光虚拟专用网络技术

2019-11-03 18:19:18

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供稿：网友

徐云斌张杰顾畹仪北京邮电大学光通信中心

　　光虚拟专用网络（OVPN，Optical Virtual PRivate Network）对于服务提供商来说是一个新的收入增长点，客户可以通过OVPN向运营商租用带宽（主要在运营商之间）。最重要的是，OVPN允许其客户动态接入和控制它们所租用的带宽，因此作为一种off-net服务方案，OVPN允许运营商通过较少的投资获得更多的商业机会。　　OVPN的实现目前有两种方案，基于软件的OVPN和基于硬件的OVPN。前者需要大量的初期资金投入，后者则可以根据需求的增长相应地扩容，因此其应用前景更好。

　　OVPN结构设计

　　OVPN的结构设计主要考虑伸缩性、扩展性等方面。首先将OVPN的各个功能在网络层次以及设备上面分离，构建综合的软件接口，使其满足对多技术、多厂商的环境要求。另外，控制平面的接口要同网管接口对起来，主要用于一些连接资源的发现、管理功能。OVPN结构设计的主要指标：OVPN的实装数、OVPN端口数、OVPN路由数以及OVPN的配置频率。

　　控制层面

　　OVPN是没有智能的，它的智能须从服务提供商网络获得，通过在智能光控制平面之上构建OVPN，规划、配置、激活和计费操作的相互协作，来为客户提供智能化服务。在控制平面OVPN的实现技术方面，主要有以下几个问题：

　　* 自动发现

　　自动发现的主要内容包括：拓扑信息、OVPN可达性信息、成员信息、通道信息等。另外，自动发现的命名机制也是很重要的内容。通过自动发现机制，OVPN客户和光网络可以动态发现所需要的信息，降低配置的复杂度。目前一般采用基于BGP（Border Gateway Protocol）的发现机制。

　　* OVPN的路由问题

　　OVPN的路由问题主要包括受限制的可达性路由信息的广播、路由策略、动态路由等问题。

　　* 业务建立、调整机制

　　业务建立一般采用基于GMPLS的信令机制实现。业务配置要支持多种管道技术，同时在核心网络和OVPN内部使用不同的标签对业务管道进行标识。

　　* 安全性机制

　　安全性包括以下几个方面：对用户来说，要确保用户数据、接纳控制、拓扑信息等的安全；对服务提供商来说，要保证服务提供商的独立性，通过提供多种不同的物理层、链路层接入手段，支持暂时的和永久的连接接入，确保光层资源的独立性。另外可以使用服务接入控制以及安全技术，如域名技术、防火墙技术等。

　　* 地址问题

　　OVPN要提供用于管理、控制和路由的地址。OVPN和服务提供网络要维护独立的地址结构，客户一般使用ipv4或IPv6地址，服务提供商将客户地址转换为光网络能识别的地址，二者之间要建立起对应关系。

　　* QoS分类策略

　　OVPN的分类QoS策略可以提供多种不同的服务等级。OVPN通过建立QoS服务模型，使之形成具有QoS特性的接入网络，为OVPN客户提供不同的QoS服务等级。另外，OVPN允许客户向服务提供商进行服务等级协商（SLA）。　　VPN的管理

　　OVPN管理向客户提供一个安全的可操作的管理环境。OVPN管理系统强调客户的管理功能，为客户提供规划、设计网络资源的能力，客户可向服务提供商申请网络资源，服务提供商根据客户提出的需求分配资源。OVPN的管理层面主要包括以下的一些关键问题：

　　* 网络资源的抽象

　　OVPN将运营商的物理资源划分为多个不同的逻辑子网络，每一个OVPN客户只能够使用相应逻辑子网内部的资源，而整个的网络拓扑信息对OVPN客户来说并不是共享的。用户必须以一种安全的、预定义的、授权认证的模式接入资源。

　　对于管理系统的构建，关键是运营商和客户之间的关系划分，提供不同的资源视图。另外对于一些共享的信息也需要划分，包括一些故障信息，确保信息交换的安全。

　　* 多区域、多技术网络环境下的管理

　　OVPN的另外一个挑战是将现有的网络结构和服务类型容纳在一起。OVPN是在一个多区域、多技术的网络环境下构建起来的，为了达到这一目标：需要提供不同网元的接口，支持不同厂商的传输设备，需要支持多种不同的服务粒度（从DS-1到OC-192转换）。另外，对于多区域、多技术网络环境下构建配置、故障和性能操作接口，可以通过CORBA或者商务应用综合总线（Enterprise application Integration bus）技术实现。

　　* 计费与SLA管理

　　计费管理主要基于客户对网络资源的使用状况，并且同SLA相结合。另外计费管理要与连接的建立、释放、调整等操作结合起来，这些方面在很大程度上要由控制平面负责完成。

　　* 安全性管理

　　安全和授权认证管理是OVPN管理中一个非常重要的方面，运营商可以通过管理系统定义多种安全等级，为OVPN客户提供不同的视图以及控制等级。

　　* 其它基本网络管理功能

　　为OVPN客户提供的其它管理能力包括服务配置、故障、性能监测等。

　　OVPN实现方案

　　对于OVPN的实施方案也从控制层面和管理层面分别进行考虑。

　　控制层面

　　由于对于IP层和光网络层提出了不同的性能要求，在控制层面的实现上采用分层的解决方案，如图1所示。

　　* IP客户层实现方案

　　在IP层，目前有多种流行的方案，包括基于客户设备（CE）的IP安全（IPsec）隧道方案、虚拟路由器（VR）方案和BGP/GMPLS方案，下面分别进行介绍。

　　- 基于CE的IPsec通道方案

　　其原理为，在CE-CE之间建立一条IPsec连接通道，将IP数据包放入IPsec通道中传输。本方案的优点是，在SP边界不需要额外的开销处理，支持多种网络技术和开销环境；其缺点为可扩展性差。

　　这种基于IPsec的方案对动态路由要求比较严格，IPsec管道模型不太适合于动态路由，IPsec安全性要求对业务也具有一定的选择性，因此该方案一般使用静态路由，从路由表中选择一条路由为IPsec通道使用。另外对于IPsec通道的保护恢复要求也比较高。

　　- VR方案

　　关键组件为VR，VR在逻辑上类似于物理路由器，一个物理设备可以支持多个VR。每一个VR维护一个独立的路由和转发表。VR用VPN ID进行标识，在VPN内部可以对每一个VR进行统一的标识。其业务适配机制使用MPLS、IPsec、GRE、IPinIP等，也可以使用ATM/FR VC。其发现机制可以采用BGP，也可以采用IP多播机制。

　　使用VR机制的优点是：结构灵活；可以使用标准的路由协议和策略机制；支持QoS，多播和流量工程功能；有能力构建层次性的和多区域的VPN网络结构；对一些附加业务（如防火墙、NAT等）的支持。其缺点为在不同运营商VR之间的互通比较繁琐，对于边界路由器的性能要求比较高。

　　- BGP/GMPLS方案

　　此方案使用路由目标地址来标识VPN站点，并且限制专用路由信息的转发。在每一个提供商边界网元（PE）维护多个VPN的虚拟路由转发表（VRF），VPN内部的CE同一个VRF关联起来。其业务适配使用两种标签栈机制：MPLS over IPsec和MPLS over GRE。使用MPLS LSP来转发VPN业务，并且在客户和光网络内部使用不同的标签。　　此方案的优点为便于配置业务；支持QoS、多播和流量工程；支持一些复杂的网络情形；可以支持多个运营商之间的互通应用；可扩展性强，便于适应服务提供商数目的增多。缺点为在骨干网络需要支持BGP；为支持扩展性，需要对BGP进行修订；与VR方案相比，灵活性差；不能充分满足客户的需求。

　　*光层的实现方案

　　在光层，光虚拟专用网一般采用基于BGP/GMPLS的实现方案，BGP用于实现OVPN的发现机制，GMPLS用于实现连接建立的信令过程。

　　管理层面

　　对于管理层OVPN的实现方案，我们强调客户所具备的管理功能，为客户提供规划、设计网络资源的能力，客户将所设计的网络拓扑提交服务提供商，服务提供商根据客户提出的要求进行资源的配置。管理层的实现方案如图2所示。