可编程数据平面将OpenFlow扩展至电信级应用（二）

案例：基于WinPath网络处理器的电信极OpenFlow (CG-OF)客户端实现

作者：Liviu Pinchas, Tao Lang - PMC-Sierra

Eddie Millsopp, Dermot Flanagan - Asidua

4. 软件考量

4.1 数据通道

        为达到理想目标，可编程数据通道设备还需要配备一套丰富的数据通道软件协议。

        开发该软件的目的在于满足电信级以太网协议严格的实时性要求，并提供所需的灵活度与便利性，从而可以随着标准的演进及新需求的增加而及时地增添新的功能。

        现有的可用数据通道软件支持所有必要的标准协议，使得系统集成者可以专注于高附加值功能的开发，如专有功能的系统管理等，从而避免利用宝贵的资源来实现标准功能。

        随着协议的演进，也推出了用来在现场升级已有系统的新数据通道模块。通过这一举措，硬件部署甚至在某一特定协议的标准化工作完成之间就可以进行。这一点对于加快有如基于电信级OpenFlow的SDN之类新技术的推动至关重要。

4.2 控制通道：Asidua的 WanStaX 产品线

        Asidua的 WanStaX产品线为客户提供了一整套控制通道软件，因而可以加速网络服务的开发。

        通过CFM ITU-T Y.1731堆栈，WanStaX既支持OpenFlow 1.3.2，也支持OAM功能。通过结合Asidua的WanStaX以及PMC的数据通道软件，WanStaX为MPLS-TP、OAM及保护倒换提供了全面支持。

        正常情况下，所有与连接故障管理及线性保护协议相关的非时间关键性的PDU均由WanStaX利用OpenFlowPACKET_IN和PACKET_OUT消息进行处理。

4.3 整合所有部件

        下图描绘了各个部件是如何整合在一起的。现有的用于LP和CFM的WanStaX解决方案设计成独立方案，因此，可以在远端目标上执行。控制器接口用于WanStaX API与OpenFlow控制器之间的接口。WanStaX运行并发出API功能调用，貌似这些功能均在该目标上运行，而实际上，OpenFlow WanStaX控制器接口将API请求转化成OpenFlow消息，并将这些消息传送至目标上运行的OpenFlow交换机。该OpenFlow交换机将此消息解码，然后，通过业务层，运用这些消息来配置可变成数据通道及硬件资源。

        用于LP和CFM的非实时性PDU持续不断地在OpenFlow上通过PACKET_IN和PACKET_OUT消息传送，以维持与对方的协议运作正常。但是，时间关键型的操作如CFM CCM的生成、CCM故障管理、DMM处理及LP保护倒换等均由OpenFlow交换机上的某一特定逻辑块来执行。

图4  OpenFlow控制器接口          

5. WinPath架构上的电信级OpenFlow

        WinPath网络处理器当初设计时即考虑到了为尚未定义好的协议提供支持。其可编程数据通道及灵活的加速器能力已经经过实际应用的考验，能够随着网络的演进，在协议定义完善时对其进行支持。

        SDN也包含在其中。WinPath特别适用于实现高效灵活的OpenFlow交换机。

图5 WinPath 高层功能图

          入方向的分组数据包由一个微程序解析器及分类器引擎（PCE）以线速进行解析。在存储于内存（可以扩展到外部DDR3存储，至多数百万条目）的规则数据库中搜索由头域组合而成的关键字。PCE不象市面上提供的其他许多解决方案那样需要大量（即功耗高、价格高昂）的外部TCAMs.

        可以有多种解析操作及搜索行为，不仅可以采用进入的端口数目及头域的组合，还可以采用过去搜索过的数据。

        一旦这一步完成以后，分组数据包加上一系列基于PCE搜索结果创建的行为就传递给以对称的多处理器架构（WinComm）形式存放的一组处理单元。这些处理器单元执行数据通道软件，目的是实现与分组数据包相关的各种行为，其中不仅包括丢弃、转发给控制器、转发给特定端口、测量等行为，还包括更加复杂的处理功能，如执行OAM状态机、分组数据包加密、策略及其他许多功能。这些动作可以仅仅在软件层面执行，也可以在软件及硬件加速器的配合下执行。

        这些动作完成后，随即是（在软件控制下）在片上存储或外部DDR3存储上的分组数据包缓冲，分层流量调整，出口策略控制等等。

5.1 MPLS-TP OAM举例

        第四部分描绘的实现方法自然而然地映射到WinPath架构上。

        由解析器和分类引擎从MPLS-TP流中抽取出OAM分组数据包，将其送往数据通道软件以状态机形式实现的OAM进程，OAM进程再运行相应的OAM状态机，如Y.1731 CCM所述。

        线路状态发生变化时，数据通道软件中的快速保护倒换进程启动并以远低于50ms的要求对流量进行重新定向。

        OAM分组以某一特定频率生成，并在专门的加速器的辅助下，由数据通道软件插入合适的MPLS-TP通道，从而满足严格的时序要求，如3.3ms的间隔要求等。

5.2 WinPath系列

        WinPath系列产品中已经提供了充足的电信级以太网以及OpenFlow1.3.2的功能，在可编程数据通道硬件及相关的数据通道软件中实现。这与Asidua的WanStaX中提供的控制通道形成了互补。

        此外，WinPath系列产品的可编程度也恰到好处，通过简单的软件升级即可实现向电信级以太网OpenFlow的迁徙，而无需将商业部署推迟到标准完成或届时再进行昂贵、耗时的硬件升级。WinPath系列产品的功能已经经过验证，可以支持软件而非硬件周期中新出现的协议。

       WinPath系列中还包括针对某些访问应用而优化的衍生产品。WinPath3SuperLite主要涵盖了客户端设备及其他低功耗、低设备成本、性能要求高达2-3Gbps的应用。WinPath4 则包括了需要较高性能（高达40Gbps）的汇聚应用。

       所有这些衍生产品均采用相同的对象代码及功能集，使系统供应商可以用单项软件开发来覆盖多种应用。PMC提供了可以直接量产的数据通道代码及API，所有的衍生产品中运行的都是相同的代码。

6. WinPath架构为运营商带来的优势

        任何电信级OpenFlow的实现最终均需经过运营商的衡量。表1中列出了几个实例，从中可见，基于WinPath的实现机制如何帮助运营商实现了更加有效的业务分配及网络管理。

表1  运营商优势与WinPath架构

为运营商带来的优势	加在OpenFlow协议/控制器之上的需求	WinPath支持这些需求的优势所在
迅捷、便利、按需业务分配	端到端带宽控制；快速通道计算；精细粒度的SLA	能够基于成千上万的队列实现复杂的SLA，可以单独、分层次地进行调整
智能  &优化的操作	非常高效的控制器，带有全套电信级功能，控制器之间可以互通	可编程通道未对控制器进行任何限制或损碍其功能，控制器的效率因此可以达到最佳
通过NFV虚拟化IT业务	带有电信级安全及可靠性功能的控制器	针对安全性应用的内嵌加密引擎

         本文前面的部分展示了如何在OpenFlow环境下运用WinPath来实现低于50ms保护的端到端OAM。

        与之相仿，WinPath架构的优化目标是能够实现所有其他电信级功能，而无需对SDN控制器的功能打任何折扣或进行任何限制。其可编程数据通道的架构可以执行所有SDN控制器的命令，而没有任何其他基于数据通道的硬件实现的解决方案造成的限制。WinPath是一款真正互通的解决方案的基石，使运营商得以选择及部署最为高效、功能丰富而性价比优良的控制器，有需要时不必受到硬件设备的限制即可进行更新换代。

        WinPath基于其成千上万个可以独立、分层调节的队列来实现复杂SLA功能的能力也极其出众，因而可为用户提供差异化的服务。此外，无需损失流量即可变更流量整形及管制的参数，因此可以根据预定义的计划或按需实现动态SLA，在用户需要高级业务时即可及时得到满足，从而为运营商创造了额外的营收。能够通过OpenFlow来控制流量参数的能力促成了如此动态的SLA的便利的端到端实现。

        运用于客户端设备（CPE）时，WinPath还可以虚拟化一般位于CPE及用户之间的访问路由器。该路由器的所有功能均可迁徙到位于运营商网络中最优位置的数据中心。数据再从此处通过终结于WinPath的IPSec隧道安全地传送到CPE。

        为了提供更佳的管理功能，并支持端到端OAM，WinPath中包含了所有实现以太网上同步所需的基础设施，包括当前时间（ToD）等。IEEE1588和同步以太网均在多种协议及封装上实现，使运营商无需因其有限的硬件能力而局限自己，而得以实现最合乎理想的业务及协议，并随着网络演进将之付诸实施。

 7. 结论

        为了加快OpenFlow在电信网络中的推广，需要有基于可编程数据通道的灵活解决方案，从而帮助运营商在标准完成之前开始系统部署，也可以随着需求及实际部署的演进，通过软件更新来增加新的功能。

        对实现电信级以太网性能的需求进行观察的结果，如3.3msCCM及50ms的保护倒换等要求，显然需要在OpenFlow标准中加入若干新的对象、协议及动作，而且转发平面需要足够灵活来容纳这些新的元素。也需要更为简便的分组解析及分类方法来替换昂贵而耗电的TCAMs。因此，数据平面的能力与灵活度将对决定这些新的扩展功能如何实现及其效率如何起到决定性的作用。

        运营商为了改善CAPEX及OPEX需要部署SDN，WinPath在技术上的优势及其可编程数据平面不仅解决了这一需求，还可以达到实时业务更新来满足客户的需求。这一独特而灵活的架构可以实现对复杂参数的实时修改，从而实现动态SLA，并给与运营商通过OpenFlow来控制流量参数的能力。而今，运营商有了一个可以实现创新的平台，得以实现崭新的网络范例，可以通过远程控制对客户需求进行预期与反应，从而提供定制化的服务并实现营收最大化。

        PMC (www.pmcs.com) 的WinPath网络处理器已经包括了一切所需的资源，战略地位独特，可支持从现有网络模式向电信级OpenFlow的平滑演进。Asidua (www.asidua.com) 的WanStaX则已提供了支持该演进的软件基础架构，包括线性保护、CFM和OpenFlow等。该综合解决方案为希望采用OpenFlow来部署MPLS-TP和其他电信级功能的运营商提供了全套的一揽子方案。

可编程数据平面将OpenFlow扩展至电信级应用（二）