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[導(dǎo)讀]   軟件定義也就是sdn技術(shù),把控制層面和數(shù)據(jù)平面分離。意思是網(wǎng)絡(luò)管理者不直接操作底層的設(shè)備了,而是通過編程的方式,讓一個叫控制器的程序去操作交換機等設(shè)備。   這樣做的好處就是,可以極

  軟件定義也就是sdn技術(shù),把控制層面和數(shù)據(jù)平面分離。意思是網(wǎng)絡(luò)管理者不直接操作底層的設(shè)備了,而是通過編程的方式,讓一個叫控制器的程序去操作交換機等設(shè)備。

  這樣做的好處就是,可以極大地增強控制層的靈活性。比如原來,網(wǎng)絡(luò)管理員要為一個路由器配置防火墻,那么就得登上這個設(shè)備來設(shè)置一些規(guī)則,而這些規(guī)則一般是一段時間保持不變的,改起來也很麻煩,因為每個設(shè)備的指令都不同。但是借助sdn之后,你就可以直接在控制層面操作這些設(shè)備,設(shè)計隨便任何各種轉(zhuǎn)發(fā)和路由的規(guī)則,設(shè)計新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議,提供各種各樣的服務(wù),實現(xiàn)很多的安全方案等等。

  傳統(tǒng)IP分組交換網(wǎng)使用域內(nèi)路由協(xié)議(Interior Gateway Protocol,IGP)和域間路由協(xié)議(Border Gateway Protocol,BGP)實現(xiàn)了完美的互聯(lián),構(gòu)建了全球范圍內(nèi)的大規(guī)模Internet。但是,隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展,新業(yè)務(wù)層出不窮,業(yè)務(wù)需求也千變?nèi)f化,傳統(tǒng)分布式的網(wǎng)絡(luò)已不堪重負。同時,由于控制平面與數(shù)據(jù)平面集于一身的特征,傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)也面臨網(wǎng)絡(luò)擁塞、設(shè)備復(fù)雜、運維困難、新業(yè)務(wù)部署慢等諸多問題。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Networking,SDN)打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的垂直集成,通過控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的方式實現(xiàn)了控制邏輯集中、開放網(wǎng)絡(luò)編程接口的特點,為網(wǎng)絡(luò)注入了新的活力,使得網(wǎng)管可以對網(wǎng)絡(luò)進行靈活地配置與重配置。

  SDN的可編程性和開放性也為光網(wǎng)絡(luò)的革新提供了新的機會。光網(wǎng)絡(luò)在經(jīng)歷了時分復(fù)用(TIme Division MulTIplexing,TDM)、波分復(fù)用(Wavelength Division MulTIplexing,WDM)之后也趨于走向未來的基于正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division MulTIplexing ,OFDM)的靈活的彈性光網(wǎng)絡(luò)(Elastic Optical Networks,EONs)。然而,EONs繼續(xù)為網(wǎng)絡(luò)用戶提供大容量傳輸?shù)耐瑫r,也對光網(wǎng)絡(luò)的靈活管控提出了新的挑戰(zhàn)。因此,SDN和EONs的結(jié)合(SD-EONs,架構(gòu)如下圖所示)會是未來光控制平面的有力解決方案之一,本文將從軟件定義光網(wǎng)絡(luò)中的故障恢復(fù)和資源分配兩個方面做簡短的介紹。

 

  圖(a)SD-EONs網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);(b)BV-WSS結(jié)構(gòu);(c)OF-AG結(jié)構(gòu);(d)ER結(jié)構(gòu);(e)光流表

  一、故障恢復(fù)

  任何網(wǎng)絡(luò)都應(yīng)該具有故障的容忍能力,當然光網(wǎng)絡(luò)也不例外,恢復(fù)力也是光網(wǎng)絡(luò)中最渴望的屬性之一。在SD-EONs中,恢復(fù)力通??梢苑譃楸Wo策略和恢復(fù)策略。保護是一種先驗式的策略,而恢復(fù)是一種反應(yīng)式的策略。保護策略是預(yù)先規(guī)劃的,無論網(wǎng)絡(luò)故障是否發(fā)生,它們總是一直存在著。文獻1中提供了一種環(huán)網(wǎng)的保護策略,利用流表的優(yōu)先級來預(yù)先下發(fā)高優(yōu)先級的工作流表和低優(yōu)先級的保護流表。網(wǎng)絡(luò)正常工作時使用高優(yōu)先級的流表,一旦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障立即切換到低優(yōu)先級的流表來恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)的通信。保護策略的好處就是故障恢復(fù)的時間非常短,因為整個過程不需要額外的信息交互。缺點就是保護路徑再次發(fā)生故障時無法恢復(fù)通信,此外對于大規(guī)模復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計完善的保護算法的難度也非常大?;謴?fù)策略需要設(shè)計感知故障的方法,同時也要設(shè)計用于故障恢復(fù)的算法。文獻2中利用探測包的方式動態(tài)地監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài),一旦節(jié)點或鏈路發(fā)生故障,光代理模塊會將故障信息反饋給控制器,控制器中的故障恢復(fù)應(yīng)用運行動態(tài)的路由算法DAPSP(Dynamic All Pairs Shortest Paths)通過重路由的方式來恢復(fù)通信。當然,在軟件定義的光網(wǎng)絡(luò)中,控制器的故障也不容忽視,因為一旦控制器發(fā)生故障很可能會導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。文獻3設(shè)計了一種主從控制器的方案來加強控制平面的魯棒性。主從控制器之間周期性的同步網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)信息。在正常工作狀態(tài)下,使用主控制器來管控網(wǎng)絡(luò),一旦主控制器發(fā)生故障,從控制器立即接管網(wǎng)絡(luò)的控制與管理。

  二、資源分配

  EONs利用光正交頻分復(fù)用(Optical Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OOFDM)技術(shù)可以根據(jù)不同帶寬的業(yè)務(wù)請求按需動態(tài)的分配頻譜資源,并將頻譜資源分成許多細粒度的頻隙,同時還可以根據(jù)請求的需要把頻隙進行拆分與聚合,這樣就能夠節(jié)約頻譜資源,從而提高頻譜資源的利用率。EONs最明顯的特征就是彈性可變,多調(diào)制模式類型的轉(zhuǎn)發(fā)器能夠根據(jù)業(yè)務(wù)類型自主地選擇最佳的調(diào)制等級。在SD-EONs中設(shè)計路由與頻譜分配算法應(yīng)該注意頻譜連續(xù)性、頻譜一致性和頻譜沖突性三個約束。頻譜連續(xù)性:是指為每個業(yè)務(wù)分配的頻譜槽必須是連續(xù)的,中間沒有間隔;頻譜一致性:是指對于一個業(yè)務(wù)來說,在光路徑經(jīng)過的光鏈路上,應(yīng)采用相同序號的光譜資源;頻譜沖突性:是指不同業(yè)務(wù)之間需要一定的保護帶寬,用以保證每條業(yè)務(wù)連接請求所占用的頻譜間隙不重疊,確保信號在傳輸、處理過程中不會相互干擾。文獻4設(shè)計了一個基于頻譜效率與連通度(Spectral Efficiency and Connectivity,SEC)的路由調(diào)制等級和光譜分配(Routing, Modulation Level and Spectrum Allocation,RMLSA)的算法SEC-RMLSA來提升SD-EONs的業(yè)務(wù)承載能力。

  光流表

  在光設(shè)備中,數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)該按照光流表來進行操作。一個簡單的光流表由輸入端口(In Port)、輸出端口(Out Port)、中心頻率(Central Frequency,CF)、頻譜槽寬度(Slot Width,SW)和調(diào)制格式(Modulation Format,MF)組成。在這里介紹一種基于Flow_Mod消息擴展光流表的簡單方法。

  小提示:

  ?。捍蠖舜鎯?C:char,字符型;B:一個字節(jié)長度,無符號字符型;I:4個字節(jié)長度,int型;H:兩個字節(jié)長度;Q:八個字節(jié)長度;x:padding;3x:3個字節(jié)的padding;5s:5個字節(jié)的字符串。在光設(shè)備中,數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)應(yīng)該按照光流表來進行操作。一個簡單的光流表由輸入端口(In Port)、輸出端口(Out Port)、中心頻率(Central Frequency,CF)、頻譜槽寬度(Slot Width,SW)和調(diào)制格式(Modulation Format,MF)組成。在這里介紹一種基于Flow_Mod消息擴展光流表的簡單方法。

  步驟1

  目錄:ryu/ryu/ofproto/ofproto_v1_3.py

  

  首先,先需要把ofp_action_output中的協(xié)議格式重新定義,即將原來末尾的6x填充域重定義為3個HHH的格式,分別用于存儲中心頻率、頻譜槽寬度和調(diào)制格式。

  步驟2

  目錄:ryu/ryu/ofproto/ofproto_v1_3_parser.py

  

  接著,在解析和序列化函數(shù)中分別添加中心頻率、頻譜槽寬度、調(diào)制格式3個變量。

  步驟3

  目錄:在你所開發(fā)的應(yīng)用中。

  

  

  最后,將擬設(shè)計算法輸出的3個參數(shù)加載到action中的末尾。以及將封裝好的Flow_Mod消息發(fā)送給光代理。如圖所示的結(jié)果,利用Wireshark抓到的Flow_Mod消息。

  

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