SDN：軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Network, SDN ），是Emulex網(wǎng)絡一種新型網(wǎng)絡創(chuàng)新架構(gòu)，其核心技術(shù)OpenFlow通過將網(wǎng)絡設備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡流量的靈活控制。

　　當前，SDN(Software-Defined Networking，軟件定義網(wǎng)絡)正在成為整個ICT行業(yè)都在重點關(guān)注和津津樂道的話題，在本文中首先我想談談對SDN誕生的幾點思考，以及經(jīng)過5年研發(fā)后，我們現(xiàn)在對SDN的看法。

　　控制面抽象化

　　一直以來，“網(wǎng)絡管理難”都是我們不得不解決的問題。比如，一臺交換機所需的系統(tǒng)管理員支持工作量比一個計算節(jié)點高一個數(shù)量級。相比其它計算機科學技術(shù)，很難通過新增功能來實現(xiàn)網(wǎng)絡技術(shù)的演進。要構(gòu)建高效的系統(tǒng)，就需要抽象化地將“網(wǎng)絡管理難”問題分模塊處理。

　　數(shù)據(jù)面的運行速度達到納秒級，而且完全是本地的?？刂泼尕撠煕Q定如何配置轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)(包括算法或手工方式)。這個過程的處理時間從幾十毫秒到幾天不等，并且依賴于外部的信息輸入。因此，控制面從本質(zhì)上來說是非本地的。

　　這種分層方式是互聯(lián)網(wǎng)取得如此巨大成功的原因，并且讓各層獨立創(chuàng)新成為現(xiàn)實。比如，在網(wǎng)絡中部署一項新的光學技術(shù)后，網(wǎng)絡堆棧中其它功能都將保持不變，無須重寫整個網(wǎng)絡堆棧。這就是為什么互聯(lián)網(wǎng)可以在架構(gòu)幾乎不變的情況下，在速度、規(guī)模和使用多樣性方面提高了6～7個數(shù)量級。

　　作為SDN社區(qū)的成員，我們將數(shù)據(jù)面抽象化的做法是對的。另一方面，由于控制面只是基于各種協(xié)議，沒有可重用的抽象，因此對SDN的需求與日俱增。

　　在我們的定義中，SDN采用兩種控制面抽象化方式：(1)提供系統(tǒng)實施信息的網(wǎng)絡全局視圖;(2)采用OpenFlow等轉(zhuǎn)發(fā)模型的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)(這些模型在網(wǎng)絡控制層的服務器上運行)。這種定義帶來了重大變化，原因在于控制機制現(xiàn)在只不過是使用網(wǎng)絡操作系統(tǒng)API的圖算法。

　　如今，網(wǎng)絡管理和演進變得越來越簡單。數(shù)據(jù)面完全在交換機中進行運作，而控制面在使用商用硬件和第三方軟件的網(wǎng)絡服務器上運作。此外，可以獨立對控制面進行測試，無須依賴底層硬件。這讓網(wǎng)絡呈現(xiàn)IT化趨勢。

　　虛擬化：SDN的殺手級應用

　　我們不斷探索新的、更高級的模塊化類型。我們曾認為，控制程序?qū)⒂嬎愠鏊芯W(wǎng)絡交換機的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)配置數(shù)據(jù)。此外，我們還曾認為數(shù)據(jù)面非常簡單，而且交換機在角色和功能上變得趨同。

　　操作員通過控制程序下發(fā)網(wǎng)絡需求和策略。然而，控制程序不應該負責實施這些需求。這是因為模塊化的目標之一是使系統(tǒng)的可重用部分變得復雜化，并且讓每個應用程序的待寫內(nèi)容變得簡單。

　　我們正在推出一種新的、純邏輯的虛擬拓撲抽象和新的SDN層。操作員可以通過配置邏輯交換機來下發(fā)流表項需求和策略。SDN Hypervisor層將這些需求進行轉(zhuǎn)化后，發(fā)送給物理交換機(可當做虛擬拓撲的編譯器)。

　　我們已經(jīng)簡化了控制程序的編寫方式。同時，我們讓本來就很難的編譯器編寫工作更加困難了。

　　新的SDN層就是指網(wǎng)絡Hypervisor及其虛擬拓撲。首先，根據(jù)拓撲和待完成任務來編寫控制程序。然后網(wǎng)絡Hypervisor把虛擬拓撲的匯編信息融入物理網(wǎng)絡全局視圖。最后，網(wǎng)絡操作系統(tǒng)把全局視圖的配置信息下發(fā)給物理交換機。

　　實施網(wǎng)絡Hypervisor后，虛擬化成為SDN的殺手級應用。多租戶云中心(如Rackspace、亞馬遜)的大量客戶正在把網(wǎng)絡遷移到云中。為確保數(shù)據(jù)中心能夠提供滿足策略和需求的虛擬拓撲，網(wǎng)絡Hypervisor需匯編數(shù)千條底層配置信息，以滿足各租戶的需求。SDN出現(xiàn)以前，對數(shù)千個虛擬網(wǎng)絡進行動態(tài)更改是不可能的。通過簡化網(wǎng)絡管理，虛擬化為我們帶來了增值，讓人們愿意**SDN。

　　一般而言，虛擬拓撲僅僅是實施轉(zhuǎn)發(fā)的邏輯網(wǎng)絡。融入高級功能(如鑒權(quán))后，虛擬拓撲能傳達應用層面的語義(比如，允許誰和誰通話)，并且允許網(wǎng)絡Hypervisor在網(wǎng)絡層面實施這些策略。

　　如今，操作員可以通過抽象方式下發(fā)需求，網(wǎng)絡Hypervisor可完全自行決定如何滿足這些需求。這一點非常重要。

　　起初，我們曾認為交換機在角色和功能上是相似的。目前，網(wǎng)絡使用報文頭來讓主機與網(wǎng)絡通信，或者讓報文與路由器或交換機通信。收到報文后，交換機首先會問：“主機需要我把這條報文發(fā)到哪里?”之后，各個交換機會說：“根據(jù)上個問題的答案來查找轉(zhuǎn)發(fā)站，決定下發(fā)路徑”。

　　SDN為操作員提供一個清晰的全可編程方式來控制網(wǎng)絡。然而，SDN不會分離主機網(wǎng)絡和報文路由器接口。報文頭仍用于查找路由器或交換機。

　　將MPLS融入SDN

　　多協(xié)議標簽交換(MPLS)在區(qū)分網(wǎng)絡邊界和核心方面起到重要作用。報文到達第一個上層路由器時，邊界路由器會問：“主機想干什么?”，然后在報文中加入標簽，這個標簽只有在本地網(wǎng)絡中有意義。網(wǎng)絡核心無須了解報文頭，只是說：“從現(xiàn)在起，MPLS標簽足以讓我了解如何轉(zhuǎn)發(fā)報文”。

　　早在5年前，我們就應該把MPLS融入SDN，讓邊界路由器來讀取整個報文頭并將MPLS標簽嵌入報文，讓核心路由器來讀取報文。我們目前正在努力將MPLS融入SDN。

　　融入MPLS后，整個網(wǎng)絡被分解成模塊。在模塊化網(wǎng)絡中，各項任務只執(zhí)行一次：網(wǎng)絡邊界完全負責主機接口;網(wǎng)絡核心通過標簽管理報文路由器接口;SDN管理操作員接口。

　　我們提出分離網(wǎng)絡邊界和網(wǎng)絡核心的理由之一，是讓網(wǎng)絡核心專注于報文發(fā)送，而訪問控制和隔離功能則由網(wǎng)絡邊界來完成。顯然，網(wǎng)絡核心必須負責報文發(fā)送，包括組播和服務質(zhì)量(QoS)，而其它工作由網(wǎng)絡邊界來完成。

　　經(jīng)過簡化后，網(wǎng)絡核心只用負責一項任務，即在網(wǎng)絡邊界之間發(fā)送報文。這樣一來，網(wǎng)絡核心的工作性能得到大幅提升。

　　試想一下，一旦分離了網(wǎng)絡邊界和網(wǎng)絡核心，為什么不讓主機靠近網(wǎng)絡邊界呢?要實現(xiàn)這點，就得在主機上安裝可信的硬件和軟件(如主機網(wǎng)絡接口卡)以及大量分布式系統(tǒng)和安全措施。不過，我們可以想象把網(wǎng)絡部署在只看得見由主機生成的標簽的位置。

　　過去，網(wǎng)絡完全由硬件交換機組成。如今，軟件交換機成為了常見的網(wǎng)絡組成部分。在部署包括邊界和核心部分的網(wǎng)絡時，所有邊界交換機都應該是軟件交換機。這是我們的第二個激進的觀點。

　　數(shù)據(jù)中心已經(jīng)在使用虛擬交換機和Hypervisor。Verizon、AT&T和德電等大型互聯(lián)網(wǎng)服務提供商的所有帶寬都經(jīng)過網(wǎng)絡邊界。為了轉(zhuǎn)發(fā)這些流量，他們要花多少錢才能買到足夠的網(wǎng)絡核心設備呢?答案是他們需要花15萬美元，不及一臺中型路由器的價格?？v觀其他企業(yè)的網(wǎng)絡，我認為在網(wǎng)絡邊界采用軟件轉(zhuǎn)發(fā)這種方式并非行不通。

　　當然硬件轉(zhuǎn)發(fā)和軟件轉(zhuǎn)發(fā)在速度上存在兩個數(shù)量級的差別，我認為可以用軟件來滿足邊界轉(zhuǎn)發(fā)需求，提高邊界軟件的靈活性讓我們受益;無需在網(wǎng)絡核心實施軟件交換，因為核心只負責根據(jù)標簽來進行流量轉(zhuǎn)發(fā)，而硬件就能實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)。

　　邊界軟件轉(zhuǎn)發(fā)讓網(wǎng)絡架構(gòu)演進和多樣化成為可能。整個網(wǎng)絡中，只有網(wǎng)絡邊界的軟件需要了解本領(lǐng)域的協(xié)議，其它網(wǎng)絡部分無須了解協(xié)議。只需更改SDN控制程序，就能實現(xiàn)網(wǎng)絡架構(gòu)更新(如IPv4到IPv6)。一切就這么簡單。

　　可以在一個域中并行運行多個架構(gòu)。“在一個主機中并行支持多個架構(gòu)”這種想法看似很激進，但所需要的改變都非常簡單，都在我們的技術(shù)能力范圍內(nèi)。關(guān)鍵在于要說服人們，讓他們覺得落實這個想法是值得的。

　　邊界軟件的中間件功能

　　最后我還要提一點。一直以來我們都認為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)面是平的，很簡單。但現(xiàn)在我們應該改變這種看法。

　　互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)面只是實現(xiàn)“盡力而為”的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。而實際上，很多中間件或網(wǎng)絡設備都能擴大數(shù)據(jù)面，讓數(shù)據(jù)面實現(xiàn)各種功能，如防火墻、LAN優(yōu)化、網(wǎng)關(guān)、VPN、負載均衡和入侵檢測。數(shù)據(jù)面一點也不簡單。大中小型和超大型網(wǎng)絡中，中間件的數(shù)量比得上路由器和交換機的數(shù)量。

　　有4個重要的事實值得我們注意：

　　第一，大多數(shù)報文是由多個中間件處理的，這些中間件檢查各個報文并作出決定，如“這個報文的內(nèi)容與我無關(guān)，要把它扔掉”、“需要檢查報文，明確是否有人在攻擊我”，或者“需要實施防火墻功能以控制鏈接”;

　　第二，中間件通常部署在網(wǎng)絡邊界;

　　第三，中間件通常使用x86處理架構(gòu)，但并非所有情況都如此;

　　第四，中間件的報文處理流程比單純的報文轉(zhuǎn)發(fā)流程要復雜得多。

　　接受這4個事實后，還需要面對一個絕對無法回避的結(jié)論：SDN應該加強邊界軟件的中間件功能。

　　邊界軟件代表了從硬件到軟件的徹底轉(zhuǎn)變。硬件網(wǎng)絡退化成為“啞管道”——當初沒有中間件的時候，網(wǎng)絡就是啞管道。SDN控制下的邊界軟件帶來了有趣的轉(zhuǎn)變。

　　SDN的顛覆性本質(zhì)就體現(xiàn)在這個轉(zhuǎn)變中。

　　SDN對控制面實施精細的模塊化，讓交換機、網(wǎng)絡操作系統(tǒng)和控制程序各司其職。虛擬化讓控制程序和物理網(wǎng)絡實現(xiàn)解耦。作為虛擬拓撲，SDN平臺能完全控制實施需求的方式，如把功能放在網(wǎng)絡邊界，讓網(wǎng)絡核心進行流量轉(zhuǎn)發(fā)。軟件交換正在進行中。如果擔心時延問題，你可以算算目前中間件導致的時延。

　　總之，要利用軟件交換這一趨勢來靈活定義功能——就像虛擬數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域一樣。這場轉(zhuǎn)變正在改變網(wǎng)絡行業(yè)的性質(zhì)，促進創(chuàng)新，強化競爭并改善客戶體驗。謝謝閱讀，希望能幫到大家，請繼續(xù)關(guān)注VEVB武林網(wǎng)，我們會努力分享更多優(yōu)秀的文章?！?/p>
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