SDN

水深无声 2022-02-21 14:20 262阅读 0赞

**一、产生原因：（主要针对大中型数据网络）**

①网络业务发展的趋势。传统的网络难以适应新的需求，如数据中心的合并（意味着更多的设备、更复杂的布线、更多的网络流量）、服务器虚拟化（如何有效管理数量巨大的虚拟机、虚拟网络是一个问题）、新的架构应用（数据中心从传统的基于数据转发模式到基于服务的递交模式，数据中心趋于动态、复杂，传统的网络架构不适用）、云计算、BYOD。网络业务的发展要求管理员能够管理越来越复杂的网络和设备，部署各种各样复杂的应用，应对越来越大的数据流量。

②传统网络遇到瓶颈。传统的网络基于单个设备管理，使得日趋庞大的数据中心管理越来越麻烦。传统网络转发路径基于动态转发协议计算，管理员很难了解、管理转发路径。网络部署新业务历时很长。

③SDN改变了传统网络对数据流的控制方式。将每个设备的控制面玻璃出来，放到统一外部的服务器。

/\*

上层应用：规模扩展、服务能力     以云计算为例：IaaS，PaaS，SaaS  按需进行资源分配与调度能力。

传统网络: 明确、稳定。根据预设规定好的，相对静态。只可配置，不可编程。比如已经设定好功能的电饭煲，只能按照他的模式进工作。这样每台网络的部署、配置与管理需要落到每台设备上去手工完成。

配置过程：配置与管理指令 ——》控制平面——》生成相应的控制表

控制表有：数据链路层的MAC表、网络层的路由表、MPLS标签表、ACL访问控制表。

控制表是数据层转发的依据。

\*/

**二、SDN发展**

初创期：架构、设计思想

2009    The McKeown Group 发布首个基于Python语言的SDN控制器POX同时发布了OpenFlow

2010   MG 发布了开源SDN模拟器mininet

2011  开放网络基金会ONF成立

成熟期：

2012   Google、思科、NTT各大企业接受SDN思想、将SDN大规模应用。

2017 VMware宣布NSX带来10亿美元销售额

**三、应用场景：**

1. 数据中心

2. 广域网

**四、SDN标准化**

组织：

1. ONF ： SDN白皮书、Openflow协议、OF-Config

2.IETF （因特网工程任务组）关注点在功能与技术如何在网络中落地与实现

3.ITU-T  国际电信联盟电信标准化部门   关注点主要针对运营商网络

4.ETSI  欧洲电信标准化协会

七家运营商发起成立网络功能虚拟化标准工作组（NFV ISG）

工作室把SDN与NFV进行有机融合

**三、SDN架构**。

设计满足：

1。能够弹性响应上层应用变化的网络可编程

2。引入一个集中统一的 控制管理层

3。解耦网络设备的管理平面、控制平面与数据平面。

\- 架构为：由上而下

应用层：

API链接（北向接口）

控制层：SDN集中控制器

控制数据平面接口（南向接口）

基础设施层：网络设备

架构模式和与操作系统类比关系如下图所示：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2R1X2x1bg_size_16_color_FFFFFF_t_70][]

SDN网络架构的优势：

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L2R1X2x1bg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]、

ONF在SDN技术白皮书中给出的SDN的基本框架：

四个平面：应用平面、控制平面、数据平面、管理平面

两大接口：南向接口、北向接口

数据平面：

若干网元，每个网元包含一个或多个SDN数据路径

SDN数据路径：**逻辑上**的网络设备，负责转发和处理数据（没有控制）

包含控制数据平面接口代理、转发引擎表和处理功能

数据平面被抽象成了多级流表驱动的转发模型

控制平面：

两个任务：

1.将SDN应用层请求转换到SDN DataPath

2.为SDN应用提供底层网络的抽象模型（状态或事件）

关键技术：控制器，或叫网络操作系统

目前的开源控制器：NOX、POX、FloodLight、RYU、OpenDayLight、ONOS

应用平面：

\-- SDN应用逻辑与北向接口（NBI）驱动

\-- 通过北向接口与SDN控制器交互

管理平面：

静态工作：网元初始化配置，指定控制器、定义控制器及应用的控制范围

**南向接口（OpenFlow）：**

功能: 转发行为控制、设备性能查询、统计报告、时间通知等。

关键技术：转发面开放协议

OpenFlow的消息类型：

*  **controller-to-switch消息：**

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">名称</td> 
   <td style="width:283px;">说明</td> 
   <td style="width:123px;">备注</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">Feature</td> 
   <td style="width:283px;">发送Feature_Request消息请求交换机的特征信息</td> 
   <td style="width:123px;">由控制器发起、可能会要求交换机回复消息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">Configuration</td> 
   <td style="width:283px;">设置查询交换机的配置信息</td> 
   <td style="width:123px;">由控制器发起、可能会要求交换机回复消息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">Modify-state</td> 
   <td style="width:283px;">管理交换机流表项和端口状态等</td> 
   <td style="width:123px;">由控制器发起、可能会要求交换机回复消息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">Read-state</td> 
   <td style="width:283px;">收集交换机的各种信息、包括配置信息、统计信息和功能特性</td> 
   <td style="width:123px;">由控制器发起、可能会要求交换机回复消息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">Send-packet</td> 
   <td style="width:283px;">通过packet-out消息像交换机的指定端口发送数据包</td> 
   <td style="width:123px;">由控制器发起、可能会要求交换机回复消息</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:91px;">Barrier</td> 
   <td style="width:283px;">确保动作执行顺序、保持动作一致性</td> 
   <td style="width:123px;">由控制器发起、可能会要求交换机回复消息</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  **asynchronous消息**

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td style="width:156px;">名称</td> 
   <td style="width:341px;">说明</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:156px;">Packet-in</td> 
   <td style="width:341px;"> <p>流表中没有匹配项，则发送packet-in消息给控制器。有足够缓存：发送分组头中的控制信息和交换机的缓存标识（buffer_id）</p> <p>不支持缓存（或缓存不足）：发送整个数据包</p> <p>&nbsp;</p> </td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:156px;">Flow-removed</td> 
   <td style="width:341px;">流表项因为超时或修改等原因被删除时，会触发该消息。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td style="width:156px;">Port-status</td> 
   <td style="width:341px;">端口状态发生变化时（Up/Down），出发该消息</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

*  **symmetric消息列表**

<table style="width:500px;"> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>名称</td> 
   <td>说明</td> 
   <td>备注</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Hello</td> 
   <td>双方通过握手消息Hello建立安全连接。</td> 
   <td>任意一方发送，无需对方的许可或请求</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Echo</td> 
   <td> <p>用于测量延迟、带宽，或用于保持活动连接</p> <p>echo-request</p> <p>echo-reply</p> </td> 
   <td>&nbsp;</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>Vendor</td> 
   <td>为额外的功能预留空间</td> 
   <td>&nbsp;</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

北向接口：

向应用层提供抽象的网络视图，使应用能直接控制网络的行为。

关键技术： SDN北向接口设计：控制器将网络能力封装后开放接口，供上层业务调用。

REST API成为SDN北向接口的主流设计、还有Java API。

SDN逻辑击中控制架构与传统网络分布式架构各有什么优缺点：

SDN：

优点：控制层集中到一个平面，便于管理、维护、部署。方便运维人员排障运维。基于整个网络的高级编程方式。

缺点：控制平面的服务能力成了网络的瓶颈（可用分布式解决）。控制平面由于在远端，响应出现延迟。

传统：

优点:网络协议本身做到了与设备提供商无关，即协议相同，便可通信。控制数据在同一层，响应快。

缺点：传统网络部署、管理、维护非常麻烦。网络厂商多，配置命令不一致。运维成本高。

SDN抽象分为：

转发抽象（流表）、分布状态抽象（抽象设备和链路状态，为上层提供全局网络视图）、配置抽象（编程语言实现）、

OF-Config为OpenFlow的伴侣协议，实现OpenFlow的远端配置协议。

NetConf：网管协议，无法指导交换机转发。

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