基于OTN的IP分流技術(shù)研究和應(yīng)用探討*

荊瑞泉

（中國電信股份有限公司北京研究院 北京 100035）

1 引言

隨著Internet、視頻以及移動(dòng)數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，骨干網(wǎng)的業(yè)務(wù)流量在飛速增長。IP網(wǎng)已經(jīng)成為傳送網(wǎng)最大的客戶網(wǎng)絡(luò)，在骨干網(wǎng)層面，95%以上的傳送網(wǎng)帶寬都服務(wù)于IP網(wǎng)絡(luò)。路由器端口速率也同步向高速化發(fā)展，IP骨干網(wǎng)路由器中已經(jīng)開始規(guī)模應(yīng)用40 Gbit/s POS接口，并已具備提供100GE接口的能力。目前IP網(wǎng)絡(luò)普遍采用IP over WDM的組網(wǎng)方式，分為核心、匯聚和接入3個(gè)等級(jí)。數(shù)據(jù)報(bào)文從源到目的地通常要經(jīng)歷多跳，業(yè)務(wù)需要多次轉(zhuǎn)發(fā)。在IP網(wǎng)核心層，組網(wǎng)模式一般是邊緣匯聚路由器（AR）雙歸屬到核心路由器（CR）上，CR路由器完成AR路由器之間的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)和疏導(dǎo)。在骨干網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過核心路由器的業(yè)務(wù)流量中，大約有50%以上屬于過境流量。這些過境流量大大加重了核心路由器的負(fù)擔(dān)，占據(jù)著核心路由器的寶貴轉(zhuǎn)發(fā)資源。

基于上述原因，業(yè)界提出了IP分流（IP offloading）的概念。IP分流指針對IP網(wǎng)絡(luò)中核心路由器存在的“穿通流量”，利用OTN所具有的低速業(yè)務(wù)匯聚、調(diào)度和端口匯聚能力，在業(yè)務(wù)量達(dá)到一定門限的路由器之間建立傳輸層直達(dá)鏈路，從而節(jié)約核心路由器的接口數(shù)量，降低對其容量的要求和網(wǎng)絡(luò)成本，如圖1所示。

圖1 基于OTN的IP分流示意

隨著100 Gbit/s WDM的大規(guī)模部署和IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的扁平化，IP骨干網(wǎng)中不同區(qū)域的匯聚與核心節(jié)點(diǎn)之間的流量分布存在很大的不一致性，需要傳送網(wǎng)能夠提供多顆粒（10 Gbit/s/40 Gbit/s/100 Gbit/s）的業(yè)務(wù)承載能力?；贠TN的IP分流可以匹配路由器互聯(lián)帶寬需求與WDM傳輸系統(tǒng)速率的不一致，適應(yīng)不同段落IP鏈路帶寬需求的差異性，促進(jìn)IP網(wǎng)絡(luò)的扁平化。通過將高速通道化接口和OTN的端到端靈活調(diào)度能力結(jié)合在一起，可以快速響應(yīng)IP網(wǎng)的突發(fā)業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)帶寬的靈活調(diào)整，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的利用率和組網(wǎng)的靈活性，解決網(wǎng)絡(luò)帶寬升級(jí)時(shí)低速接口的浪費(fèi)問題，降低總體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

接下來，首先將對基于OTN的IP分流的基本概念進(jìn)行介紹。然后分析IP分流的特點(diǎn)和優(yōu)勢，包括與IP網(wǎng)絡(luò)扁平化即波長級(jí)IP分流的比較。接著對IP分流涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行討論,包括互聯(lián)接口、連接建立方式和OAM等。最后分析基于OTN的IP分流的經(jīng)濟(jì)性。

2 基于OTN的IP分流的特點(diǎn)與優(yōu)勢

運(yùn)營商目前實(shí)施的IP骨干網(wǎng)的扁平化措施可以看作“波長級(jí)IP分流”，基于OTN的IP分流與IP網(wǎng)絡(luò)扁平化的主要差異見表1。

基于OTN的IP分流的優(yōu)勢包括以下幾點(diǎn)：

·通過采用高速子接口方式組網(wǎng)，可以解決網(wǎng)絡(luò)帶寬升級(jí)時(shí)（如10 Gbit/s升級(jí)到40 Gbit/s)低速接口的浪費(fèi)問題，并提高設(shè)備槽位利用率；

·在100 Gbit/s時(shí)代，IP分流可以促進(jìn)IP網(wǎng)絡(luò)的扁平化，提高網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的利用率和組網(wǎng)的靈活性，降低總體網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本；

表1 IP分流與IP網(wǎng)絡(luò)扁平化的主要差異

·通過將高速子接口和OTN的端到端靈活調(diào)度能力結(jié)合在一起，可以快速響應(yīng)IP網(wǎng)的突發(fā)業(yè)務(wù)需求，實(shí)現(xiàn)帶寬的靈活調(diào)整；

·高速子接口的應(yīng)用可以統(tǒng)一設(shè)備接口類型，減少接口和備板數(shù)量，降低維護(hù)成本。

3 IP分流的關(guān)鍵技術(shù)

基于OTN的IP分流涉及的關(guān)鍵技術(shù)包括互聯(lián)接口、連接建立方式和OAM協(xié)同機(jī)制等。

3.1 互聯(lián)接口

為了實(shí)現(xiàn)基于OTN的IP分流，路由器與OTN之間需要采用通道化的互聯(lián)接口，通道化接口的實(shí)現(xiàn)方式可基于VLAN、MPLS LSP 或 ODU k。

以太網(wǎng)子接口方式采用VLAN或MPLS標(biāo)簽進(jìn)行流量的區(qū)分，路由器對不同的流量采用不同的VLAN或MPLS標(biāo)簽，通過40 GE/100 GE接口與OTN設(shè)備對接。OTN設(shè)備根據(jù)VLAN或LSP標(biāo)簽對IP流量進(jìn)行調(diào)度，如圖2所示。VLAN和LSP兩種方式實(shí)現(xiàn)的功能相同，具體方式的選擇需要考慮設(shè)備支持情況、OAM能力等因素。

通道化的OTN接口采用ODU k子接口方式，路由器將去往不同方向的的流量映射進(jìn)不同的ODU k/ODU flex，并通過OTN接口與OTN設(shè)備對接，OTN設(shè)備根據(jù)ODU k時(shí)隙對IP流量進(jìn)行處理和調(diào)度，如圖3所示。

圖2 以太網(wǎng)子接口

互聯(lián)接口類型的選擇需考慮設(shè)備支持情況、OAM能力和成本等因素。目前路由器和OTN設(shè)備對40 Gbit/s/100 Gbit/s通道化接口的支持還不成熟。OTN設(shè)備預(yù)計(jì)到2013年可以提供支持VLAN功能的40 GE/100 GE接口以及通道化的100 Gbit/s OTN接口。路由器方面，主流廠商都還沒有支持通道化的100 Gbit/s OTN接口的計(jì)劃，因此初期只能采用以太網(wǎng)接口。目前基于VLAN的以太網(wǎng)接口的OAM能力還比較差，包括端到端的誤碼檢測和保護(hù)觸發(fā)機(jī)制等。為了推動(dòng)IP分流的部署應(yīng)用，需要對通道化接口的實(shí)現(xiàn)方式和OAM功能進(jìn)行規(guī)范和完善。

3.2 連接建立方式

IP與OTN協(xié)同組網(wǎng)時(shí)的連接建立方式有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。靜態(tài)方式指人工通過網(wǎng)管進(jìn)行連接的配置，包括VLAN ID、帶寬、保護(hù)方式等的配置。動(dòng)態(tài)方式指在路由器和OTN設(shè)備上啟用GMPLS UNI，在網(wǎng)管上完成基本參數(shù)的配置后，通過GMPLS協(xié)議實(shí)現(xiàn)鄰居自動(dòng)發(fā)現(xiàn)和連接的自動(dòng)建立，并可根據(jù)流量變化動(dòng)態(tài)調(diào)整鏈路帶寬，如圖4所示。GMPLS UNI有助于跨層鏈路的建立，路由器通過GMPLS UNI功能向光網(wǎng)絡(luò)層發(fā)起鏈路的建立，其攜帶鏈路帶寬、QoS、鏈路節(jié)點(diǎn)、鏈路節(jié)點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)組等信息，能夠快速在光網(wǎng)絡(luò)層建立滿足其要求的直通鏈路。

基于路由器和OTN設(shè)備對GMPLS UNI的支持情況，建議初期采用靜態(tài)方式，后續(xù)進(jìn)一步研究引入GMPLS UNI動(dòng)態(tài)方式的可行性。

3.3 OAM機(jī)制

IP與OTN協(xié)同組網(wǎng)時(shí)的OAM能力包括性能管理和故障管理兩個(gè)方面。當(dāng)采用OTN接口互聯(lián)時(shí)，所涉及的OAM機(jī)制如圖5所示。

當(dāng)采用以太網(wǎng)接口互聯(lián)時(shí)，所涉及的OAM機(jī)制如圖6所示。

以太網(wǎng)和OTN子接口的OAM能力比較見表2。

表2 以太網(wǎng)和OTN子接口的OAM能力比較

雖然以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)支持誤碼性能的檢測，但是路由器以太網(wǎng)接口對于端到端的誤碼檢測的支持情況還很不好。

4 基于OTN的IP分流的經(jīng)濟(jì)性

根據(jù)上述基于OTN的IP分流的組網(wǎng)思路，本文比較了IP over WDM和IP over OTN兩種組網(wǎng)方式的建網(wǎng)成本。成本比較的網(wǎng)絡(luò)模型如圖7所示。

IP over WDM網(wǎng)絡(luò)模型如下：

·節(jié)點(diǎn)1～節(jié)點(diǎn)9為核心層路由器，核心層節(jié)點(diǎn)之間全互聯(lián)；

·節(jié)點(diǎn)11～節(jié)點(diǎn)16為匯聚層路由器，每個(gè)匯聚路由器雙上聯(lián)到兩個(gè)核心路由器；

·路由器之間采用40 Gbit/s WDM連接。IP over OTN網(wǎng)絡(luò)模型如下:

·在IP over WDM網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，在設(shè)置路由器的位置同時(shí)部署OTN設(shè)備。

·核心層OTN節(jié)點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)全互聯(lián)，每個(gè)匯聚OTN節(jié)點(diǎn)至少與兩個(gè)核心OTN節(jié)點(diǎn)相連，OTN節(jié)點(diǎn)之間的連接采用40 Gbit/s波道；

圖7 成本比較網(wǎng)絡(luò)模型

·OTN匯聚節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)低速業(yè)務(wù)的匯聚，核心節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)低速業(yè)務(wù)的疏導(dǎo)和調(diào)度；

·匯聚層路由器與所有的核心路由器采用ODU k電路實(shí)現(xiàn)全互聯(lián)。

表3給出了成本比較的流量需求模型。

成本估算假定條件如下：

·一條等效40 Gbit/s電路節(jié)省核心路由器2個(gè)40 Gbit/s POS 接口（80 萬元/個(gè)）；

·一條等效40 Gbit/s電路需要經(jīng)過3個(gè)OTN節(jié)點(diǎn)（中間的OTN設(shè)備進(jìn)行10 Gbit/s→40 Gbit/s的復(fù)用和調(diào)度），因此需要2個(gè)40 GE （3萬元/個(gè)）和4個(gè)OTU3（6 萬/個(gè)）接口。

表3 流量需求模型（Mbit/s）

表4 IP over OTN的經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果

IP over OTN的經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果見表4?？梢钥闯?，與IP over WDM相比，采用IP over OTN方式可以大幅度減少核心路由器的轉(zhuǎn)接流量，從而降低整體的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。

5 結(jié)束語

通過IP與OTN的協(xié)同組網(wǎng)可以節(jié)省核心路由器的接口數(shù)量，降低對其交換容量的要求，從而降低總體的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。隨著骨干網(wǎng)鏈路速率的不斷提升和IP網(wǎng)絡(luò)的扁平化，IP與OTN協(xié)同組網(wǎng)的必要性越來越大。目前路由器和OTN設(shè)備對高速通道化接口的支持還不完善，而通道化接口的引入將對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和維護(hù)方式產(chǎn)生一定的影響。為了推進(jìn)IP與OTN協(xié)同組網(wǎng)的部署應(yīng)用，需要IP與傳輸兩個(gè)專業(yè)密切合作，共同完善互通接口的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，協(xié)同進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃。

1 Jinno M,Takara H,Sone Y,et al.Multiflow optical transponder for efficient multilayer optical networking.IEEE Communications Magazine,2012，50（5）：56～65

2 李俊安，李陽軍.IP和光網(wǎng)絡(luò)協(xié)同技術(shù)研究.CCSA，2012