SDN架構(gòu)與解析

1、SDN架構(gòu)與解析：深度開放與融合長期以來，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)總是以被動(dòng)方式進(jìn)行演變，并且大量的技術(shù)革新都落地在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身，如帶寬不斷提升，從千兆到萬兆、再到40G和100G;設(shè)備 體系架構(gòu)變化，也是為了性能地不斷提升，從交換能力幾十Gbps提升到T級(jí)別以致100T級(jí)別；組網(wǎng)變化，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的N:1集群性質(zhì)的虛擬化，在一定范圍 內(nèi)和一定規(guī)模上優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，簡化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)；大二層網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通過消除環(huán)路因素，支持了虛擬化條件下的虛機(jī)大范圍二層擴(kuò)散性計(jì)算。新的技術(shù)商用，總會(huì)引起設(shè)備的升級(jí)換代，并且隨著流量的巨大變化，網(wǎng)絡(luò)的部署與變 更技術(shù)上越來越復(fù)雜，網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)對流量變化上很難有良好的預(yù)期性，在當(dāng)前方式下，一旦

2、完成業(yè)務(wù)部署，通過網(wǎng)線連入網(wǎng)絡(luò)，流量吞吐對網(wǎng)絡(luò)的影響就難以控制、網(wǎng)絡(luò)的調(diào)整也就變得相當(dāng)滯后。軟件定義網(wǎng)絡(luò)一一 SDN(Software Defined Network) 的出現(xiàn)和理念演進(jìn)，開始改變網(wǎng)絡(luò) 被動(dòng)性的現(xiàn)狀，使網(wǎng)絡(luò)具備較大靈活程度的“定義”能力 ；這種可定義性，是網(wǎng)絡(luò)主動(dòng)“處 理”流量而不僅僅是 被動(dòng)“承載”流量，并使得網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算之間的關(guān)系不僅僅是“對接”， 而是“交互”。SDN的思想集中體現(xiàn)在控制面與實(shí)體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面之間分離，這對網(wǎng)絡(luò)的工作方式產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。高端用戶原本就不滿足于使用網(wǎng)絡(luò)預(yù)先設(shè)定好的功能，而是希望在自己的業(yè)務(wù)功能不斷豐富變化的過程中，能夠按照自身需求快速進(jìn)行調(diào)整。

3、而在控制層面分離出來后，或者說控制層面可以開放出來，更能實(shí)現(xiàn)虛擬化的靈活性，使得用戶能夠進(jìn)行程序編制，那么基于應(yīng)用與流量變化的快速響應(yīng)，便不需要完全依賴于設(shè)備供應(yīng)商的長周期軟硬件升級(jí)來完成。SDN的思想是將更多的控制權(quán)交給網(wǎng)絡(luò)使用者，除了設(shè)計(jì)部署、配置變更，還可以進(jìn)行 網(wǎng)絡(luò)軟件的重構(gòu)，使得新的技術(shù)驗(yàn)證可以先于商業(yè)化。這種網(wǎng)絡(luò)能夠以抽象化的方式解決網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性問題，解除了用戶收支網(wǎng)絡(luò)功能和特性的緊約束，能夠在更高層面研究和滿足項(xiàng)業(yè)務(wù)需求。1、當(dāng)前主流SDN的概念探討最經(jīng)典的SDN架構(gòu)描述是來自 ONF(Open Network Foundation) 的SDN系架構(gòu)圖(如圖 1所示)。圖1 SD

4、N體系架構(gòu)圖1表達(dá)了 SDN的分層解耦合概念， 包括通用的基礎(chǔ)硬件層、硬件抽象層、網(wǎng)絡(luò)、 上層應(yīng)用。其中基礎(chǔ)硬件與硬件抽象兩層組成物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也 就是SDNm構(gòu)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層 面；網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與上層應(yīng)用組成了控制層面。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面與控制層面之間以一種標(biāo)準(zhǔn)化 的交互協(xié)議來解耦合，此協(xié)議當(dāng)前為OpenFlow。這種去耦合的架構(gòu)，表明網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)及網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用（如控制協(xié)議等）不必運(yùn)行在物理設(shè)備上，而可以運(yùn)行在外部系統(tǒng)（如X86架構(gòu)的服務(wù)器）內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制的靈活可編程性。除了解耦合控制層面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面，SDN引入了集中控制的概念（如圖2所示）。對于傳統(tǒng)的設(shè)備，因?yàn)椴煌挠布?、供?yīng)商私有的軟件，使

5、得網(wǎng)絡(luò)本身相對封閉，只能通過標(biāo)準(zhǔn)的互通協(xié)議與計(jì)算設(shè)備配合運(yùn)行。網(wǎng)絡(luò)中所有設(shè)備的自身系統(tǒng)都是相對孤立和分散的， 網(wǎng)絡(luò)控制分布在所有設(shè)備中，網(wǎng)絡(luò)變更復(fù)雜、工作 量大，并且因?yàn)樵O(shè)備異構(gòu)，管理上兼容 性很差，不同設(shè)備的功能與配置差異極大；同時(shí)網(wǎng)絡(luò)功能的修改或演進(jìn)，會(huì)涉及到全網(wǎng)的升級(jí)與更新。而在 SDN的開放架構(gòu) 下，一定范圍內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)（或稱SDN或）,由集中統(tǒng)一的控制 邏輯單元來實(shí)施管理，由此解決了網(wǎng)絡(luò)中大量設(shè)備分散獨(dú)立運(yùn)行管理的問題，使得網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)、部署、 運(yùn)維、管理在一個(gè)控制點(diǎn)完成，而底層網(wǎng)絡(luò)差異性也因?yàn)榻怦詈系募軜?gòu)得到了 消除。集中控制在網(wǎng)絡(luò)中引入了SDN別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的角色一一SDNContr

6、oller ,也就是運(yùn)行SDN網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)并控制所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的控制單元。SDN能夠提供網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的接口，在此基礎(chǔ)上按照業(yè)務(wù)需求進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)與編程，并且是在 SDNController 上加載，從而使得全網(wǎng)迅速升級(jí)新的網(wǎng)絡(luò)功能，而不必再對每個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)進(jìn)行獨(dú)立操作。圖2封閉式網(wǎng)絡(luò)與開放網(wǎng)絡(luò)分層解耦合架構(gòu)中采用了OpenFlow的協(xié)議來分離網(wǎng)絡(luò)的控制與轉(zhuǎn)發(fā)層，圖 3是來自斯坦福的一張圖表明 OpenFlow的解耦模型。PMtrt * caiiflim1. ForwuiriJ pckrl !0 portf-s)X EjnufHuIvtr kA Fixwnl to ccrtlJcrilBir 里* S*n

7、4 3 rWE/pid z.MwfclyfMF q imJUpT feHLf Mt 砸 .T fr*F IpuEIlMjl fIR J Mf| MI-rnnAi whKb圖3 OpenFlow協(xié)議工作模式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（圖3中OpenFlowSwitch）由標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)硬件和支持OpenFlow代理的軟件構(gòu)成。OpenFlow定義的網(wǎng)絡(luò)硬件，不是傳統(tǒng)的交換模式，而是以一種流表的方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)處理，非常類似于當(dāng)前交換機(jī)使用的TCAM寸數(shù)據(jù)流的分類與控制行為，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的流均由流表中的規(guī)則來控制處理，可以達(dá)到極精細(xì)的粒度。OpenFlow協(xié)議定義了一種通用的數(shù)據(jù)平面描述語言，設(shè)備上的OpenFlo

8、w代理軟件通過與 OpenFlow Controller 建立安全加密（如SSL通信機(jī)制）通信隧道來接受對設(shè)備的控制轉(zhuǎn)發(fā)指令。所有的流表指令均被定義成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，通過Controller 與代理之間的加密協(xié)議可靠傳遞。 Controller上運(yùn)行的各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，均被轉(zhuǎn)換成OpenFlow “指令集”下發(fā)，從而易于實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的模式，這使得OpenFlow成為SDN構(gòu)下的重要技術(shù)。OpenFlow以一種比較理想的形式定義了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供應(yīng)方式，但這種定義使得網(wǎng)絡(luò)不 是一個(gè)平滑升級(jí)和演進(jìn)，而是一個(gè)顛覆性的更新，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)不能通過OpenFlow來升級(jí)，而 是需要被完全替換。同時(shí)，OpenFlow設(shè)備是一種

9、流表轉(zhuǎn)發(fā)，也需要新的體系架構(gòu)來設(shè)計(jì)網(wǎng)絡(luò)芯片，雖然現(xiàn)有TCAM術(shù) 能支持OpenFlow的特性，但是功能不完備、 大TCAMl項(xiàng)設(shè)備 極其昂貴。因此，當(dāng)前的 OpenFlow設(shè)備，基本是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上支持OpenFlow協(xié)議，規(guī)格受限的初期產(chǎn)品。OpenFlow的設(shè)計(jì)思路體現(xiàn)了 SDN構(gòu)，但是，這種思路只體現(xiàn)了集中控制的優(yōu)勢，對 于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維管理并沒有深入考慮，管理通信如何采用OpenFlow并與正常業(yè)務(wù)流的分離， 是否覆蓋替代還是與傳統(tǒng) SNMP/NETCONF管理方式，集中的 OpenFlow Controller 與分散 的OpenFlow網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間采取一種如何的管理方式更優(yōu)， 還需要

10、OpenFlow本身的技術(shù)不斷 實(shí)踐來印證。OpenFlow在協(xié)議定義上還不完善，針對已有網(wǎng)絡(luò)特性的定義還在補(bǔ)充變化，內(nèi)容變更會(huì)不斷持續(xù)，并逐步形成不同的技術(shù)版本，這使得軟件和硬件在配套兼容上存在較大的問題，這也是OpenFlow作為SDN協(xié)議的在網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用覆蓋不全方面的嚴(yán)重不足。2、1H3c SDN、體架構(gòu)與策略2.1 H3C SDN總體架構(gòu)與策略H3c在基于全網(wǎng)端到端的總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上，將會(huì)交付一個(gè)逐步發(fā)展豐富的SDN產(chǎn)品與解決方案集。(如圖4所示)H3c SDN當(dāng)前提供三大方案集：基于 Controller/Agent的SDNr套網(wǎng)絡(luò)交付、基于 Open API的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)開放接口、基于OAA

11、的自定義網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。在這三大方案集成基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化深度開放、用戶可融合的NPaaS(Network Platform as aService)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)即服務(wù)的 SDN系，既具備H3c已有的優(yōu)勢網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案，又能在各種層次融合與擴(kuò)展用戶自制化網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。2.2 基于Controller/Agent的SDN全套網(wǎng)絡(luò)交付在上述SDN基本體系架構(gòu)定義的框架下， H3c提供與此一致的方案架構(gòu)。如圖 5所示, H3C各在同一 SDN的架構(gòu)下，除了支持標(biāo)準(zhǔn)化的 OpenFlow協(xié)議，并提供基于 H3c自身成熟 技術(shù)的自有協(xié)議 RIPCRIPC(Remote IPC)。/應(yīng)用丁川史筱亞com回openst

12、ack云計(jì)算接口avntOF vSwitch里MlOF pSv/itchAPUPrMccolL Comwar6APttPr&dlComwareAPirSDKH3C ControllerQpenflowRemote IPCRouterSwilch圖 5 Controller/Agent 的 SDN網(wǎng)絡(luò)H3c將提供標(biāo)準(zhǔn)化的系列化 Controller 部件，能夠以O(shè)penFlow協(xié)議進(jìn)行OpenFlow設(shè) 備的集中控制，對上層提供靈活的開放接口，以滿足各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的調(diào)用需求。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品逐步集成 OpenFlow特性，滿足初始 OpenFlow網(wǎng)絡(luò)部署需求，并逐步豐富OpenFlow的 產(chǎn)品組成

13、，如圖6左圖構(gòu)建了整體 OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)。針對H3c優(yōu)勢技術(shù)IRF的進(jìn)一步強(qiáng)化，基于 Controller/Agent 架構(gòu)，以 H3CRIPCRIPC 的協(xié)議實(shí)現(xiàn)了 VCF的技術(shù)，如圖6右圖所示，使用多臺(tái)S5820V2組成的IRF結(jié)構(gòu)體工作為網(wǎng) 絡(luò)的Controller 角色，下聯(lián)多臺(tái) S5120HI。圖6 H3c SDN網(wǎng)絡(luò)的兩種實(shí)現(xiàn)圖8 VCC運(yùn)行VCF采用SDN架構(gòu)的N:1網(wǎng)絡(luò)虛擬化，不僅將多臺(tái)同一網(wǎng)絡(luò)層面的設(shè)備整合，也將另理各種操作均被虛擬化在層次的設(shè)備整合，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行如同一臺(tái)大型框式設(shè)備，運(yùn)行管 一臺(tái)大型設(shè)備內(nèi)。 所有的控制、設(shè)備管理均在S5820V2的IRF組上，其

14、它的S5120HI運(yùn)行為線卡模式。在這種 SDN構(gòu)下，H3c的RIPC協(xié)議消除了 OpenFlow協(xié)議在效率與管理上的 不足，并有效繼承了 H3C Comware平臺(tái)的原有IRF優(yōu)勢。2.3 基于Open API的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)自H3c實(shí)現(xiàn)SDN最重要的網(wǎng)絡(luò)需求是可編程性，即用戶可以在自身業(yè)務(wù)變化的情況下，根據(jù)需要 行軟件開發(fā)，這種需求的核心是網(wǎng)絡(luò)要有靈活開放的接口提供給用戶的編程實(shí)現(xiàn)。了多層化的Open API方案(如圖7所示)。OpenFlow基礎(chǔ)設(shè)備層面可以提供深度的SDK級(jí)標(biāo)準(zhǔn)化 VCCR絡(luò)(VCC: Virtual ComputingContainer虛擬計(jì)算容器)，并提供高級(jí)XML的訪問

15、操作NETCON標(biāo)準(zhǔn)接口體系，也是設(shè)備層面提供的一種標(biāo)準(zhǔn)接口模式 ；設(shè)備控制層面(SDN Controller),作為網(wǎng)絡(luò)，標(biāo)準(zhǔn)化的接口依據(jù) 現(xiàn)，對外可提供 VCC REST/SOAP NETCONF OpenFlow 等。Open API 與 H3c系統(tǒng)(Comware/iMC)內(nèi)部集成(Integrated)API( 建差另的SDNm構(gòu)，并在不同層次形成自有系統(tǒng)及對外開放與標(biāo)準(zhǔn)化， 程與應(yīng)用變化性需求得以滿足。Controller的不同實(shí)如RIPC)相輔相成，構(gòu) 使得不同用戶的可編圖7 H3c多層化的 Open API在Open API接口中，REST/SOA沈常規(guī)的高層協(xié)議編程接口，NE

16、TCON是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上新興的XML語言編程接口， OpenFlow是SDN的一種協(xié) 議，以上均是通用化的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，VCC則是H3c在長期網(wǎng)絡(luò)軟件技術(shù)積累過程中形成的一種更為底層的標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)。ComwareV程基于Linux內(nèi)核實(shí)現(xiàn)的新一代云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，當(dāng)前的架構(gòu)，基于類POSIX的Linux接口及擴(kuò)展形成一套開放的SDK, H3c提供了含SDK勺接口描述、調(diào)用庫、編譯環(huán)境等完備的編程環(huán)境，使得用戶可以使用 C/C+以幾乎完全等同于 Linux系統(tǒng)下的環(huán) 境進(jìn)行自 己的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序軟件開發(fā)，而ComwareV7m為用戶的軟件運(yùn)行提供了一個(gè)完整的系統(tǒng)環(huán)境，如圖 8所示。Corn ware- V

17、7在VCC境中，用戶程序包可獨(dú)立加載到設(shè)備上運(yùn)行，軟件可以不間斷業(yè)務(wù)升級(jí)。MAC?硬件表項(xiàng)Comware V7現(xiàn)有的特ComwareV7提供接口給用戶，軟件設(shè)計(jì)可以一定程度上訪問底層硬件，對、 進(jìn)行操作，或者設(shè)備的配置變更及相應(yīng)狀態(tài)監(jiān)控等，同時(shí)還可以利用 性來輔助實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)用戶軟件定義網(wǎng)絡(luò)的真正需求。2.4 基于OAA的自定義網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)早期，H3c提出了開放應(yīng)用架構(gòu)（Open Application Architecture）的網(wǎng)絡(luò)模型，即在H3c的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中提供具有計(jì)算能力的線卡，用戶可以在其上開發(fā)自己的特殊應(yīng)用，并通過 H3c的OAM聯(lián)協(xié)議與網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。基于SDN的架構(gòu)思路

18、，H3c演繹了更靈活的用戶化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)的OAA新的業(yè)務(wù)模式，可以方便用戶靈活實(shí)現(xiàn)自定義的網(wǎng)絡(luò)功能。在OAA基礎(chǔ)上，提出了兩種開放式的接口模型，如圖9所示。圖9左圖，顯示了一種全松耦合的 OAA架構(gòu)。針對用戶任意形態(tài)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，可能是在上的計(jì)算業(yè)務(wù)（如流量監(jiān)控分析、 數(shù)據(jù)旁路挖掘），也可 能是專用的業(yè)務(wù)設(shè)備（如、IPS、 加密機(jī)、數(shù)據(jù)壓縮機(jī)），用戶設(shè)備可以支持標(biāo)準(zhǔn)的 OpenFlow協(xié)議，即可與H3c網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信， 在OpenFlow協(xié)議中傳輸業(yè)務(wù)指令，對需要處理的網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行鏡像、牽引、封裝、定向等 操作，將清晰定義的數(shù)據(jù)流以合適的方式導(dǎo)引到用戶的計(jì)算設(shè)備進(jìn)行自定義處理。這種方案的本質(zhì)是，借助 SDN的模型，將用戶的數(shù)據(jù)處理設(shè)備運(yùn)行為SDN Controller 方式，而對特定業(yè)務(wù)流進(jìn)行處理。圖9右圖，顯示了一種緊耦合的 OA躲構(gòu)，其中分兩種模式：模式一，用戶自設(shè)計(jì)提供高性能計(jì)算單元子卡，H