H3C SDN解決方案建議書

H3CSDN解決方案建議書內(nèi)部公開DATE\@"yyyy-MM-dd"2014-01-26H3C機(jī)密，未經(jīng)許可不得擴(kuò)散第頁SDN簡介近兩年來SDN的概念被越來越廣泛地宣傳與接受，咨詢與研究機(jī)構(gòu)也頻頻調(diào)高其對SDN領(lǐng)域市場規(guī)模的預(yù)期。全球分析機(jī)構(gòu)Dell'Oro集團(tuán)的預(yù)測數(shù)據(jù)顯示：SDN的市場價值在2016年之前將達(dá)到15.9億英鎊，5年內(nèi)將實(shí)現(xiàn)17倍的增長;IDC也預(yù)測，到2016年，SDN產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將達(dá)到37億美元以上。從研究機(jī)構(gòu)到高校，從企業(yè)到網(wǎng)絡(luò)廠商，越來越多的人和組織都參與到SDN的宣傳推廣與使用中來。如成立于2011年3月份的開放網(wǎng)絡(luò)基金會(ONF)就致力于推動SDN的發(fā)展，同時負(fù)責(zé)制定與維護(hù)OpenFlow協(xié)議。又比如IETF最近新提交了I2RS的草案，其面向的目標(biāo)直指OpenFlow協(xié)議。其他的如NETCONFTCL/Python/等可能是用戶很熟悉的通信協(xié)議或接口，也已經(jīng)開始在SDN中有所應(yīng)用。 目前主流的SDN實(shí)現(xiàn)方案的形態(tài)，其主要思路還是將控制層提到設(shè)備外面來以便進(jìn)行統(tǒng)一的控制與管理，這里涉及到一個概念就是Controller與Agent，提取出來的控制層被定義為Controller(控制器)，而被抽離了控制層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)層被定義為Agent(代理)，剛剛提到的解耦合的控制層如何與原有的數(shù)據(jù)層通信的問題也就轉(zhuǎn)化為Controller如何與Agent通信，具體到實(shí)現(xiàn)技術(shù)涉及到OpenFlow/I2RS等協(xié)議，下面分別進(jìn)行簡單的介紹。OpenFlow協(xié)議最早的思想是出現(xiàn)在Stanford里的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目CleanSlate中，后來被Stanford的NickMcKeown教授發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行了更通用化的設(shè)計，在2008年同其他人共同發(fā)表了題為《OpenFlow:EnablingInnovationinCampusNetworks》的論文，首次提出了OpenFlow的概念，將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面與控制平面進(jìn)行了分離，通過將控制平面集中為Controller(控制器)并以標(biāo)準(zhǔn)化的接口對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理與配置，因此OpenFlow會將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分離為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面的交換機(jī)(也可以是路由器)與控制器(Controller)，他們之間通過OpenFlow協(xié)議進(jìn)行通信。在OpenFlow交換機(jī)中存在一個流表，用于接收控制器發(fā)來的流轉(zhuǎn)發(fā)策略。與目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所采用的二層(MAC)與三層(IP)轉(zhuǎn)發(fā)不同，OpenFlow從軟件(控制器)層面支持了比傳統(tǒng)硬件更多的控制轉(zhuǎn)發(fā)的能力，包括網(wǎng)絡(luò)報文中從1層到4層的關(guān)鍵信息，如MAC地址、IP地址、端口、VLAN、IP協(xié)議號等。通過支持OpenFlow協(xié)議可以將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行解耦合，同時將控制器集中，這樣用戶就可以通過集中的控制器來對整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)行為進(jìn)行全局的控制，而不是按網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自己的協(xié)議來進(jìn)行處理，同時由于每一臺網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要同控制器通信，控制器可以很容易就得到全局的拓?fù)湫畔?，進(jìn)而在控制器向上再提供開放API接口，供最終用戶在此基礎(chǔ)上開發(fā)針對自己網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，為網(wǎng)絡(luò)資源的管理與使用提供更多的選擇，從而讓用戶擁有更多對自己網(wǎng)絡(luò)的編程與定制化能力。H3CSDN解決方案做為國內(nèi)領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)廠商，H3C在SDN領(lǐng)域同樣有著深厚的積累，是目前唯一能夠提供從SDN設(shè)備、SDN控制器（Controller）、SDN業(yè)務(wù)編排、SDN應(yīng)用與SDN管理等全套SDN解決方案的廠商。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與解決方案不同，H3C的SDN設(shè)備、SDN控制器與整個SDN解決方案都提供了豐富、標(biāo)準(zhǔn)與開放的可編程接口（API），使得用戶能夠針對自己網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)使用這些可編程接口來開發(fā)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，并通過網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行智能掌控，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與用戶業(yè)務(wù)及應(yīng)用的無縫集成。數(shù)據(jù)中心解決方案由于數(shù)據(jù)中心云計算流量類型和流量突發(fā)的復(fù)雜性，希望全網(wǎng)實(shí)現(xiàn)clos架構(gòu)，如何避免環(huán)路，充分利用帶寬鏈路且實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡是網(wǎng)絡(luò)非常關(guān)心的問題。之前的stp會導(dǎo)致鏈路block，導(dǎo)致鏈路帶寬浪費(fèi)，其他的TRILL/SPB實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，支持設(shè)備較少，且無法實(shí)現(xiàn)L2隧道終結(jié)和L3轉(zhuǎn)發(fā)在同一臺設(shè)備上。H3CSDN數(shù)據(jù)中心解決方案，能夠充分利用集中式控制的優(yōu)勢，根據(jù)全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，基于流進(jìn)行路徑規(guī)劃，將網(wǎng)絡(luò)流量分散到不同路徑上去，在避免環(huán)路的同時實(shí)現(xiàn)了鏈路之間的負(fù)載均衡，和鏈路故障冗余切換，從而提高鏈路的利用率。該方案特點(diǎn)與優(yōu)勢：采用標(biāo)準(zhǔn)的Openflow1.3協(xié)議實(shí)現(xiàn)支持虛擬機(jī)創(chuàng)建與虛擬機(jī)遷移的自動感知與網(wǎng)絡(luò)策略自動跟隨支持多租戶虛擬機(jī)之間二、三層安全隔離和限速云管理系統(tǒng)支持，可以兼容OpenStack,VMware,H3CCAS，微軟Hyper-V,CloudStack等業(yè)界主流云管理系統(tǒng)支持物理網(wǎng)絡(luò)的大二層組網(wǎng)，支持二層多路徑負(fù)載均衡，全網(wǎng)無阻塞轉(zhuǎn)發(fā)，無需再啟用STP/TRILL/SPB等協(xié)議虛擬機(jī)遷移的自動感知與網(wǎng)絡(luò)策略自動跟隨在復(fù)雜的云環(huán)境中，如何高效利用網(wǎng)絡(luò)，讓創(chuàng)新的應(yīng)用發(fā)揮更大的價值成為當(dāng)前發(fā)展云計算的重要課題。尤其是通過網(wǎng)絡(luò)與云計算的深度融合，進(jìn)而統(tǒng)一聯(lián)動，讓網(wǎng)絡(luò)資源的潛能得以充分釋放，從根本上保障用戶的業(yè)務(wù)永續(xù)。網(wǎng)絡(luò)管理員在H3CIMC上定義VLAN、ACL、QoS網(wǎng)絡(luò)策略系統(tǒng)管理員在云管理系統(tǒng)創(chuàng)建虛擬機(jī)虛擬機(jī)管理系統(tǒng)創(chuàng)建VMH3CIMC向虛擬機(jī)管理系統(tǒng)查詢虛擬機(jī)信息，并將虛擬機(jī)和網(wǎng)絡(luò)策略進(jìn)行綁定IMC向SDNController注冊偵聽，并虛擬機(jī)MAC信息；SDNController探測到制定虛擬機(jī)發(fā)生遷移或者加入網(wǎng)絡(luò)將消息通知IMC；IMC收到消息后下發(fā)虛擬機(jī)對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)策略H3CSDN控制器通過OpenFlow協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)策略下發(fā)到OpenFlow交換機(jī)上。虛擬機(jī)遷移后，H3CSDN控制器通知IMC重新下發(fā)虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)策略，并將原有策略刪除。多租戶隔離云計算平臺中的虛擬機(jī)分配給多個租戶，租戶之間有安全隔離的需求。圖中虛線表示控制通道，實(shí)線表示數(shù)據(jù)通道，外網(wǎng)設(shè)備通過網(wǎng)關(guān)訪問租戶內(nèi)的主機(jī)；本圖中使用不同的網(wǎng)段表示屬于不同的租戶的主機(jī)，VM1、VM2、VM4屬于同一個租戶，而VM3、VM5、VM6屬于另外一個租戶；可以方便的定制策略控制外部網(wǎng)絡(luò)對租戶的主機(jī)進(jìn)行訪問；租戶內(nèi)可是實(shí)現(xiàn)不同主機(jī)之間互通，不論主機(jī)位于本地還是遠(yuǎn)端；定制策略實(shí)現(xiàn)兩個租戶之間隔離，如VM1和VM3之間不允許相互訪問，即使經(jīng)過網(wǎng)關(guān)進(jìn)行三層互訪也不行；如果兩個租戶有互通的需求又可以方便的定制策略完成兩個租戶所屬的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)三層互通；將ACL直接下發(fā)到物理Switch，而不必?fù)?dān)心Vswitch是否支持相應(yīng)的設(shè)置，使得整個策略能夠跨越虛擬化技術(shù)的限制在各種Vswitch上實(shí)現(xiàn)。計算資源彈性負(fù)載調(diào)度數(shù)據(jù)中心在用戶訪問量超過單臺服務(wù)器服務(wù)能力時，一般通過增加相同功能的服務(wù)器來滿足海量用戶的訪問需求。在傳統(tǒng)的部署環(huán)境中，用戶訪問量隨時間而變化，存在明顯的波峰和波谷，而服務(wù)器數(shù)量并不能根據(jù)用戶訪問量的多少進(jìn)行調(diào)整，存在很大的資源浪費(fèi)。通過基于SDN和云計算的彈性負(fù)載調(diào)度方案，根據(jù)用戶訪問量來調(diào)度提供服務(wù)的服務(wù)器數(shù)量，可以最大化利用資源，提升資源的利用率。1.在SDN系統(tǒng)中預(yù)先設(shè)置對外提供同一服務(wù)的虛擬機(jī)IP地址段，虛擬機(jī)對外服務(wù)的IP地址等內(nèi)容。資源增加：2.SDN系統(tǒng)和云系統(tǒng)實(shí)時監(jiān)測現(xiàn)對外提供服務(wù)的虛擬機(jī)（VM1）資源利用情況（網(wǎng)絡(luò)流量、CPU、內(nèi)存），發(fā)現(xiàn)資源利用率超過原設(shè)定的閾值并持續(xù)一定時間時，SDN系統(tǒng)調(diào)用云系統(tǒng)接口，創(chuàng)建新虛擬機(jī)。3.根據(jù)SDN系統(tǒng)的調(diào)用，云系統(tǒng)對現(xiàn)有虛擬機(jī)（VM1）進(jìn)行拷貝/克隆，創(chuàng)建新的虛擬機(jī)（VM2）。4.SDN系統(tǒng)偵聽VM2的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)VM2能夠提供服務(wù)時，將用戶新發(fā)生的流量引導(dǎo)到VM25.SDN系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測VM1和VM2的資源利用情況，發(fā)現(xiàn)VM1和VM2都超過設(shè)定閾值并持續(xù)一定時間時，重復(fù)步驟2、3創(chuàng)建新的虛擬機(jī)（VM3至VMn）6.SDN系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測VM1和VM2的資源利用情況，當(dāng)VM1的資源利用率恢復(fù)到設(shè)定的閾值以內(nèi)并持續(xù)一定時間時，用戶新的流量將引導(dǎo)到VM1上而不是VM27.SDN系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測所有VM的資源利用情況，并重復(fù)步驟5，從而確保更早創(chuàng)建的虛擬機(jī)（序號從VM1到VMn）盡量運(yùn)行在負(fù)載最大的狀態(tài)。資源回收：8.SDN系統(tǒng)持續(xù)監(jiān)測所有VM的資源利用情況，當(dāng)前最晚創(chuàng)建的虛擬機(jī)（VMn）資源利用率下降到設(shè)定的閾值并持續(xù)一定時間時，不再為該VM導(dǎo)入流量，而將流量引導(dǎo)到VM1至VMn-19.SDN系統(tǒng)給出需要回收虛擬機(jī)（VMn）的調(diào)用云系統(tǒng)接口，刪除或者停機(jī)該虛擬機(jī)10.云系統(tǒng)根據(jù)SDN系統(tǒng)的調(diào)用對不需要再提供服務(wù)的虛擬機(jī)（VMn）進(jìn)行刪除或是停機(jī)。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向SDN網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)H3C所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是基于相同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作系統(tǒng)Comware的，目前已經(jīng)在Comware中實(shí)現(xiàn)了OpenFlow等SDN協(xié)議，后續(xù)設(shè)備只需要進(jìn)行軟件升級即可支持SDN，軟件升級后可以通過命令來決定是否啟用SDN能力或者SDN與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能混合使用，從而實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)。在組網(wǎng)設(shè)計上與目前接入、匯聚、核心的三層結(jié)構(gòu)保持一致即可，最大程度保護(hù)用戶投資。成功案例聯(lián)通研究院智慧城市項(xiàng)目中國聯(lián)通以“智慧城市”發(fā)展為契機(jī)，通過打造智慧城市云平臺，發(fā)揮基礎(chǔ)資源優(yōu)勢，以行業(yè)應(yīng)用切入，整合產(chǎn)業(yè)資源，打造共贏模式，“智”于管理，“慧”及民生，促進(jìn)應(yīng)用創(chuàng)新及可持續(xù)發(fā)展，幫助政府落實(shí)規(guī)劃，提升政績。截止2012年8月，中國聯(lián)通已經(jīng)與23省的118個城市政府簽約，截止12月7日，56個重點(diǎn)城市中已完成31個城市政府簽約。根據(jù)智慧城市建設(shè)的整體規(guī)劃和建設(shè)要求，中國聯(lián)通智慧城市云平臺采用“總部+省分”兩級架構(gòu)規(guī)劃設(shè)計。即“1+4”:1管理節(jié)點(diǎn)(北京)、4個資源節(jié)點(diǎn)（上海、濟(jì)南、西安、廣州）的面向行業(yè)應(yīng)用的云計算服務(wù)平臺。華三在此項(xiàng)目中提供了SDN基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，包括SDN交換機(jī)：S12510-F，S5120-52SC-HI，SDN控制器與SDN云網(wǎng)融合APP，實(shí)現(xiàn)了智慧城市統(tǒng)一的虛擬化資源池網(wǎng)絡(luò)管理。包括通過一體化的監(jiān)控和部署工具對數(shù)據(jù)中心內(nèi)所有的物理資源和虛擬資源實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一化管理，實(shí)現(xiàn)智慧城市項(xiàng)目中的多租戶隔離，虛擬機(jī)遷移網(wǎng)絡(luò)策略自動跟隨，以及網(wǎng)絡(luò)的自動配置部署等功能。電信廣州研究院SDN合作實(shí)驗(yàn)－計算資源彈性負(fù)載調(diào)度數(shù)據(jù)中心在用戶訪問量超過單臺服務(wù)器服務(wù)能力時，一般通過增加相同功能的服務(wù)器來滿足海量用戶的訪問需求。在傳統(tǒng)的部署環(huán)境中，用戶訪問量隨時間而變化，存在明顯的波峰和波谷，而服務(wù)器數(shù)量并不能根據(jù)用戶訪問量的多少進(jìn)行調(diào)整，存在很大的資源浪費(fèi)。通過基于SDN和云計算的彈性負(fù)載調(diào)度方案，根據(jù)用戶訪問量來調(diào)度提供服務(wù)的服務(wù)器數(shù)量，可以最大化利用資源，提升資源的利用率。華三與電信廣州研究院共同進(jìn)行SDN合作實(shí)驗(yàn)，在研究院實(shí)驗(yàn)室中搭建了云系統(tǒng)與SDN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，當(dāng)終端用戶訪問量增長達(dá)到閾值時，SDN系統(tǒng)通知云系統(tǒng)動態(tài)增加業(yè)務(wù)虛擬機(jī)，業(yè)務(wù)虛擬機(jī)啟動后，SDN系統(tǒng)自動將增長的業(yè)務(wù)訪問流量調(diào)度到新的業(yè)務(wù)虛擬機(jī)上以分擔(dān)其他虛擬機(jī)的壓力。騰訊自定義路由協(xié)議－SRP騰訊公司的業(yè)務(wù)迅猛發(fā)展，需要更多的計算資源提供支撐。另外超大集中資源帶來的規(guī)模效應(yīng)，也可有效減低經(jīng)濟(jì)成本，提供具有成本效益的高效計算環(huán)境。這些訴求驅(qū)動騰訊數(shù)據(jù)中心服務(wù)器規(guī)模開始由五千臺服務(wù)器往超大規(guī)模的兩萬臺服務(wù)器規(guī)模構(gòu)建。但是，龐大的數(shù)據(jù)中心往往存在幾個方面的挑戰(zhàn)與問題。首先，是高成本運(yùn)作，網(wǎng)絡(luò)利用率非常低。在這種龐大的數(shù)據(jù)中心里，為了保證網(wǎng)絡(luò)的低故障率，業(yè)界在搭建網(wǎng)絡(luò)時習(xí)慣性地不讓網(wǎng)絡(luò)滿負(fù)荷運(yùn)作，并且在負(fù)荷達(dá)到50%的時候便考慮擴(kuò)容。同時為了保障網(wǎng)絡(luò)在故障時能夠迅速恢復(fù)，會對線路預(yù)留1：1冗余保護(hù)，即多預(yù)備一條線路，使得網(wǎng)絡(luò)故障時能夠切換到健康的線路上。第二，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量QoS不能得到有效分配與靈活變通?，F(xiàn)在定義業(yè)務(wù)的優(yōu)先的優(yōu)先級只能通過QoS級別，高質(zhì)量需求的業(yè)務(wù)制定高QoS級別，不夠靈活。SDN的應(yīng)用涉及到數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化。為優(yōu)化數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，騰訊通過構(gòu)建新的SRP協(xié)議（SequoiaRoutingProtocol，騰訊自研的路由協(xié)議）。SRP協(xié)議根據(jù)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)固定簡單的CLOS架構(gòu)組網(wǎng)和基于運(yùn)營的預(yù)先規(guī)劃的子網(wǎng)特點(diǎn)，通過預(yù)設(shè)好的靜態(tài)路由以及根據(jù)鄰居狀態(tài)信息動態(tài)解析相結(jié)合的方式生成實(shí)際可用的路由轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)。SRP協(xié)議的主要優(yōu)勢體現(xiàn)在：非計算的路由協(xié)議，可構(gòu)建超大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)；規(guī)劃到運(yùn)營的閉環(huán)，避免學(xué)習(xí)未規(guī)劃的IP子網(wǎng)帶來的安全隱患；在SRP控制平面上操作靜態(tài)路由，可快速實(shí)現(xiàn)和方便移植到不同交換機(jī)平臺。結(jié)合騰訊公司的需求，華三在其網(wǎng)絡(luò)設(shè)備操作系統(tǒng)Comware上開放了底層API，讓騰訊的自定義路由協(xié)議能夠運(yùn)行在華三的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之上，重新定義華三網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的路由與轉(zhuǎn)發(fā)功能，以滿足騰訊對網(wǎng)絡(luò)功能自定義的要求。世紀(jì)互聯(lián)SDN合作實(shí)驗(yàn)－廣域網(wǎng)流量調(diào)度世紀(jì)互聯(lián)在全國多地運(yùn)營IDC機(jī)房出租業(yè)務(wù)，IDC機(jī)房之間租用多家運(yùn)營商廣域網(wǎng)鏈路互聯(lián)，傳統(tǒng)廣域網(wǎng)路由協(xié)議只根據(jù)路徑最短而忽略路徑通信質(zhì)量來計算并進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)，所以會造成某些廣域網(wǎng)鏈路擁塞，而有些廣域網(wǎng)鏈路空閑，用戶體驗(yàn)差，廣域網(wǎng)帶寬利用率低。華三與世紀(jì)互聯(lián)共同進(jìn)行SDN合作實(shí)驗(yàn)，在世紀(jì)互聯(lián)IDC中部署H3CSDN設(shè)備與SDN控制器，對