1.概述

SDN（軟件定義網絡Software Defined Network）將控制同轉發分離，引入控制器（Controller）系統進行集中化管控，并通過控制器北向接口，向應用層或者上層控制器提供網絡抽象，使得網絡具備軟件編程的能力。

開放的北向接口，是SDN生態系統的核心。本文重點介紹北向接口相關標準化進展。

2.SDN架構及北向接口簡介

SDN包含數據平面、控制平面以及應用平面。基于控制器的視角，面向應用的接口為北向接口,面向基礎架構層的接口為南向接口。在層次化控制器的場景，控制器和控制器之間的接口也稱為北向接口。

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圖 1 SDN架構及北向接口

3.SDN北向接口標準化

3.1.傳統電信網絡北向接口
ITU-T(國際電聯電信標準化部門 ITU Telecommunication Standardization Sector)定義了電信管理網絡(TMN)分層架構原則，提出管理分層結構和五大功能，應用到SDH、OTN以及MPLS-TP等技術領域。電信運營商采用這種模型，引入了EMS、NMS、BOSS等系統，各系統的功能定義相對明確。

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圖 2 TMN架構及產品形態

TMN中提供的Q3接口復雜度高，使用CMIP協議（涉及OSI七層協議棧以及信息模型），未廣泛采納；Qx接口通常也是各廠商自定義，標準化程度不高。

TMF(電信管理論壇 TeleManagement Forum)關注網絡運營、維護、管理等，TOM、e-TOM模型及相關規范在電信網絡被廣泛采納。MTNMv3.5版本已經涵蓋SDH、WDM、OTN、PTN、Ethernet、RTN、GPON、DSLAM、ASON等技術領域業務模型。但MTNM所采用的CORBA技術因專業性強、復雜度高，不再適用當前開放的軟件架構；MTOSI系列標準的制定，在繼承MTNM網絡資源模型的基礎上，接口采用XML技術，并增加了面向Service的業務模型和操作。

BOSS系統由于商業模式原因，接口的標準化程度相對不高。

網絡IP化，業務IP化的普及，推動運營商網絡由CT向ICT轉型。但IP網絡最初采用分布式路由及信令，偏向單個設備的配置/管理，重點在南向接口，而北向接口缺少標準化。各廠商結合自身業務實現，對IP/MPLS相關北向接口進行定制，不利于運營商系統和設備商系統的集成。

3.2.ONF北向接口標準化
2011年3月ONF(Open Networking Foundation開放網絡基金會)成立，致力于推動SDN技術和標準，當前有多個工作組制定北向接口。

3.2.1.CIM工作組
信息模型是對物理資源的抽象表示，它包含了一組對象、對象之間的關系、對象屬性和對象可以執行的操作。北向接口根據信息模型來定義接口上交互的數據內容和操作。雖然不同的網絡技術具有不同的特點，但是這些技術所共有的一些信息模型應該是一致的。采用不同的信息模型會增加北向接口的復雜度，降低接口互操作性和可擴展性。因此CIM（Common Information Model通用信息模型）工作組致力于定義一個對于各種網絡技術公共的信息模型，即通用信息模型。

CIM工作組采用面向對象的方法，定義了網絡資源相關的對象以及對象之間的關聯，采用通用建模語言（UML）進行定義，與北向接口實現所采用的具體接口協議無關。CIM繼承了ITU-T、TMF等標準組織對于電信網絡的建模方法。通用信息模型包含與具體網絡技術無關的核心信息模型（例如拓撲、轉發等對象）、與特定網絡技術相關的信息模型（比如OTN、IP等）以及應用相關模型（比如NBI工作組當前定義的一些接口）。CIM工作組主要定義與技術無關的核心信息模型，2015年3月和11月，CIM工作組分別發布了CIM1.0和CIM1.1版本。

與技術相關的信息模型在各技術工作組中研究（如NBI、OTWG等）。

定義面向技術的北向接口標準時，針對不同的應用場景，可以對通用信息模型進行剪裁/重構，將信息模型映射為數據編碼以及接口代碼。

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圖 3 通用信息模型

ONF下屬的開源SDN社區2015年底成立了EAGLE項目，提供自動化工具，能夠將UML信息模型轉化為程序代碼。

3.2.2.NBI工作組
NBI(北向接口Northbound Interfaces)是ONF最早定義北向接口的工作組，在NBI引入了北向接口“維度”的概念——底層抽象接口，向網絡資源及功能；上層抽象接口，面向應用。

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圖 4 北向接口抽象維度

ONF NBI的工作經歷了兩個階段：

1、功能型北向接口(Functional NBI):自下而上看網絡，重點在網絡資源抽象及控制能力的開放，包括Topology、L2VPN、L3VPN、Tunnel等接口；CIM工作得到ONF認可后，NBI采納了CIM的方法論，嘗試集成部分信息模型。

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圖 5 功能型北向接口

2、基于意圖的接口(Intent-based Interface):自上而下看網絡，關注應用或者服務的需求，同具體的網絡技術無關。此部分工作目前依然處于探索階段。

開源SDN社區的BOULDER項目提供面向意圖的北向接口軟件，能夠屏蔽不同控制器的差異，并已經在ODL和ONOS上進行相關演示。

3.2.3.OTWG工作組
OTWG（光傳送工作組Optical Transport Working Group）采納CIM的模型，對OTN、ETH、MPLS-TP等傳送技術建模。2016年6月，OTWG發布TR527版本1.0(TAPI Function Requirement)，描述了控制器間接口功能需求以及控制器和協同器/應用層間功能需求，其中包括拓撲服務(Topology Service)、連接服務(Connectivity Service)、路徑計算服務(Path Computation Service)、虛擬網絡服務(Virtual Network Service for Transport)、通告服務(Notification Service)等。同時，OTWG啟動2.0版本的制定工作，包含節點配置、保護/OAM、多點/多層/多域等內容。

如圖6所示，基于OTWG功能需求描述，對ONF核心信息模型以及技術信息模型進行剪裁，生成北向接口UML信息模型。EAGLE項目提供了一組工具，能夠將UML最終轉化為Python代碼。SNOWMASS項目計劃2016年7月發布北向接口軟件開發包(SDKv1.0)。

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圖 6 T-API相關項目

2015年9月，華為在開源SDN社區推動成立ENGLEWOOD項目，提供平臺無關的抽象層，屏蔽各種控制器實現的差異性（如圖7所示）。

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圖 7 ENGLEWOOD項目軟件架構

3.3.IETF北向接口標準化
IETF(互聯網工程任務組Internet Engineering Task Force)負責互聯網相關技術規范的制定，最初關注分布式路由及信令協議，并制定SNMP協議及MIB、Netconf等南向接口。IETF最早有兩個SDN相關工作組： ForCES（forwarding and control element separation）和ALTO（application-layer traffic optimization）。隨著SDN理念逐步被業界所追捧，成立了越來越多的工作組，包括I2RS（Interface to the Routing System）、Spring(Source Packet Routing in Networking）、SFC(Service Function Chaining）、BIER(Bit Indexed Explicit Replication）、NetMod（NETCONF Data Modeling Language）、L3SM(L3VPN Service Model)等。

IETF并沒有獨立的北向接口工作組，各個工作組都在制定網絡功能相關的接口，并統一使用YANG數據模型進行接口描述。目前TEAS工作組開展了網絡拓撲、業務隧道等北向接口YANG模型的標準制定，CCAMP工作組開展與具體傳送技術相關的北向接口YANG模型標準研究。

2015年華為推動成立SUPA（Simplified Use of Policy Abstractions）工作組，主要目標是制定通用的Policy模型，并且將Intent Policy作為其中重要的研究內容。

3.4.MEF北向接口標準化
MEF(城域以太網論壇Metro Ethernet Forum)將以太網作為一種業務，定義業務的需求、屬性、OAM等，所有能夠提供這種業務的網絡，都能夠得到MEF的認證。MEF當前定義的以太網服務接口，可以認為是一種基于意圖的Intent接口。

3.5.各標準模型演進
北向接口的開放及標準化，對SDN產業的發展至關重要。業界各廠商以及標準組織，包括一些頂級技術專家，都致力于北向接口的統一。經歷兩年多的努力，當前ITU-T、TMF、ONF、MEF等組織，基本達成共識，使用統一的網絡資源信息模型。同時，在IETF，也逐漸有一些提案，建議采用通用信息模型。

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圖 8 信息模型演進歷史

4.總結

SDN應用的多樣性，使得北向接口的需求多變，進而導致北向接口標準化面臨挑戰。各標準組織逐漸傾向采用統一的信息模型，前景美好，任重而道遠。

參考文獻
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[2] ONF TR-521, “SDN Architecture 1.1”, 2016.02
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[5] ITU-T G.800, “Unified Functional Architecture of Transport Networks”, 2016.04
[6] ITU-T G.7711， “Generic protocol-neutral information model for transport resources”, 2015.08
[7] TMF TR215, “Logical Resource- Network Model Advancement and Insights”
[8] TMF TR225, “Logical Resource: Network Function Model”
[9] MEF 7.2, “Carrier Ethernet Management Information Model”,2013.04