuǎn)發(fā)路徑發(fā)生調(diào)整，經(jīng)過路徑計算模塊重新計算后，LSP1新的轉(zhuǎn)發(fā)路徑為B—C—E—G—F，LSP2的轉(zhuǎn)發(fā)路徑為A—B—D—F，LSP1和LSP2分別作為TE Tunnel1和TE Tunnel2的LSP路徑。

（6）業(yè)務(wù)管理組件把業(yè)務(wù)信息通過控制器的南向Netconf通道下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，隧道管理組件通過控制器的南向PCEP通道把LSP信息下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。

（7）在轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備上，根據(jù)控制器下發(fā)的管理策略，修改業(yè)務(wù)報文的exp字段，設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)面會把不同的業(yè)務(wù)流量映射到不同優(yōu)先級的隧道中，進行業(yè)務(wù)報文轉(zhuǎn)發(fā)，完成不同等級的業(yè)務(wù)走不同優(yōu)先級的隧道功能。

4 結(jié)語

綜上，本文提出的在SDN場景中根據(jù)策略選擇隧道轉(zhuǎn)發(fā)的方案，使得報文能夠比較簡單地實現(xiàn)按照業(yè)務(wù)等級選擇TE隧道，高優(yōu)先級業(yè)務(wù)走高優(yōu)先級隧道，低優(yōu)先級業(yè)務(wù)走低優(yōu)先級隧道，在網(wǎng)絡(luò)帶寬資源不能滿足所有業(yè)務(wù)帶寬需求是，高優(yōu)先級隧道可以搶占低優(yōu)先級隧道，優(yōu)先保證高優(yōu)先級業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，對業(yè)務(wù)實現(xiàn)分類管理。在SDN場景中實現(xiàn)該方案，滿足了不同等級業(yè)務(wù)的需求，可以快速實現(xiàn)業(yè)務(wù)部署，能夠更好地將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施等到充分利用，從而有效應(yīng)對互聯(lián)網(wǎng)時代各種創(chuàng)新業(yè)務(wù)、差異化需求帶來的挑戰(zhàn)。

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Application of tunnel selection in SDN scene based on strategies

Chang Jie
（Nanjing Howso Technology Co., Ltd., Nanjing 210012, China）

According to different strategies and business needs, choosing a different tunnel traf fi c to forward in software de fi ned network is a good solution to meet different grades and different business needs. This paper analyzes the advantages of technology according to the different levels of business choice of different grades of tunnel, puts forward the architecture and application process is feasible, and combined with needs putting forward several typical application scenarios and corresponding implementation schemes, the advantages of the scheme are summarized.

software de fi ned network; strategies; tunnel

常杰（1983— ），男，江蘇南京。