运营商SDN测试

赵隽琪陆冠思博伦通信

思博伦技术专栏

运营商SDN测试

赵隽琪陆冠思博伦通信

编者按：SDN是目前业界很热的技术，但是SDN不是目的，SDN是通往更优化的，能满足OTT业务发展要求的智能化网络的手段。条条大路通罗马，我们需要选择一条合适的路，运营商选择SDN方案需要考虑技术本身、业务需求、成本以及现有网络架构等多方面因素。测试是SDN技术方案选择的重要手段，由SpirentTestcenter和iTest组成的思博伦运营商SDN解决方案，可以验证运营商SDN设备和服务，帮助促进运营商SDN的部署。思博伦通信《运营商SDN测试》一文从技术角度，对思博伦通信的运营商SDN测试解决方案如何帮助运营商和设备厂商有效地验证运营商SDN方案进行了介绍。

1 运营商SDN测试面临的挑战

软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork）是目前下一代网络发展的热点。SDN基本思想是把数据平面和控制平面分离，理想的状况是全网转发平面用廉价的查表转发设备，而控制平面运行在服务器或云上，对端到端业务进行定义。SDN让网络运维者能够像对一台计算机一样，对网络进行高度定制，达到部署灵活、业务可定制、智能网络优化、开放网络应用和降低成本等目标。代表的协议是ONF规范的OpenFlow协议。但由于OpenFlow协议本身的可扩展性问题，以及OpenFlow框架带来的对网络革命性的改变，目前其相对成熟的应用还在于数据中心。

对于城域网还是WAN网络，网络的软件定义化同样是很急迫的要求。整个IT市场已经从基础设施驱动演进到了内容和服务驱动阶段。互联网应用的“快、酷、变”的要求，各个行业都在推进“互联网+”的大潮，都要求运营商网络灵活、定制、智能优化。但是考虑运营商网络的现状，比如已经投入了巨额投资的大量存量网络设备、高稳定性要求、核心网的高性能和高容量要求等，运营商网络的SDN化绝对不是一步到位的革命，更切实可行的是兼顾现有网络的演进式发展，技术方案既要达到SDN的目的，也要兼顾现投资的利用和兼容。这就决定在运营商网络中，OpenFlow暂时还无法成为主要的运营商网络SDN技术，更受关注的是包括PCEP在内的一系列运营商SDN协议。

运营商SDN是通信网络这么多年发展下来的一次比较大的变革，所以在演进过程中，业界需要进行大量的测试，来解决演进进程中面临的各种挑战，比如功能、性能、容量和稳定性问题（运营商SDN设备/网络和传统设备/网络相比，能否具有同等的功能、性能、容量和稳定性，能否支持同等甚至更大的网络规模）、兼容性问题（和传统网络的兼容性，同一技术方案下不同厂家系统的兼容性，不同的技术方案之间的兼容性）、服务和运维的要求（部署SDN以后，能否达到期望的业务定制和智能优化，能否降低运维复杂度、运维费用以及建网成本）。

运营商SDN测试在测试方法和测试内容上与传统网络测试既有相同点也有不同点。本文从技术角度，对思博伦通信的运营商SDN测试解决方案如何帮助运营商和设备厂商有效地验证运营商SDN方案进行了介绍。

2 思博伦通信运营商SDN测试解决方案概述

思博伦通信运营商SDN测试解决方案，主要由数据网络测试仪SpirentTestcenter和自动化测试/管理平台iTest两个产品组成。

（1）综合数据网络测试仪SpirentTestcenter

SpirentTestcenter是思博伦通信旗舰产品，提供高性能的L2～7协议仿真和流量测试。SpirentTestcenter包含插卡式机箱、盒式设备和运行于服务器之上的虚拟化仪表，所有形式的SpirentTestcenter测试仪表都完整地支持SpirentTestcenter运营商SDN测试解决方案（见表1）。

（2）自动化测试综合开发管理平台iTest

iTest是自动化测试综合开发管理平台，在iTest中，可以完成自动化测试例的录制、编写、管理、调试、执行。iTest支持丰富的自动化接口，除了支持仪表自动化接口，如Spirent TestCenter/Avalanche/Landslide/ NETCONF等，也支持SNMP、Telnet、SSH、Serial、Database、HTTP、Mail、OpenStack、Selenium、Tcl、命令行等接口，可以对网络设备和实验室设施进行自动化管理，其传统应用在自动化测试和实验室自动化管理系统领域。

iTest也支持Restful和Netconf接口，具备非常强大的基于Yang模型的应用开发能力，所以在SDN领域，iTest在端到端SDN业务功能测试以及控制器北向接口一致性测试等方面，能发挥巨大的作用。在运营商SDN测试方案中，自动化测试套利用iTest测试平台和运营商Yang模型及北向控制接口，将测试仪表和被测设备粘连起来，形成完整的SDN数据平面和控制平面验证测试方案。

3 如何测试运营商SDN

3.1 运营商SDN框架及主要协议

SDN的基本思想是把控制和数据平面分离，控制/管理平面运行在独立的服务器（控制器）上，执行转发决策，转发策略通过控制器南向接口协议发给转发设备，转发设备（交换机/路由器）可以是低成本的设备，对流量执行查表转发。控制器在北向提供接口，上层控制器或者应用可通过北向接口编排网络服务/应用。

在图1的基本框架上，数据平面和控制/管理平面如何分离，分离度多少，也就是采用什么样的SDN技术方案，要根据网络类型、应用场景、现有网络状况等因素综合考虑。在运营商网络中，有稳定的骨干基础架构，有大量的存量设备，关系国计民生，现有的投资、网络的稳定等都是要考虑的因素。运营商网络SDN更适合基于现有设备的渐进方案，如PCEP、I2RS等，通常这些SDN方案对部分设备进行软件升级就可实现。目前，主要的运营商SDN协议包括：

表1 Spirent Testcenter仪表

图1 SDN基本框架

（1）拓扑通告协议：在路由器和控制器之间，通过链路状态路由协议把网络拓扑通告给控制器，建立链路状态数据库（Link State Database，LSDB）和流量工程数据库（TrafficEngineeringDatabase，TED）。主要协议包括：传统的域内链路状态路由协议（OSPF-TE和ISIS-TE）和提供端到端链路状态路由协议（BGP-LS和BGP-TE）。BGPLS定义在draft-ietf-idr-ls-distribution-11草案中，很快就到标准阶段。

（2）隧道信令协议：路由器在接收控制器的下发策略/参数后，需要隧道信令协议建立隧道或者修改已有隧道。运营商SDN中采用的主要隧道信令协议包括：传统的RSVPTE协议和SegmentRouting协议。SegmentRouting网络中，为网络节点和链路指定标签，通过ISIS、OSPF或BGP协议扩展，在网络中分发节点/链路对应的标签信息。此机制让设备去LDP、RSVP-TE等协议，降低了设备的复杂度。在隧道的头端对需要转发的数据包上压入标签栈，指定了数据包要经过的路径。相关的标准（草案）包括：ISIS SR扩展（draft-ietf-isis-segmentrouting-extensions-05）和OSPFSR扩展（draft-ietf-ospfsegment-routing-extensions-05）。

（3）SDN南向协议：在运营商SDN领域，控制器和路由器之间的南向协议主要是PCEP（Path Computation Element Protocol）。与PCEP相关的标准/草案包括：RFC 5440（PCEP基本协议）、Stateful PCEP（draftietf-pce-stateful-pce-11，通过PCEP协议对已有RSVPTE隧道进行定制化和优化）、PCEInitiated（draft-ietfpce-pce-initiated-lsp-04，通过PCEP协议发起建立RSVP-TE隧道）、PCEPwithSegmentRouting（draft-ietfpce-segment-routing-06，PCEP和SegmentRouting结合的SDN方案）。

图2为目前业界主要运营商SDN框架。

3.2 运营商SDN设备测试（南向测试）

运营商SDN设备要支撑的网络规模比其他网络类型要大得多，设备包含一系列新的协议，在部署到网络之前，首先要对设备进行测试。被测设备主要有路由器和控制器。设备测试从功能、容量、性能和可靠性等方面完成，在思博伦方案中，主要测试工具是Spirent Testcenter。

图2 运营商SDN主要协议

（1）控制器测试

在SDN网络中，控制器是网络的大脑，需要进行严格的测试。控制器可能是PCEP控制器也可能是OpenFlow控制器，本文只讨论PCEP控制器PCE的测试。图3是SpirentTestcenter进行PCE测试的示意图。

图3 PCE测试示图

●测试仪表仿真网络拓扑，并通过仿真链路状态路由协议，通告给PCE。SpirentTestcenter支持OSFP-TE、ISIS-TE和BGP-LS仿真。链路状态路由协议仿真，测试PCE的拓扑学习能力，以及LSDB和TED的容量等指标。

●测试仪表仿真PCC，启动RSVP-TE based PCEP和Segment Routing based PCEP协议，测试PCE。Spirent Testcenter支持Active/ Passive Stateful PCEP、PCE Initiated PCEP和PCEPforSegmentRouting仿真。

PCE主要测试指标包括：

●功能测试，这类测试评估PCE的基本功能：拓扑学习、PCEP连接建立、LSPDelegation、Revoke Delegation、LSP参数定制等。

●容量测试，这类测试评估PCE能支持多大规模的网络，测试结果可为网络规划提供依据：TED容量和LSDB容量、最大能支持的LSP容量、最大可支持的PCC数量。

●稳定性和可用性测试，模拟负面事件（如振荡事件），测试长时间的稳定性；模拟网络拓扑变化，可用带宽变化等事件，测试故障收敛和重路由。

（2）路由器（PCC）测试

PCC通常是路由器。运营商网络中的路由器产品本身是高性能的网络产品，其性能、容量、稳定性经过多年现网检验值得信赖。PCC的测试重点在和SP-SDN协议相关的测试，特别是典型网络场景验证以及和现有网络的互联互通测试。图4是PCC测试示意图。

在PCC测试床中，测试仪表需要3组端口，仿真不同的角色：

●PCE仿真：测试仪表仿真PCE，或者PCE控制器集群（主从控制器），通过PCEP协议，和被测设备PCC完成SDN功能。Spirent Testcenter PCE仿真支持Active/Passive Stateful PCEP、PCE Initiated PCEP和PCEPforSegmentRouting。

●网络拓扑仿真：测试仪表仿真网络拓扑，和被测PCC建立邻接，根据PCE下发的参数，建立或者修改MPLS隧道。Spirent Testcenter支持RSVP-TE和Segment Routing（ISIS for SR、OSPF for SR和BGP for SR）隧道信令协议仿真。

图4 PCC测试示意图

●流量仿真：测试仪表流量仿真端口和拓扑仿真端口建立双向流量，从数据平面验证SDN。

PCC测试重点包括：

●功能测试：这类测试评估PCC的基本功能：PCEP连接建立；LSPDelegation；RevokeDelegation；根据PCEP下发参数建立RSVP-TE隧道和SegmentRouting隧道功能。

●容量测试：包括LSP建立速率；LSP激活到流量转发时间等；SegmentRouting中Segment容量等。PCC一般是高性能路由器，具备较大的容量，所以PCC容量测试重点在和新的协议相关的容量参数。

●转发性能测试：测试基于SDN的MPLS网络转发性能。

●稳定性和可用性测试：主备PCE倒换；快速重路由测试。

●应用场景和互联互通测试：这是SP-SDN网络设备测试的重点。运营商SDN是一个渐进式演进过程，其部署必然有和传统网络长期工程，逐步替代的过程，SDN能否支持传统网络同等场景，能否和传统网络无缝衔接，至关重要。主要测试场景包括但不限于：基于PCEP+RSVP-TE的MPLSVPNUnderlay；基于Segment Routing的MPLS VPN；基于PCEP和Segment Routing的负载均衡；基于Segment Routing的BGP short-cut；路由器实现Segment Routing网络和非SegmentRouting的互通。

3.3 运营商SDN北向接口一致性测试

SDN控制器的北向接口，给上层控制器或者应用程序提供统一的编程接口，北向接口的开放化和标准化，对于建立开放的可编程网络系统至关重要。目前，在SDN南向接口上，很多标准处于草案阶段，标准不完善给厂家留了很大非标实现空间，很多厂家加入了私有字段，造成异厂家控制器和路由器的互通困难，甚至同厂家不同产品线的控制器和路由器也存在类似问题。因此，运营商在部署SDN网络的时候，短期内不得不选择同一厂家的控制器和网络设备组成的黑盒系统。为了推进SDN的部署，运营商的短期目标是先在北向统一接口，制定一套满足业务要求的接口规范，要求所有厂家的系统北向符合规范。

另外一个现实是各种类型网络的北向接口标准化工作尚未完成，不同运营商内部的不同类型网络，制定的北向接口各不相同，厂家面临满足多种北向规范的挑战。因此，不管是运营商还是厂商，都有北向一致性测试的要求。

思博伦通信的iTest自动化测试平台具备很好的Restful和Netconf支持能力。目前，北向接口基本都是基于Restful接口。iTest可以根据规范的Yang模型，在RestConf之上快速开发出北向规范的一致性测试例。在此机制下，思博伦已经成功完成中国移动SPTN北向接口一致性测试套。同时，作为自动化测试和管理平台，除了测试例开发环境，iTest具有强大的测试例管理、执行、调试功能和测试报告生成能力，基于iTest平台，能在较短时间内交付北向规范的一致性测试套，支持从测试例执行到结果生成的全自动测试。图5是北向接口一致性测试原理图。

图5 北向接口一致性测试原理图

基于iTest的北向一致性测试平台对运营商和厂商来说都很重要，运营商可以依据一致性测试套验证多厂家系统对规范的符合度，能让超级控制器忽略底层实现细节，对SDN网络进行端到端业务编排和智能化调度。对厂家来说，利用这套一致性测试平台可以短期内完成多套规范的一致性测试套，验证解决方案到网络的集成能力。

3.4 测试SDN智能网络的业务

本文所讨论的测试主要还是针对设备的测试，这些测试在运营商SDN演进中是必要的测试。但是，如果仅限于设备测试是不充分的。SDN对运营商来说不是为了解决“通”的问题，传统网络已经解决了“通”的问题，SDN需要解决的是“更好的通”、“优化的通”、“智能的通”的问题。例如，国外运营商把用户自助业务开通作为SDN的一个必须应用场景，用户从网上订购业务，运营商通过快递发送接入设备给用户，用户收到后自助上网开通业务。又如，数据中心之间定期的备份，或者由故障收敛、突发事件、大型活动引起的数据量短期突发，需要运营商网络具备智能化的Proactive或者on-demand的流量优化和路径调整。因此，厂家和运营商都会面临以下问题：对于厂家来说，如何向运营商或者互联网公司来演示验证自己的SDN解决方案具备客户期望的端到端智能业务能力?对于运营商或者互联网公司来说，如何验证由多个厂家系统组成的端到端网络能否编排一种业务？开通业务需要多少时间，耗费多少资源？是否具备期望的智能优化能力？

运营商SDN除了进行基于功能、性能、容量、可用性等测试内容为主体的设备测试外，还需要进行基于业务效果的系统测试。

思博伦通信的iTest和SpirentTestcenter组成的解决方案，可以从服务角度测试运营商SDN系统。如前所述，iTest支持Restful和Netconf，具有很强的基于Yang模型的业务开发能力。约定好Yang模型，在iTest平台中可以方便地生成应用，可以是测试应用也可以是真实服务的编排模拟。同时，iTest也可以通过Tcl、Selenium、Database、Restful等自动化接口，对SpirentTestcenter进行自动化控制、执行流量发送、协议仿真、报告提取等测试行为。iTest也可以通过命令行、SNMP、SSH、Telnet等手段，监控交换机、路由器等网络设备的状态。因此，iTest能把整个系统集成在一起，自动编排服务，自动执行仪表服务流量和协议验证，自动获取测试报告和网络设备状态，并把多方结果整合成一个报告提供给验证者，真正从服务体验角度对运营商SDN网络进行测试（见图6）。

图6 测试SDN网络服务示意图

4 结束语

SDN是目前业界很热的技术，但是SDN不是目的，SDN是通往更优化的，能满足OTT业务发展要求的智能化网络的手段。条条大路通罗马，我们需要选择一条合适的路，运营商选择SDN方案需要考虑技术本身、业务需求、成本以及现有网络架构等多方面因素。测试是SDN技术方案选择的重要手段，由Spirent Testcenter和iTest组成的思博伦运营商SDN解决方案，可以验证运营商SDN设备和服务，帮助促进运营商SDN的部署。

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