基于策略的隧道選擇在SDN場景中的應用

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場景中的應用

常 杰

（南京華蘇科技有限公司，江蘇 南京 210012）

在軟件定義網絡中根據不同的策略和業務需求，選擇不同的隧道進行流量轉發，是一種能很好地滿足不同等級業務和差異化業務需求的解決方案。文章分析了根據不同等級業務選擇不同等級隧道的技術優勢，提出了可行的實現架構和應用流程，并結合需求給出了幾種典型的應用場景和對應的實現方案，總結了該方案的優勢。

軟件定義網絡；策略；隧道

1 概念及相關技術的引入

1.1 軟件定義網絡

軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）是一種新型的網絡體系結構，通過將網絡控制與網絡轉發解耦合構建開放可編程的網絡體系結構。SDN需要對網絡進行抽象以屏蔽底層網絡復雜度，為上層提供簡單、高效的配置與管理。SDN旨在實現網絡互連和網絡行為的定義和開放式的接口，從而支持未來各種新型網絡體系結構和新型業務的創新。

進行SDN改造后，無需對網絡中每個節點的路由器仿佛進行配置，網絡中的設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絡規則即可。如果你不喜歡路由器自身內置的協議，可以通過編程的方式對其進行修改，以實現更好的數據交換性能。

假如網絡中有多種業務，網絡的總帶寬是一定的，那么如果某個時刻某個業務需要更多的帶寬和流量，在傳統網絡中很難處理，在SDN改造后的網絡中這很容易實現，讓該業務的帶寬更大些，甚至關閉其他業務的“管道”，待該業務需求減少時再回復原先的帶寬占比。

1.2 根據策略選擇隧道

本文是在SDN場景下的一種根據策略選擇隧道的方案，使得報文能夠比較簡單地實現按照業務等級選擇TE隧道，高優先級業務走高優先級隧道，低優先級業務走低優先級隧道；在網絡帶寬資源不能滿足所有業務帶寬保證時，高優先級隧道搶占低優先級隧道，保證高優先級業務服務質量。

在SDN控制器上，配置業務的時候指定業務的等級，并且下發一定的配置策略，保證不同等級的業務報文能夠區分開來；控制器下發的隧道也是有高低優先級區分，保證不同等級的業務可以走不同優先級的隧道，相同等級的業務可以走同一等級的隧道。

在轉發層面，根據業務等級選擇把業務報文映射到不同的優先級隧道轉發，當鏈路帶寬不滿足所有業務帶寬時，高優先級隧道搶占低優先級隧道的帶寬。

基于策略選擇隧道是業務應用隧道的一種方式，一般情況下，流量是根據路由選擇隧道，本文提出了基于策略選擇隧道是根據業務的優先級來選擇相應的隧道，一種高等級業務走高優先級隧道，低等級業務走低優先級隧道。在網絡帶寬資源不能滿足所有業務帶寬保證時，高優先級隧道搶占低優先級隧道，保證高等級業務的服務質量，這種凡是滿足了不同等級業務的需求，在SDN場景中，能夠更好地將網絡基礎設施得到充分利用。

2 根據策略選擇隧道在SDN中應用的流程及優勢

本文提出了在SDN控制器中實現根據測錄選擇隧道，該控制器實現框架包括：業務管理組件、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控制器框架結構

其中：拓撲管理組件，通過SDN控制器與轉發設備運行BGPLS路由協議，從轉發設備收集拓撲信息，管理SDN域內的拓撲信息，提供算路依據。

業務管理組件，管理業務相關的信息包括業務等級、業務帶寬、業務要求的時延、業務經過或者排除的路徑信息、業務接入點一級業務本身的參數信息等。另外，還負責下發一些配置管理信息給轉發設備，修改業務報文相關字段，區分轉發面的業務等級。

隧道管理組件，管理隧道相關的信息包括隧道的頭尾信息，隧道的優先級信息，隧道帶寬信息，隧道和業務的關聯信息，隧道狀態維護等。另外，還負責隧道和PCEP相關接口，保證隧道LSP路徑正常下發。

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

包括以下步驟：

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

（2）在控制器上配置業務，指定業務的等級，業務帶寬，業務接入點以及業務約束信息等。

（3）控制器的業務管理組件根據業務信息，到隧道管理組件請求計算隧道信息，隧道組件記錄業務和隧道的關聯關系，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，包含節點和排除節點等），計算出單個或者多個可達路徑，根據業務需求或者組網場景，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）業務管理組件把業務信息，通過Netconf通道下發給轉發設備，隧道管理組件通過PCEP通道，把LSP信息下發給轉發設備。

（6）在轉發設備層面，根據控制器下發的管理策略，修改業務報文的exp字段，轉發面根據不同的exp映射到不同的隧道，進行業務報文轉發，完成根據策略選擇隧道轉發的功能。

從以上技術方案可以看出，本方案使得報文能夠比較簡單地實現按照業務等級選擇TE隧道，高優先級業務走高優先級隧道，低優先級業務走低優先級隧道。在網絡帶寬資源不能滿足所有業務帶寬保證時，高優先級隧道搶占低優先級隧道，保證高優先級業務服務質量。

3 基于策略選擇隧道在SDN中的應用場景及方案

在實際業務中，業務或者網絡不同的需求，比如不同等級的業務可以選擇不同等級的隧道，或者相同等級的業務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，要保證高優先級業務等到優先保證等，根據策略選擇隧道轉發功能與SDN的結合可以很好地滿足業務這些差異化的需求，并能快速設置及實施部署。

本文將針對上述業務需求作為典型場景，采用根據策略選擇隧道轉發和SDN結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中的應用及具體實現。

3.1 應用場景一，不同等級的業務走不同優先級的TE隧道

應用場景一如圖2所示。使用SDN控制器部署SDN網絡業務，實現拓撲收集，路徑計算，隧道管理，業務配置下發，打通接入環按照不同業務等級選擇不同的優先級隧道轉發的流量，實現根據隧道策略選擇隧道轉發的功能。

首先完成網絡的基礎配置，主要包括給各個網絡設備和設備的各個接口規劃并配置好IP地址，各個設備之間正確連線，各個域內IGP路由打通。詳細步驟如下：

（1）SDN控制器通過與轉發設備之間啟用BGP-LS協議，收集控制器管理域內的拓撲信息。

圖2 SDN業務配置示意

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

（3）SDN控制器的業務管理組件根據業務信息，到隧道管理組件請求計算隧道信息，隧道管理組件記錄業務和隧道的關聯關系，計算隧道帶寬，創建不同優先級的TE隧道，分別為優先級為1的TE Tunnel1、優先級為2的TE Tunnel2和優先級為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轉發路徑。

（4）控制器的路徑計算組件根據控制器收集的拓撲信息和隧道算路的約束信息（例如帶寬，包含節點或者排除節點等），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的轉發路徑；其中LSP1經過的節點為PE-1—CR-1—PE-2；LSP2經過的節點為PE-1—CR-2—PE-2；LSP3經過的節點為PE-1—CR-3—PE-2。

（5）業務管理組件把業務信息通過控制器的南向Netconf通道下發給轉發設備，隧道管理組件通過控制器的南向PCEP通道把LSP信息下發給轉發設備。

（6）在轉發設備上，根據控制器下發的管理策略，修改業務報文的exp字段，設備的轉發面根據業務報文exp值的不同把業務流量映射到不同優先級的隧道中，進行業務報文轉發，完成根據策略選擇隧道轉發的功能。

3.2 應用場景二，相同等級的業務走相同優先級的TE隧道

（1）SDN控制器通過與轉發設備之間啟用BGP-LS協議，收集控制器管理域內的拓撲信息。

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

（3）SDN控制器的業務管理組件根據業務信息，到隧道管理組件請求計算隧道信息，隧道管理組件記錄業務和隧道的關聯關系，在相同等級的業務走相同優先級的隧道的規則下，創建優先級為1、帶寬為3個業務帶寬之和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轉發路徑。

（4）控制器的路徑計算組件根據控制器收集的拓撲信息和隧道算路的約束信息（例如帶寬，包含節點或者排除節點等），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轉發路徑。

（5）業務管理組件把業務信息通過控制器的南向Netconf通道下發給轉發設備，隧道管理組件通過控制器的南向PCEP通道把LSP信息下發給轉發設備。

（6）在轉發設備上，根據控制器下發的管理策略，修改業務報文的exp字段，設備的轉發面會把不同的業務流量映射到相同優先級的隧道中，進行業務報文轉發，完成相同等級的業務走相同優先級的隧道功能。

3.3 應用場景三，高優先級隧道可以搶占低優先級隧道

（1）SDN控制器通過與轉發設備之間啟用BGP-LS協議，收集控制器管理域內的拓撲信息。

（2）在控制器上配置業務，指定業務的等級、業務帶寬、業務接入點信息以及業務約束信息等，如圖3組網，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務1，業務的起點是設備B，業務的落地點是設備F，帶寬是700 M。

（3）SDN控制器的業務管理組件根據業務信息，到隧道管理組件請求創建隧道，隧道管理組件記錄業務和隧道的關聯關系，創建優先級為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轉發路徑。

（4）控制器的路徑計算組件根據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、包含節點或排除節點等）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，詳細的轉發路徑為B—D—F，作為TE Tunnel1的轉發路徑。

（5）SDN控制器在配置一條金等級業務2，業務的起點是設備A，業務的落地點是設備F，帶寬是800M；到隧道管理組件請求創建隧道，隧道管理組件創建優先級為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，詳細轉發路徑為A—B—D—F，由于B—D—F路徑已經把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的優先級要比LSP1的優先級要高，因此會觸發LSP的帶寬搶占，LSP2會搶占LSP1的轉發路徑，LSP1的轉發路徑發生調整，經過路徑計算模塊重新計算后，LSP1新的轉發路徑為B—C—E—G—F，LSP2的轉發路徑為A—B—D—F，LSP1和LSP2分別作為TE Tunnel1和TE Tunnel2的LSP路徑。

（6）業務管理組件把業務信息通過控制器的南向Netconf通道下發給轉發設備，隧道管理組件通過控制器的南向PCEP通道把LSP信息下發給轉發設備。

（7）在轉發設備上，根據控制器下發的管理策略，修改業務報文的exp字段，設備的轉發面會把不同的業務流量映射到不同優先級的隧道中，進行業務報文轉發，完成不同等級的業務走不同優先級的隧道功能。

4 結語

綜上，本文提出的在SDN場景中根據策略選擇隧道轉發的方案，使得報文能夠比較簡單地實現按照業務等級選擇TE隧道，高優先級業務走高優先級隧道，低優先級業務走低優先級隧道，在網絡帶寬資源不能滿足所有業務帶寬需求是，高優先級隧道可以搶占低優先級隧道，優先保證高優先級業務的服務質量，對業務實現分類管理。在SDN場景中實現該方案，滿足了不同等級業務的需求，可以快速實現業務部署，能夠更好地將網絡基礎設施等到充分利用，從而有效應對互聯網時代各種創新業務、差異化需求帶來的挑戰。

[1]HALEPLIDIS E E, PENTIKOUSIS E K, DENAZIS S.Software-Defined Networking（SDN）：Layers and Architecture Terminology[EB/OL].（2015-01-01）[2017-06-10].https://datatracker.ietf.org/doc/rfc7426/.

[2]UNKNOWN.Constraint-Based LSP Setup using LDP[C].別府：信息網絡國際會議，2001.

[3]LEYMANN N, DECRAENE B. Seamless MPLS Architecture[EB/OL].（2013-11-12）[2017-06-10].http://tools.ietf.org/id/draft-ietf-mplsseamlessmpls-04.txt.

[4]何曉明，盧泉，邢亮.分段路由網絡研究及其在流量工程中的應用[J].電信科學，2016（6）：186-194.

[5]黃勇軍，陸小銘，曹維華. SDN在IP廣域網的典型應用與實現[J].電信科學，2016（3）：7-8.

[6]黃韜，劉江，魏亮，等.軟件定義網絡核心原理與應用實踐[M].北京：人民郵電出版社，2014.

[7]蘭巨龍，莫涵，胡宇翔.軟件定義網絡架構研究實踐[J].中興通訊技術，2013（5）：11-15.

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。