SDN基本原理

软件定义网络的基本架构-ONF定义的三层架构

ONF定义的基于OpenFlow的三层架构

技术特点

技术架构

• 转发与控制分离
• 转发面进行了标准化

优点

• 流量调度
• 开放生态链

IETF提出的技术架构

主要思想

技术架构

• 开放现有网络设备的能力
• 标准化开放的API

优点

• 充分利用了现有的网络设备和路由协议
• 快速实现

NICRA（被VM收购）提出的Overlay技术架构

技术特点

技术架构

• 网络边缘软件化
• Overlay技术

优点

• 与物理网络解耦
• 部署非常灵活

ETSI的NFV技术

运营商网络

技术架构

• NFV与SDN互补
• 本质有很大不同

不能算是SDN架构

ONF定义的SDN基本架构

基本架构自下而上分为：转发层、控制层、应用层

• 转发层：一种新型网络创新架构，实现了网络设备控制与转发的分离
• 控制层：网络虚拟化的一种实现方式，核心技术为OpenFlow
• 应用层：实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能。

四个平面

管理平面

• 负责静态的工作：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。

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

应用逻辑方面

• 应用交付能力（负载均衡、访问控制、应用加速）

控制平面

三个部分

• 北向接口（NBI）代理
• SDN控制逻辑（ControlLogic）
• 控制数据平面接口驱动（CDPI Driver）

两个任务

• 将SDN应用层请求转换到SDN Datapath
• 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，网络操作系统（NOS）或网络控制器（开源SDN控制器有NOX、POX、FloodLight、RYU、OpenDayLight、ONOS等）

数据平面

若干网元（NetWork Element）：包含一个或多个SDN数据路径（SDN Datapath）

SDN datapath：

• 逻辑上的网络设备，负责转发和处理数据
• 一个SDN Datapath包含控制数据平面接口表和处理功能

关键技术

• 对数据面进行抽象建模

  

两大接口

南向接口

• 控制平面和数据平面之间的接口（CDPI）
• 功能：转发行为控制、设备性能查询、统计报告、时间通知等
• ONF架构特点：标准化的南向接口协议（OpenFlow），不依赖于底层具体的厂商的交换设备。

南向接口的关键技术

• 转发面开放协议（南向接口协议）：允许控制器控制交换机的配置以及相关转发行为。

  

北向接口

• 应用平面与控制平面之间的接口（NBI），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。
• 开放的、与厂商无关的接口
• 开放的、与厂商无关的接口

北向接口的关键技术

• SDN北向接口设计：控制器将网络能力封装后开放接口，提供上层业务调用。
• REST API成为SDN北向接口的主流设计
• 交换机状态采集、静态流表推送、防火墙策略等多种类型的接口。

  

SDN网络核心思想

• 解耦
• 抽象
• 可编程

解耦

• 将控制平面和数据平面分离：解决两层在物理上紧耦合导致的问题
• 解耦后，控制平面负责上层的控制决策，数据平面负责数据的交换转发，双方需遵行开放接口进行通信
• 传统网络

  

• SDN网络

  

• 解耦合带来的问题
  • 控制平面的服务能力成为网络性能的瓶颈
  • 多控制器如何交互路由信息，保持分布式节点状态的一致性
  • 控制平面的响应延迟。导致的数据平面可用性问题

抽象

• 转发抽象

  

• 分布状态抽象

  

• 配置抽象：网络行为的表达通过编程语言实现，基于简化抽象模型，将抽象配置映射为物理配置（命令行、网关协议接口、控制器提供的API）
• Overlay架构上的抽象

  

可编程

• SDN在数据平面与控制平面解耦后提供了开放的可编程接口
• 传统网络管理接口：命令行、网管协议、脚本语言等初级管理方式
• 网络管理员需要基于整个网络的更高级的编程方式
• 网络可编程：主动网络（开放网络节点的编程接口、用户数据上根据用户需求执行相应计算）、4D架构（数据平面、发现平面、扩展平面、决策平面）
• SDN的可编程接口

  

• SDN的数据平面也支持可编程（Intel高性能网络数据处理框架DPDK、斯坦福大学 数据平面可编程语言P4）

相关实验：Mininet的应用实践