Deploying SDN Architecture in Open Optical Transport Networks Master Thesis
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
Czech Technical University in Prague Faculty of Electrical Engineering Department of Telecommunication Engineering Deploying SDN architecture in Open Optical Transport Networks Master thesis Bc. Ivan Eroshkin Master programme: Electronics and Communication Branch of study: Communication Systems and Networks Author: Bc. Ivan Eroshkin Supervisor: Doc. Ing. LeoˇsBoh´aˇc,Ph.D. Company supervisor: M.Sc. Dominique Verchere, Ph.D. Prague, January 2020 Thesis Supervisor: Company Supervisor: Doc. Ing. LeoˇsBoh´aˇc,Ph.D. M.Sc. Dominique Verchere, Ph.D. Department of Telecommunication En- ENSA Lab gineering Nokia Bell Labs France Faculty of Electrical Engineering 7 Route de Villejust Czech Technical University in Prague 91620 Nozay, France Technick´a2 dominique.verchere@ 160 00 Prague 6 nokia-bell-labs.com Czech Republic [email protected] Copyright © January 2020, Bc. Ivan Eroshkin Declaration I hereby declare that I have written this master thesis independently and quoted all the sources of information used in accordance with methodological instructions on ethical principles for writing an academic thesis. In Prague, January 2020 ...................................................... Bc. Ivan Eroshkin iii ZADÁNÍ DIPLOMOVÉ PRÁCE I. OSOBNÍ A STUDIJNÍ ÚDAJE Příjmení: Eroshkin Jméno: Ivan Osobní číslo: 434675 Fakulta/ústav: Fakulta elektrotechnická Zadávající katedra/ústav: Katedra telekomunikační techniky Studijní program: Elektronika a komunikace Studijní obor: Komunikační systémy a sítě II. ÚDAJE K DIPLOMOVÉ PRÁCI Název diplomové práce: Využití konceptu softwarově definovaných sítí v otevřených optických transportních sítích Název diplomové práce anglicky: Deploying SDN architecture in Open Optical Transport Networks Pokyny pro vypracování: Hlavním cílem této diplomové práce je nastudovat architektury softwarově definovaných sítí a určit, jak mohou napomoci při řešení rostoucích požadavků na širší automatizaci v optických přenosových sítích. Úkolem studenta je metodicky vyhodnotit populární open-source kontroléry, jako je OpenDayLight, či ONOS a vybrat ten optimální pro implementaci. Kromě výše uvedené analýzy bude výstupem práce jednoduchý demonstrační příklad sítě ověřující spojení typu konec-konec. Seznam doporučené literatury: [1] EDELMAN, Jason, Scott LOWE a Matt OSWALT. Network programmability and automation: skills for the next-generation network engineer. Sebastopol, California: O'Reilly Media, 2018. ISBN 978-1-491931-257. [2] GORANSSON, Paul, Chuck BLACK a Timothy CULVER. Software defined networks: a comprehensive approach. Second edition. Singapore: Morgan Kaufmann, [2017]. ISBN 0-12804-555-8. [3] CHADHA, Devi. Optical WDM networks: from static to elastic networks. Hoboken, NJ, USA: Wiley, [2019]. ISBN 978-1-119393-269. Jméno a pracoviště vedoucí(ho) diplomové práce: doc. Ing. Leoš Boháč, Ph.D., katedra telekomunikační techniky FEL Jméno a pracoviště druhé(ho) vedoucí(ho) nebo konzultanta(ky) diplomové práce: Datum zadání diplomové práce: 25.09.2019 Termín odevzdání diplomové práce: 07.01.2020 Platnost zadání diplomové práce: 30.09.2021 ___________________________ ___________________________ ___________________________ doc. Ing. Leoš Boháč, Ph.D. podpis vedoucí(ho) ústavu/katedry prof. Mgr. Petr Páta, Ph.D. podpis vedoucí(ho) práce podpis děkana(ky) III. PŘEVZETÍ ZADÁNÍ Diplomant bere na vědomí, že je povinen vypracovat diplomovou práci samostatně, bez cizí pomoci, s výjimkou poskytnutých konzultací. Seznam použité literatury, jiných pramenů a jmen konzultantů je třeba uvést v diplomové práci. Datum převzetí zadání Podpis studenta CVUT-CZ-ZDP-2015.1 © ČVUT v Praze, Design: ČVUT v Praze, VIC Abstract With the rising demands on the network throughput, latency and security, legacy con- trol networking concepts should be reconsidered. Software-Defined Networking (SDN) is one of the possible solutions, to which telecommunication industry is moving. This work presents current state-of-the-art in Software-Defined Networking and focuses on some open-source solutions of SDN controllers, like ONOS and OpenDaylight. Main focus is to understand how SDN can help to solve increasing demand for broader automa- tion in Optical Transport Networks. The practical section is divided in two parts. Within the first part I focused on extending functionality of SDN controller to facilitate more efficient configuration and control of optical network devices. Main contribution was to implement additional features to SDN drivers for Nokia 1830 PSS (ROADM) and extend functionality of Nokia 1830 PSI-2T (Optical Transponder) driver. Second part is dedicated to the Alarm Correlation problematic in open optical networks. We designed, developed an Alarm Correlation function as a SDN application then we tested it on emulated optical devices to prove the concept. Keywords: Software-Defined Networking, SDN, NETCONF, OPENCONFIG, Open Network Operating Systems, ONOS 2.x, ODTN, Open and Disaggregated Transport Net- work, Open Optical Transport Networks, Optical Transponder, ROADM, Reconfigurable Add/Drop Multiplexer, Future Networks, Alarm Correlation, Alarm Localization. This work has been supported by Nokia Bell Labs Paris. v R´esum´e Les r´eseauxoptiques ´elastiquessont pr´evuspour le d´eploiement des r´eseauxde com- munication `atr`eshauts d´ebitsde nouvelle g´en´eration`acause des demandes croissantes des services utilisateurs exigeant des contr^olespr´ecis en terme de d´ebit,de latence et de s´ecurit´e. En cons´equence,les solutions de contr^oleexistantes pour offrir des services de connectivit´edoivent ^etrereconsid´er´ees. Les approaches orient´eeslogicielles "Software- Defined Networking" dites (SDN) sont les solutions de contr^olepossibles pour les r´eseaux t´el´ecomque les op´erateursanalysent actuellement en d´etails. Dans ce context, cette th`esepr´esente un ´etatde l'art des solutions de contr^olesdes r´eseauxde transports dits "SDN" et propose des ´evaluations et des exp´erimentations bas´eessur des impl´ementations open-source de contr^oleursSDN comme pr´ecis´ement ONOS et OpenDaylight. Le principal objectif de la th`eseest d´efinirdes cas d'utitisation bas´eessur ces impl´ementations logicielles SDN et de les exp´erimenter pour ´evaluer com- ment un contr^oleurSDN peut permettre l'ouverture des r´eseauxoptiques pour int´egrerdes ´equipements de diff´erents constructeurs et peut permettre l'automatisation des diff´erentes configurations de service de connectivit´ephotonique. Les exp´erimentations sont divis´eesen deux parties. La premi`erepartie consiste `a´etendreles fonctionnalit´esd'un controller SDN pour configurer et contr^olerde bout-en-bout des ´equipements de r´eseauoptique. La principale contribution a ´et´ede concevoir, d´evelopper et d'int´egrerdes fonctions nouvelles bas´ees sur le noeud optique reconfigurable optical add drop multiplexer , ou multiplexeur optique d'insertion-extraction reconfigurable ROADM de NOKIA 1830 PSS et sur le transpondeur optique NOKIA 1830 PSI-2T Optical Transponder. La deuxi`emepartie traite des probl`emesde gestion des alarmes dans les r´eseauxoptiques SDN ouverts, c’est-`a-diremulti-vendeurs, et principalement des fonctions de collection et de corr´elationd'alarmes. Une preuve de concepts de fonction de corr´elationd'alarme a ´et´e d´evelopp´eecomme une application SDN et a ´et´eint´egr´eedans un banc exp´erimental de r´eseauoptique pour tester cette application SDN. Ensuite cette application a ´et´e´evalu´ee sur un r´eseaud'´equipements optiques ´emul´espour ´evaluer son int´er^etdans un r´eseaude transport op´erationnel. Mots-Cl´es: Software-Defined Networking, SDN, NETCONF, OPENCONFIG, Open Network Operating Systems, ONOS 2.x, ODTN, Open and Disaggregated Transport Net- work, Open Optical Transport Networks, Optical Transponder, ROADM, Reconfigurable Add/Drop Multiplexer, Future Networks, Alarm Correlation, Alarm Localization. This work has been supported by Nokia Bell Labs Paris. vii Abstrakt Pro udrˇzen´ıtempa s rostouc´ımipoˇzadavky na pˇrenosovou rychlost, latenci a bezpeˇcnost je nutn´ezv´aˇzitsouˇcasnoukoncepci ˇr´ızen´ıs´ıt´ı. Software-Defined Networking (SDN) je jedno z moˇzn´ych ˇreˇsen´ı,ke kter´emu telekomunikaˇcn´ıpr˚umysl smˇeruje. Tato pr´ace pˇredstavuje souˇcasn´ystav Software-Defined Networking a zamˇeˇrujese na vybran´aopen-source ˇreˇsen´ıv oblasti SDN kontroler˚u,jako je ONOS ˇciOpenDaylight. Hlavn´ımc´ılemt´etoˇc´astipr´aceje vysvˇetlit,jak m˚uˇzeSDN pomoci vyˇreˇsitrostouc´ıpoˇzadavky na rozˇs´ıˇren´ıautomatizace v otevˇren´ych optick´ych s´ıt´ıch. Praktick´aˇc´astt´etopr´aceje rozdˇelen´ado dvou oblast´ı. V r´amciprvn´ıoblasti jsem se zab´yval rozˇs´ıˇren´ımfunkˇcnostiSDN kontroleru pro umoˇznˇen´ıkonfigurace a ˇr´ızen´ıoptick´ych komunikaˇcn´ıch zaˇr´ızen´ı. Hlavn´ım pˇr´ınosem je implementace nov´ych funkcionalit SDN driveru pro Nokia 1830 PSS (ROADM) a rozˇs´ıˇren´ıfunkcionality driveru pro Nokia 1830 PSI-2T (optick´ytranspond´er). Ve druh´eˇc´astipr´acejsem se zab´yval problematikou korelace alarm˚uv otevˇren´ych optick´ych s´ıt´ıch. V´ysledkem je funkce pro korelaci alarm˚uve formˇeSDN aplikace, kterou jsem d´aleotestoval na emulovan´ych optick´ych zaˇr´ızen´ıch pro prok´az´an´ıfunkˇcnosticel´eho konceptu. Kl´ıˇcov´aslova: Software-Defined Networking, SDN, NETCONF, OPENCONFIG, Open Network Operating Systems, ONOS 2.x, ODTN, Open and Disaggregated Transport Net- work, Open Optical Transport Networks, Optical Transponder, ROADM, Reconfigurable Add/Drop Multiplexer, Future Networks, Alarm Correlation, Alarm Localization. Tato pr´acebyla stvoˇrenaza podpory Nokia Bell Labs Paˇr´ıˇz. ix Word