网络架构革命运动掀起,技术指南
分类:网络运维

“智能化”已不再是手机的专有名词,网络架构同样也在走向“智能化”。转发层和控制层的分离实现了软硬件的分离和底层硬件的虚拟化,为网络的发展提供了一个良好的发展平台。因此SDN成为了网络的热门话题,而OpenFlow作为一个标准化SDN应用的协议也备受关注和推崇。Extreme Networks产品和技术行销总监Darius Goodall形象的将OpenFlow比喻成为未来网络的Android。

摘要

SDNs和OpenFlow是一个类似Linux的运动

Background:为什么需要 SDN

移动互联网、云计算以及物联网等应用驱动着数据中心的重大变革。随着应用的不断发展,网络带宽的需求提升,对数据中心提出了更多的要求,而传统的网络架构已经无法满足日益增长的需求。传统的数据中心面临着一场变革,而SDNs和OpenFlow的出现将会对其产生革命性的影响。“就像当初Linux的出现一样,SDNs和OpenFlow是一个类似Linux的运动。SDNs将成为网络的第三代代表。”Extreme Networks企业营销资深总监DougWills认为。

SDN的主要解决方案

那么什么是SDN呢?是由美国斯坦福大学cleanslate研究组提出的一种新型网络创新架构,其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来,从而实现了网络流量的灵活控制,为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。简单来说,SDN可以实现网络如电脑般可编程,可以创建易于管理的网络虚拟化层。而OpenFlow则是一个标准化SDN应用协议。

SDN的整体应用架构

SDN和OpenFlow技术在刚刚结束的拉斯韦加斯Interop活动里被认定为“网络最热门话题”,也是2012年6月13日-15日举办的东京国际网络通信展览会中高度传播与讨论话题。

SDN与网络安全

利用OpenFlow和SDN,用户便可定制网络来满足本地需求,消除不必要的功能,创建虚拟的、隔离的网络。据DougWills介绍,移动运营商使用OpenFlow能降低30-50%的管理和服务成本。

OpenFlow工作原理

虽然OpenFlow发展还处于早期阶段,但是在今年的前四个月,OpenFlow已经发放了1.0、1.2、1.3版本。DougWills透露,今年7月份将全部的Extreme Networks设备中嵌入Open Flow模块,到2013年第一季度整个软件将会启动发行。而且随着Open Flow标准的制定,Extreme Networks还将每隔6个月对其操作系统进行更新升级。

OpenFlow在SDN架构中的角色

据了解,Extreme Networks在中国的用户包括中国移动、中国联通运营商,7月份ExtremeNetworks所有设备中将嵌入OpenFlow模块,是否就意味着中国移动以及联通采用的设备中拥有Open Flow技术?Doug Wills表示中国移动在实验室在采用Open Flow软件进行工程释放,实验室将会持续使用该技术。据悉,越来越多的主流厂商开始部署Open Flow网络架构,谷歌、雅虎、eBay等互联网巨头已经成功部署了Open Flow SDN网络架构。Extreme已宣布了对Big Switch、日本NTT、及Nicira的Open Flow控制器提供类似的支持。

Background

“Extreme Networks对OpenFlow的部署十分积极,OpenFlow将成为未来网络的Android。”DariusGoodall表示,“我们希望可以打破思科在网络方面的垄断地位。”

软件定义网络(Software-defined networking,SDN),一种新的网络架构。SDN 提出的控制与转发平面分离、网络状态集中控制、支持软件编程等理念并不是什么新鲜事,但是长久以来一直没有非常突破性的进展。“为了让系统更好地工作,早期需要管理复杂性而后期需要提取简单性。” —唐·诺曼(Donald Arthur Norman)

事实上,就在最近CiscoLive2012大会上,思科公布了其SDN策略。思科CTO Padmasree Warrior表示,针对客户不同需求,思科将采取更广泛和深入多层次SDN策略。

目前 SDN 引起广泛关注得益于网络需求侧翻天覆地的变化:云计算业务(服务器虚拟化技术为代表)成为主流,移动互联网催生的大数据技术日益普及,包括网络在内的资源快速配置、弹性扩容、按需调用需求强烈。传统模式的弊端显现:网络设备硬件、操作系统和网络应用三部分紧耦合在一起,组成一个封闭系统,这三部分相互依赖、每一部分的创新和演进都要求其余部分做出同样的升级。

推类似AppStore应用商店

越来越多的网络新协议和新算法使得网络控制平面变得越来越复杂,但是现在的网络用户却对网络的易用性有更高的要求,希望网络具有更多的可编程能力,从而自动化、智能化网络管理。正如 SDN 的倡导者 Scott Shenker,U.C. Berkeley Professor 所言,网络发展目前还处于“管理复杂性”阶段,这样的架构严重阻碍了网络创新进程的开展。

据了解,Extreme Networks还推出了类似AppStore应用商店,可以为用户提供免费的产品。就目前来说,Extreme Networks免费提供了4个产品,分别是关于自动化网络管理器、身份管理器、移动运营商可实现应用程序加速的产品、网络分析工具。另外还有24个其他Extreme Networks顾客开发的应用,包括移动运营商、数据中心企业。

SDN Solutions

...

如何解决从“管理复杂性”阶段转变到“提取简单性”阶段呢?最先取得成功商用经验的是互联网企业Google。

Google 的 SDN 实践

Google 基于 SDN 技术改造其骨干网 G-scale(Backbone Network,也称WAN网)。WAN网的主要任务是负责全球12个数据中心之间的互联,数据流量的内容包括:1. 用户数据备份,例如视频、图片、语音等;2. 跨数据中心存储访问,例如计算资源和存储资源分布不同;3. 大规模的数据同步。WAN 网成本高昂,而且存在数据流量大但是链路带宽利用率低的问题:为了实现负载均衡,同时避免大流量都被分发到同一个链路上导致丢包,Google不得不使用过量链路,提供比实际需要多得多的带宽,实际链路带宽利用率只有30%~40%,而且仍不可避免有的链路很空闲,有的链路产生拥塞,设备必须支持很大的包缓存,成本高。为了增强网络的可管理性,Google 首先在带宽分配和路径计算方面尝试。解决思路是当一个新的数据要开始传输时,应用程序会评估所需要耗用的带宽,为它选择一条最优路径(如负载最轻但非最短路径,虽不丢包但延时大),然后把这个应用对应的策略通过控制器(Controller)下发到定制的交换机中,跟选择的路径绑定在一起,从而整体上使链路带宽利用率达到最优。

SDN 架构中最显著的一个特点就是采用集中式控制器(Controller):

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SDN架构

SDN 世界的两大山头

SDN 技术体系目前还处于激烈竞争阶段,相关新产品和新技术层出不穷,如果要梳理大致可以分为两个流派:

ONF(Open Networking Foundation,开放网络基金会 )

董事会成员:德国电信、Facebook、 Google, Microsoft、Verizon、Yahoo!、日本 NTT 电信、高盛公司

特点:面向用户

传统巨头大联盟(通过Linux基金会(Linux Foundation)合作)

成员:思科、IBM、 微软、Big Switch、博科、思杰、戴尔、爱立信、富士通、英特尔、瞻博网络、微软、NEC、惠普、红帽和VMware

协作项目:OpenDaylight

特点:大厂控制“嫌疑”

SDN 标准化组织

IETF(Internet Engineering Task Force,互联网工程任务组)

相对 ONF 而言,更多是由网络设备厂商主导,已经发布了多篇 RFC 文稿,内容涉及需求、框架、协议、转发但愿模型及 MIB 等。

ETSI NFV(Network Functions Virtualisation)

成员:欧洲电信标准协会(European Telecommunications Standards Institute,ETSI)包括 AT&T, 英国电信, 德国电信等

特点:主要工作成果是 “网络功能虚拟化白皮书”,对NFV的定义、应用场景、基本功能,以及SDN等技术的关系等内容进行描述。

ITU-T (国际电信联盟通信标准化组织)

由 ITU-T 指定的国际标准通常被称为建议(Recommendations),2012年开始 SDN 与电信网络结合的标准研究。

SDN Architecture

SDN在应用中大体上可以可以划分为三层体系结构:

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控制层(Control Layer)

基础设施层(Infrastructure Layer)

不同层次之间通过接口通讯:

北向接口(Northbound interface)

南向接口(Sorthbound interface)

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