ONOS研究材料

1、整理1、ONOS預(yù)熱篇之ONOS簡介（一）ONOS問世后引起廣泛關(guān)注，關(guān)于ONOS與ODL的紛爭不絕于耳，最近小編拜讀了一下ONOS白皮書，并做了一點(diǎn)粗淺總結(jié)，下面就跟大家分享一下。1 ONOS誕生背景1.1 ONOS誕生的利益分析隨著移動(dòng)設(shè)備的不斷普及，OTT服務(wù)和內(nèi)容分發(fā)的興起導(dǎo)致服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)迫切的需要一次網(wǎng)絡(luò)變革。為了應(yīng)對(duì)日益增長的帶寬需求，服務(wù)提供商希望網(wǎng)絡(luò)可以更加敏捷高效，且能從創(chuàng)新型服務(wù)和新型業(yè)務(wù)模式中分一杯羹得到更好的發(fā)展，至此SDN的呼聲越來越高。而SDN中控制器占重要部分，是兵家必爭之地，陸陸續(xù)續(xù)已經(jīng)出現(xiàn)了很多SDN控制器，如OpenDaylight、OpenContrai

2、l、Ryu、Floodlight、NOX、SPOX等等，其中最受矚目的莫過于OpenDaylight了。OpenDaylight是由設(shè)備商主導(dǎo)的一個(gè)開源控制器，雖然打著開放的旗號(hào)，但是OpenDaylight一直排斥基于開放的協(xié)議方案，而是想采用折中的方案，即以開放專用接口的方式保留傳統(tǒng)設(shè)備，采取以退為進(jìn)的方式維護(hù)自己的利益。不可否認(rèn)地，設(shè)備商擁有豐富的設(shè)備研發(fā)經(jīng)驗(yàn)， OpenDaylight也確實(shí)是一款優(yōu)秀的控制器，但是在這樣的壓力下，運(yùn)營商不得不采取應(yīng)對(duì)措施。于是，運(yùn)營商推出了開放網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)ONOS。1.2 ONOS又憑什么與OpenDaylight叫板呢？過去幾年來已經(jīng)有幾款關(guān)于軟件定

3、義網(wǎng)絡(luò)的控制器，然而，我們很清楚地了解大部分控制器缺乏可擴(kuò)展性、可靠性，除此之外，他們的性能不夠良好且抽象層過于簡單粗糙，并不能用于商業(yè)化產(chǎn)品。這些控制器直接向功能組件發(fā)送OpenFlow消息，而這些功能組件直接為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備創(chuàng)建OpenFlow消息，這樣看來，這些控制器更像是設(shè)備驅(qū)動(dòng)。它們不具備一個(gè)完整的SDN控制器平臺(tái)所需的性能特征。真正需要的是一個(gè)一體化的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，ONOS就是為了滿足這些需求而創(chuàng)建。一個(gè)操作系統(tǒng)應(yīng)該具備下述功能：§ 用戶資源管理。確保所有用戶有同樣的權(quán)利，沒有資源匱乏也沒有資源泛濫、公平、合理的分配資源。§ 用戶隔離。由于每個(gè)用戶都希望全權(quán)分配資源，

4、所以將用戶相互隔離，在多個(gè)應(yīng)用和多個(gè)設(shè)備之間多路傳輸，并且通過資源虛擬化技術(shù)讓用戶享用各自的虛擬化OS可操作應(yīng)用。§ 抽象層管理。提供一個(gè)抽象層方便用戶使用操作系統(tǒng)所管理的服務(wù)和資源，無需了解網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性；且在不改變應(yīng)用的前提下，可以靈活拓展操作系統(tǒng)所管理的設(shè)備。§ 提供用戶安全保障機(jī)制。§ 提供敏捷高效性服務(wù)。用戶無需重建相同的服務(wù)，提高使用效率。ONOS具備一個(gè)操作系統(tǒng)所具備的所有功能，不僅僅是控制器的功能。除此之外，ONOS還提供技術(shù)社區(qū)專欄，給更多的研究學(xué)者提供更廣闊的交流、共享平臺(tái)。2 ONOS社區(qū)概覽ONOS的發(fā)布是一場業(yè)內(nèi)盛宴，集聚了知名的服務(wù)提供商

5、（如AT&T、NTT通信）、高標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商（如Ciena、Ericsson、Fujitsu、Huawei、Intel、NEC）、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商（如Internet2、CNIT、CREATE-NET），以及其他合作伙伴（如SRI、Infoblox），并且獲得ONF的鼎力支持。2.1 ONOS社區(qū)的目標(biāo)打造一個(gè)社區(qū)，共同完成SDN的愿景與使命：§ 生產(chǎn)高質(zhì)量的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)軟件；§ 創(chuàng)建高效的開源流程，吸引更多同道中人；§ 通過不斷努力以及貢獻(xiàn)促進(jìn)社會(huì)科技、生活的發(fā)展。2.2 ONOS社區(qū)的自我要求§ 顧客，服務(wù)顧客；§ 精英，采用精英管理體

6、制；§ 創(chuàng)新，堅(jiān)持創(chuàng)新；§ 質(zhì)量，始終如一地追求高質(zhì)量；§ 尊重，永遠(yuǎn)尊重別人；§ 透明化，透明化操作及管理。3 ONOS簡介服務(wù)提供商希望他們的網(wǎng)絡(luò)敏捷、高效，滿足日益增長的帶寬需求，以創(chuàng)新服務(wù)和新型業(yè)務(wù)模式獲取收入。軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN是服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵，而ONOS是一個(gè)為服務(wù)提供商量身打造的新型運(yùn)營商級(jí)別的SDN網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，由ON.Lab和ONOS社區(qū)內(nèi)領(lǐng)先的服務(wù)提供商、供應(yīng)商和開發(fā)者共同開發(fā)。ONOS是首款開源的SDN網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，主要面向服務(wù)提供商和企業(yè)骨干網(wǎng)。ONOS的設(shè)計(jì)宗旨是滿足網(wǎng)絡(luò)需求實(shí)現(xiàn)可靠性強(qiáng)、性能好、靈活度高。此外，ONO

7、S的北向接口抽象層和API支持簡單的應(yīng)用開發(fā)，而通過南向接口抽象層和接口則可以管控OpenFlow或者傳統(tǒng)設(shè)備?？傮w來說，ONOS將會(huì)實(shí)現(xiàn)以下功能：§ SDN控制層面實(shí)現(xiàn)電信級(jí)特征（可靠性強(qiáng)，性能好，靈活度高）；§ 提供網(wǎng)絡(luò)敏捷性強(qiáng)有力保證；§ 幫助服務(wù)提供商從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)遷移到白牌設(shè)備；§ 減少服務(wù)提供商的資本開支和運(yùn)營開支。ONOS架構(gòu)概述：ONOS具有下述核心功能：§ 分布式核心平臺(tái)，提供高可擴(kuò)展性、高可靠性以及高穩(wěn)性能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商級(jí)SDN控制器平臺(tái)特征。ONOS像集群一樣運(yùn)行，使SDN控制平臺(tái)和服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)具有網(wǎng)頁式敏捷度。§

8、北向接口抽象層/APIs，圖像化界面和應(yīng)用提供更加友好的控制、管理和配置服務(wù)，抽象層也是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁式敏捷度的重要因素。§ 南向接口抽象層/APIs，可插拔式南向接口協(xié)議可以控制OpenFlow設(shè)備和傳統(tǒng)設(shè)備。南向接口抽象層隔離ONOS核心平臺(tái)和底層設(shè)備，屏蔽底層設(shè)備和協(xié)議的差異性。且南向接口是從傳統(tǒng)設(shè)備向OpenFlow白牌設(shè)備遷移的關(guān)鍵。§ 軟件模塊化，讓ONOS像軟件操作系統(tǒng)一樣，便于社區(qū)開發(fā)者和服務(wù)提供商開發(fā)、調(diào)試、維護(hù)和升級(jí)。   SDNLAB語：SDN時(shí)代的到來為服務(wù)提供商提供了轉(zhuǎn)型機(jī)遇，為了能夠從創(chuàng)新型服務(wù)和新型業(yè)務(wù)模式中分一杯羹，服

9、務(wù)提供商一直在探索轉(zhuǎn)型的跳板。ONOS就是一款為服務(wù)提供商量身打造的產(chǎn)品，助力服務(wù)提供商轉(zhuǎn)型。隨著ONOS的參戰(zhàn)，業(yè)內(nèi)競爭愈加激烈，SDN的發(fā)展前景也越來越明朗化。期待12月5號(hào)，ONOS的首發(fā)！2、ONOS預(yù)熱篇之架構(gòu)簡析（二）ONOS是首款專門面向服務(wù)提供商和企業(yè)骨干網(wǎng)的開源SDN網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，是由一家名為開放網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室（ON.Lab）的非盈利性組織打造的一款商用控制器，并將于美國時(shí)間2014年12月5日全球首發(fā)。ONOS旨在為服務(wù)提供商和企業(yè)骨干網(wǎng)提供高可用性（HA）、可橫向擴(kuò)展及高性能的網(wǎng)絡(luò)需求。由于該項(xiàng)目得到了業(yè)界各知名大佬包括服務(wù)提供商AT&T、NTT，網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商Ciena

10、、Ericsson、Fujitsu、Huawei、Intel、NEC，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商Internet2、CNIT、CREATE-NET的資助和開發(fā)，并獲得了ONF的鼎力支持，使得ONOS的消息一公布就被炒得炙手可熱，可謂賺足了眼球。目前市面上已經(jīng)有很多開源SDN控制器，包括NOX、Beacon、SNAC和POX，這些控制器的問世向我們展示了SDN的魅力與潛力。但是我們必須清楚這些控制器并不能用于商業(yè)化的產(chǎn)品，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈蓴U(kuò)展性、可靠性以及良好的性能等商業(yè)所需的關(guān)鍵特性。據(jù)稱這也將是一款能與OpenDaylight抗衡的一款商業(yè)級(jí)SDN網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。那么，ONOS到底怎樣實(shí)現(xiàn)商業(yè)化性能的，它的架構(gòu)

11、到底出色在哪里？下面小編從ON.Lab官方發(fā)布的白皮書摘取了相關(guān)資料來簡析一下ONOS的架構(gòu)。1. ONOS架構(gòu)ONOS架構(gòu)設(shè)計(jì)伊始就將服務(wù)提供商放在首位?？煽啃詮?qiáng)、靈活度高以及良好的性能都是最基本的要素，同時(shí)它還具有強(qiáng)大的北向接口和南向接口。ONOS具有的核心功能主要包含：北向接口抽象層/APIs、分布式核心、南向接口抽象層/APIs、軟件模塊化，具體將做詳細(xì)分析。下圖給出了ONOS的設(shè)計(jì)架構(gòu)圖:圖 1. ONOS的設(shè)計(jì)架構(gòu)圖1.1 北向抽象層ONOS有兩個(gè)強(qiáng)大的北向抽象層：Intent架構(gòu)和全局網(wǎng)絡(luò)視圖。Intent架構(gòu)屏蔽服務(wù)運(yùn)行的復(fù)雜性，應(yīng)用向網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求服務(wù)而不需要了解服務(wù)運(yùn)行的具體細(xì)節(jié)

12、。應(yīng)用更多的集中于能做什么，而不是怎么做。全局網(wǎng)絡(luò)視圖為應(yīng)用提供了網(wǎng)絡(luò)視圖，包括主機(jī)、交換機(jī)以及和網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的狀態(tài)參數(shù)，如利用率。應(yīng)用可以通過APIs對(duì)網(wǎng)絡(luò)視圖進(jìn)行編程，一個(gè)API可以為應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)視圖。確切的說，北向接口抽象層和APIs將應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)細(xì)節(jié)隔離，而且也可以隔離應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)事件（如連接中斷）。相反的，將網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)與應(yīng)用隔離，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)可以管理來自多個(gè)、競爭應(yīng)用的請(qǐng)求。從業(yè)務(wù)角度看，提高了應(yīng)用開發(fā)速度，并允許在應(yīng)用不停機(jī)的狀態(tài)下進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)更改。1.2 分布式核心（DISTRIBUTED CORE）分布式核心平臺(tái)提供組件間的通信、狀態(tài)管理，領(lǐng)導(dǎo)人選舉服務(wù)。因此，多個(gè)組件表現(xiàn)為一個(gè)邏輯組件

13、。對(duì)設(shè)備而言，總是存在一個(gè)主要組件，一旦這個(gè)主要組件出現(xiàn)故障，則連接另一個(gè)組件而無需重新創(chuàng)建新組件和重新同步流表。對(duì)應(yīng)用而言，網(wǎng)絡(luò)圖形抽象層屏蔽了網(wǎng)絡(luò)的差異性。另外，應(yīng)用可以獲悉組件和數(shù)據(jù)平臺(tái)的故障代碼。這些都大大簡化了應(yīng)用開發(fā)和故障處理過程。從業(yè)務(wù)角度看，ONOS創(chuàng)建了一個(gè)可靠性極高的環(huán)境，有效地避免應(yīng)用遭遇網(wǎng)絡(luò)連接中斷的情況。而且，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展時(shí)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商可以方便地?cái)U(kuò)容數(shù)據(jù)平臺(tái)，且不會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中斷。通過相同的機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商也可以實(shí)現(xiàn)零宕機(jī)離線更新軟件。總而言之，分布式核心平臺(tái)是ONOS架構(gòu)特征的關(guān)鍵，將SDN控制器特征提升到電信運(yùn)營商級(jí)別。圖 2. ONOS分布式核心架構(gòu)圖1.3 南向

14、接口抽象層南向抽象層由網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成，例如交換機(jī)、主機(jī)或是鏈路。ONOS的南向抽象層將每個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元表示為通用格式的對(duì)象。通過這個(gè)抽象層，分布式核心平臺(tái)可以維護(hù)網(wǎng)絡(luò)單元的狀態(tài)，并且不需要知道底層設(shè)備的具體細(xì)節(jié)。這個(gè)網(wǎng)絡(luò)單元抽象層允許添加新設(shè)備和協(xié)議，以可插拔的形式支持?jǐn)U展，插件從通用網(wǎng)絡(luò)單元描述或操作映射或轉(zhuǎn)化為具體的形式，反之亦然。所以，南向接口確保了ONOS可以管控多個(gè)使用不同的協(xié)議的不同設(shè)備。南向抽象層的主要優(yōu)勢(shì)包括：§ 可以用不同的協(xié)議管理不同的設(shè)備，且不會(huì)對(duì)分布式核心平臺(tái)造成影響。§ 擴(kuò)展性強(qiáng)，可以在系統(tǒng)中添加新的設(shè)備和協(xié)議。§ 可以輕松地從傳統(tǒng)設(shè)備遷移到支

15、持OpenFlow的白牌設(shè)備。1.4 軟件模塊化軟件模塊化是ONOS一大結(jié)構(gòu)特征，方便軟件的添加、改變和維護(hù)。ONOS的主體架構(gòu)是圍繞分布式核心平臺(tái)的三層架構(gòu)，核心平臺(tái)內(nèi)部的子結(jié)構(gòu)也能體現(xiàn)模塊化特征，核心平臺(tái)的存在價(jià)值就是約束任何一個(gè)子系統(tǒng)的規(guī)模并保證模塊的可拓展性。此外，連接不同模塊的接口是至關(guān)重要的，允許模塊不依賴其他模塊獨(dú)立更新。這樣就可以不斷更新算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并且不會(huì)影響整體系統(tǒng)或是應(yīng)用，這一特點(diǎn)是確保軟件穩(wěn)定更新的關(guān)鍵。ONOS建立樹形結(jié)構(gòu)不僅僅為了遵循而是要加強(qiáng)這些結(jié)構(gòu)原則。合理控制模塊大小并且模塊之間保持適當(dāng)依賴形成一個(gè)非循環(huán)的結(jié)構(gòu)圖，模塊之間通過API模塊之間關(guān)聯(lián)，正如下圖所

16、示：圖 3. ONOS模塊結(jié)構(gòu)圖軟件模塊化的優(yōu)勢(shì)歸納為一下幾點(diǎn)：§ 保證結(jié)構(gòu)的完整性和連貫性；§ 簡化測試結(jié)構(gòu)，允許更多的集成測試；§ 減小系統(tǒng)某部分改變的影響，從而降低維護(hù)難度；§ 組件具有可拓展和可定制的特性；§ 規(guī)避循環(huán)依賴的情況。2. 總結(jié)本文簡析了ONOS的設(shè)計(jì)架構(gòu)，因?yàn)榻馗迩爱a(chǎn)品還未發(fā)布，只是根據(jù)官方發(fā)布的白皮書簡要闡述它們的設(shè)計(jì)意圖、理念以及架構(gòu)各層面主要特點(diǎn)。想要具體了解ONOS還待12月5日正式發(fā)布及小編后續(xù)的文章。3、ONOS預(yù)熱篇之開放分布式SDN操作系統(tǒng)（三）關(guān)于構(gòu)建ONOS（開放式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）的項(xiàng)目專題，是通過性能激

17、發(fā)創(chuàng)建的實(shí)驗(yàn)性分布式SDN控制平臺(tái)，滿足大型運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性、可用性需求。提出了2個(gè)版本的ONOS原型，第一個(gè)原型版本實(shí)現(xiàn)的核心功能是實(shí)現(xiàn)一個(gè)分布式的但在邏輯上集中的全局網(wǎng)絡(luò)視圖、可擴(kuò)展性和容錯(cuò)。另一個(gè)原型版本側(cè)重于提高性能，基于這兩個(gè)原型的實(shí)踐，已形成論文發(fā)表ONOS: Towards an Open, Distributed SDN OS，確定需要ONOS來支持使用案例，如核心網(wǎng)絡(luò)流量工程和調(diào)度，變成一個(gè)在可用的開源SDN社區(qū)構(gòu)建分布式網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)平臺(tái)。一、 介紹近年，學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界對(duì)SDN產(chǎn)生了極大的興趣。一個(gè)開放的、廠商中立的、控制數(shù)據(jù)平面分離的接口如OpenFlow，允許網(wǎng)絡(luò)硬件

18、和軟件獨(dú)立發(fā)展，并促進(jìn)了免費(fèi)的開源的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的發(fā)展，來更換傳統(tǒng)的、價(jià)格昂貴的、專有的硬件和商用硬件。通過管理網(wǎng)絡(luò)資源和提供高層次的抽象和APIs，NOS提供一個(gè)開放的平臺(tái)，它簡化了創(chuàng)新有益網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的創(chuàng)建并且服務(wù)于多種硬件網(wǎng)絡(luò)。為了支持大型網(wǎng)絡(luò)，NOS必須滿足可擴(kuò)展性大、性能高、可用性強(qiáng)的需求。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的討論，并考慮到服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)中的流量工程使用，我已確定幾個(gè)極具挑戰(zhàn)性的需求，如圖1：圖1：ONOS需求§ 高吞吐量，達(dá)到1M requests/s；§ 低延遲，事件進(jìn)程10-100ms；§ 全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)大小，數(shù)據(jù)量最高達(dá)到1TB；§ 高可用性，9

19、9.99%的服務(wù)可用性。為了解決上述問題，已在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)上運(yùn)行開放網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（Open Network Operating System，ONOS）。ONOS采用一個(gè)分布式架構(gòu)，可達(dá)到高可用性和高擴(kuò)展性，為應(yīng)用程序提供一個(gè)全局的網(wǎng)絡(luò)視圖，即使物理上分布在多服務(wù)器，邏輯上也可集中管控。ONOS作為一個(gè)開源項(xiàng)目，主要通過下面兩個(gè)重要原型的開發(fā)逐漸發(fā)展演變：（1）原型1在分布式平臺(tái)上為擴(kuò)展性和容錯(cuò)能力致力于全局網(wǎng)絡(luò)視圖；（2）原型2致力于提高性能，尤其是為事件延遲添加了一個(gè)事件通知框架，改變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)模型并添加緩存層。二、 原型1：網(wǎng)絡(luò)視圖、擴(kuò)展和容錯(cuò)ONOS最初的挑戰(zhàn)是創(chuàng)建一個(gè)有用的抽象層、全

20、局網(wǎng)絡(luò)視圖、以及在一個(gè)系統(tǒng)上跨多個(gè)服務(wù)器運(yùn)行在控制層面的擴(kuò)展和容錯(cuò)能力。使用開源構(gòu)件建立的第一個(gè)原型是為了快速驗(yàn)證以及更深入探索設(shè)計(jì)的可能性。根據(jù)現(xiàn)有的開源SDN控制器Floodlight開發(fā)出第一個(gè)原型，使用了Floodlight的部分模塊，包括交換機(jī)管理、I/O回環(huán)、鏈路發(fā)現(xiàn)、模塊管理和REST APIs。下圖顯示了原型1的系統(tǒng)架構(gòu)：圖2：原型1架構(gòu)2.1 全局網(wǎng)絡(luò)視圖ONOS含有全局網(wǎng)絡(luò)視圖功能，在集群中通過ONOS服務(wù)器管理和共享網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，并提供一個(gè)對(duì)應(yīng)底層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)視圖模型。在每個(gè)ONOS實(shí)例中發(fā)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)，如交換機(jī)端口、鏈路和主機(jī)信息構(gòu)成全局網(wǎng)絡(luò)視圖，并從全局網(wǎng)絡(luò)視圖中

21、讀取應(yīng)用程序確定轉(zhuǎn)發(fā)策略，然后將轉(zhuǎn)發(fā)策略依次寫到網(wǎng)絡(luò)視圖中，當(dāng)視圖信息發(fā)生變化時(shí)，將變化消息發(fā)送到相應(yīng)的OpenFlow控制器并下發(fā)到在指定的交換機(jī)上。初始的網(wǎng)絡(luò)視圖數(shù)據(jù)模型，采用Titan圖形數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)、使用Cassandra鍵值存儲(chǔ)實(shí)現(xiàn)分布式和可持續(xù)性，通過Blue-prints圖形API暴露網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)給應(yīng)用程序。由于Cassandra具有一致性存儲(chǔ)的特性，所以保障了網(wǎng)絡(luò)試圖的最終一致性。2.2 可擴(kuò)展性O(shè)NOS的一個(gè)關(guān)鍵功能是其可擴(kuò)展性和容錯(cuò)能力的分布式架構(gòu)，ONOS運(yùn)行在多個(gè)服務(wù)器上，每個(gè)作為專屬的master OpenFlow控制器，管理網(wǎng)絡(luò)子集中的交換機(jī)。一個(gè)ONOS將獨(dú)立完成對(duì)網(wǎng)絡(luò)

22、及交換機(jī)的控制并負(fù)責(zé)全局網(wǎng)絡(luò)視圖之間的狀態(tài)變化；當(dāng)數(shù)據(jù)平面容量增長或者在控制平面需求增加時(shí)，附加的ONOS應(yīng)用實(shí)例可以被添加到ONOS集群中分發(fā)控制平面的工作負(fù)載，體現(xiàn)了良好的可擴(kuò)展性。2.3 容錯(cuò)能力在ONOS分布式體系結(jié)構(gòu)中，當(dāng)一個(gè)組件或ONOS實(shí)例失敗時(shí)，有其他剩他實(shí)例的情況下，允許重新分配，保障系統(tǒng)仍能繼續(xù)工作。ONOS的架構(gòu)允許在運(yùn)行時(shí)組件存在于一個(gè)實(shí)例，但是提供多個(gè)冗余的實(shí)例，接管之前的失敗實(shí)例來控制組件。在運(yùn)行時(shí)通過在所有實(shí)例中選擇一個(gè)最優(yōu)實(shí)例來代替初始實(shí)例。一個(gè)交換機(jī)可以連接多個(gè)ONOS實(shí)例，但是對(duì)于每個(gè)交換機(jī)來說，只有一個(gè)主（master）實(shí)例控制。這個(gè)master實(shí)例獨(dú)自負(fù)

23、責(zé)發(fā)現(xiàn)交換機(jī)信息和控制交換機(jī)，當(dāng)一個(gè)ONOS主實(shí)例失敗時(shí)，剩余的實(shí)例選擇一個(gè)新的master來控制交換機(jī)。與每個(gè)交換機(jī)一致性匹配度最高的ONOS實(shí)例被選擇運(yùn)行最為master，以確保在所有交換機(jī)中，被選擇的這個(gè)ONOS實(shí)例能夠負(fù)責(zé)每臺(tái)交換機(jī)。用Zookeeper管理交換機(jī)和控制器之間的關(guān)系，包括監(jiān)測和反饋ONOS實(shí)例是否失?。煌瑫r(shí)，ONOS實(shí)例一定要與Zookeeper保持連接為了成為交換機(jī)的master控制器。如果一個(gè)ONOS實(shí)例與Zookeeper失去連接，另一個(gè)ONOS實(shí)例將負(fù)責(zé)控制此交換機(jī)。Zookeeper使用一個(gè)匹配的協(xié)議維持與ONOS很大的一致性，且只要大多數(shù)服務(wù)器可用，Zook

24、eeper就有很強(qiáng)的容錯(cuò)能力。2.4 評(píng)估第一個(gè)ONOS原型開發(fā)歷經(jīng)4個(gè)月，在2013年4月在ONS（Open Networking Summit）大會(huì)上演示了ONOS原型1，這個(gè)演示顯示ONOS控制幾百個(gè)虛擬交換機(jī)、使用網(wǎng)絡(luò)視圖下發(fā)端到端的流、動(dòng)態(tài)添加交換機(jī)和ONOS實(shí)例到集群中、針對(duì)ONOS實(shí)例停機(jī)的故障轉(zhuǎn)移以及針對(duì)鏈路響應(yīng)失敗重新添加路由等。總體來說，雖然已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的基本功能，但是一些設(shè)計(jì)選擇導(dǎo)致性能和可用性并不好，主要表現(xiàn)是一下幾個(gè)方面：§ 一致性和完整性。Titan在Cassandra上最終要保持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的一致性以及圖形架構(gòu)的完整性，比如一條鏈路必須連接兩個(gè)節(jié)點(diǎn)；

25、67; 低性能和可見性。原型1延遲比預(yù)期差很多，主要原因在于使用開源軟件，雖然很快可以完成開發(fā)，但是這些開源軟件之間的協(xié)調(diào)，并不容易。而且ONOS的開發(fā)者并不是特別熟悉這些開源代碼，導(dǎo)致性能并不高；§ 數(shù)據(jù)模型問題。使用Titan存儲(chǔ)導(dǎo)致所有數(shù)據(jù)如Port,flow entries等都需要以Vertices存儲(chǔ)，需要構(gòu)建一個(gè)索引來查詢數(shù)據(jù)，如交換機(jī)數(shù)據(jù)。當(dāng)大量節(jié)點(diǎn)加入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，并發(fā)的數(shù)據(jù)量增加導(dǎo)致索引構(gòu)建就會(huì)成為瓶頸；§ 過多的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作。Titan和Cassandra間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換會(huì)產(chǎn)生過多數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作導(dǎo)致延遲；§ 輪詢問題。通過周期同步數(shù)據(jù)，沒有實(shí)現(xiàn)訂閱分發(fā)，增

26、加CPU的使用率。通過模型1的測試及分析，需要設(shè)計(jì)更高效的數(shù)據(jù)模型，減少多余的數(shù)據(jù)操作，實(shí)現(xiàn)訂閱分發(fā)機(jī)制以及簡化API等。三、 原型2：性能提高原型2主要集中關(guān)注于提高ONOS的性能，但是這個(gè)導(dǎo)致改變了網(wǎng)絡(luò)視圖架構(gòu)并添加了事件通知架構(gòu)，如下圖所示：圖3：原型2架構(gòu)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)操作是原型1最大的性能瓶頸之一，所以在原型2中主要通過盡可能快的遠(yuǎn)程操作、減少ONOS遠(yuǎn)程操作量這2種方法解決這個(gè)問題。主要涉及的優(yōu)化主要有：1.RAM云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。使用內(nèi)存來代替普通硬盤來存儲(chǔ)，從而大大提高存儲(chǔ)速度；2.優(yōu)化數(shù)據(jù)模型。新設(shè)計(jì)了一個(gè)data model，更新相對(duì)獨(dú)立，大大減少了數(shù)據(jù)的讀寫操作，優(yōu)化了性能；3.拓?fù)?/p>

27、緩存。原型1讀取拓?fù)浞浅：臅r(shí)，ONOS將拓?fù)湫畔⒋嬖诟咚倬彺嬷?，從而提高了讀取拓?fù)涞乃俣?。除此之外，通過構(gòu)建索引更快速地查找數(shù)據(jù)。構(gòu)建索引可以在任何時(shí)刻由全部的數(shù)據(jù)生成，但是一般情況下，只有新接入ONOS節(jié)點(diǎn)時(shí)，才會(huì)讀取全部數(shù)據(jù)，這不會(huì)消耗太多時(shí)間；4.事件通知。上文已提到由于周期獲取數(shù)據(jù)而引起的性能問題，所以引入事件通知機(jī)制。原型2創(chuàng)建實(shí)例內(nèi)部的發(fā)布-訂閱的事件機(jī)制，將這個(gè)通信系統(tǒng)部署在Hazelcast上；5.網(wǎng)絡(luò)視圖API。ONOS用自己設(shè)計(jì)的API取代生成的Blueprints graph API。圖4展示了網(wǎng)絡(luò)視圖的內(nèi)容，ONOS的API主要包涵下面的三個(gè)部分：§ 對(duì)底層設(shè)

28、施拓?fù)涞某橄竺枋龅慕涌冢?#167; 處理網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)Events（事件）的接口；§ 提供安裝流表等信息的接口。圖4：使用流表創(chuàng)建數(shù)據(jù)包路徑的連通性請(qǐng)求網(wǎng)絡(luò)視圖3.1 性能評(píng)估原型2的性能主要在以下三個(gè)方面進(jìn)行測試和評(píng)價(jià)：§ 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變；§ 對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件的反應(yīng)；§ 路徑部署；3.1.1 基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)改變當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中狀態(tài)發(fā)生改變，將進(jìn)行數(shù)據(jù)更新操作，會(huì)阻塞ONOS的操作，將影響整個(gè)ONOS的性能。測試案例中使用三個(gè)節(jié)點(diǎn)的ONOS集群，連接81個(gè)OpenFlow交換機(jī)，構(gòu)成一個(gè)典型的WAN拓?fù)洌颐總€(gè)交換機(jī)上都有四個(gè)活躍的端口。ONOS采用了對(duì)比的方式，表1展

29、示添加一個(gè)交換機(jī)后需要的latency，結(jié)果可以看出，使用通用的API速度最慢；使用自定義的API，速度提高很多。因?yàn)樾碌腄ata model僅需要一步就可以完成添加交換機(jī)操作，時(shí)間上從22.2ms降到1.19ms，延遲減少了很多。在序列化方面由原來的Kryo 嘗試使用Google Protocol Buffers，這使延遲時(shí)間下降了0.244ms。除此之外，在RAM云集群中還嘗試使用Infiniband硬件并優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)的I/O，性能數(shù)據(jù)得到了提高。表1：添加一個(gè)交換機(jī)的延遲性能測試3.1.2 對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件的反應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件的反應(yīng)測試主要是針對(duì)ONOS對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件的反應(yīng)速度、端到端的延遲等性能，如網(wǎng)絡(luò)

30、中某一條鏈路斷掉后，ONOS對(duì)流量重選路由的過程需要多長時(shí)間，這個(gè)性能直接關(guān)系到SLA（Service-Level Agreement）的性能。實(shí)驗(yàn)測試使用了6個(gè)節(jié)點(diǎn)的ONOS集群，數(shù)據(jù)層面使用Mininet模擬206個(gè)交換機(jī)和416條鏈路。將16000條flows添加到網(wǎng)絡(luò)中，然后關(guān)掉交換機(jī)的其中一個(gè)端口，結(jié)果分析顯示1000多條flows重新選擇路由，其中每一條流有6跳，當(dāng)某一端口關(guān)掉之后，重新選擇路由，每一條流將變成7跳。表2顯示重選路由進(jìn)度進(jìn)行到一半和99%的數(shù)據(jù)，從網(wǎng)絡(luò)時(shí)間上捕捉到下發(fā)第一條flow_mod及全部flow_mod下發(fā)的延遲時(shí)間。表2：重選1000條流的路由延遲時(shí)間3.

31、1.3 路徑部署第三個(gè)性能指標(biāo)測試ONOS系統(tǒng)的吞吐量，測試使用了與對(duì)網(wǎng)絡(luò)事件的反應(yīng)測試相同的拓?fù)?，但是預(yù)先下發(fā)15000條靜態(tài)流表，添加1000條6跳的flows。表3測試結(jié)果顯示的是路徑部署的延遲時(shí)間，吞吐量與延遲成反比，在所有流進(jìn)程進(jìn)行到一半時(shí)吞吐量為18832paths/sec。表3：路徑部署延遲時(shí)間3.2 評(píng)估在原型2中，ONOS對(duì)說網(wǎng)絡(luò)事件的延遲達(dá)到了預(yù)期的要求，但是吞吐量上還沒有達(dá)到1M path/sec的標(biāo)準(zhǔn)。不過開發(fā)者們將這個(gè)原因歸咎于僅使用了一個(gè)ONOS節(jié)點(diǎn)來計(jì)算路勁。四、 實(shí)例2014年3月，論文作者們將ONOS原型2部署在Internet2上運(yùn)行展示，在大會(huì)上展示了（1

32、）ONOS的網(wǎng)絡(luò)視圖；（2）在真實(shí)WAN上操作；（3）使用虛擬化硬件和軟件交換機(jī)；（4）加速ONOS和鏈路故障轉(zhuǎn)移。圖5闡明了ONOS的系統(tǒng)配置：地理上分布5個(gè)硬件交換機(jī)的主干網(wǎng)絡(luò)，且每個(gè)交換機(jī)連接一個(gè)模擬的軟件交換機(jī)。并一個(gè)在物理架構(gòu)上使用OVX（OpenVirteX）創(chuàng)建一個(gè)含有205個(gè)交換機(jī)和414條鏈路的虛擬網(wǎng)絡(luò)，并且在印度大學(xué)NOC實(shí)驗(yàn)室有一個(gè)8節(jié)點(diǎn)的ONOS集群控制此虛擬網(wǎng)絡(luò)。圖5：Internet2拓?fù)浜团渲肈emo圖6顯示ONOS發(fā)現(xiàn)的拓?fù)?，與圖5對(duì)比，Los Angeles和Chicago 、 Chicago和Washington D.C之間顯示的鏈路是由OVX虛擬，如下圖顯

33、示：圖6：ONOS GUI顯示發(fā)現(xiàn)的交換機(jī)和鏈路拓?fù)湮濉?總結(jié)：開放分布式SDN操作系統(tǒng)建立了兩個(gè)版本ONOS原型，希望將分布式SDN控制平臺(tái)發(fā)展成為一個(gè)更完善的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)滿足大型運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)性能和可靠性需求?，F(xiàn)在意欲開發(fā)多個(gè)原型案例幫助推進(jìn)SDN的發(fā)展，其中包括系統(tǒng)APIs、抽象、資源隔離以及調(diào)度等。另外，將繼續(xù)致力于滿足性能需求以及開發(fā)有用的系統(tǒng)開源版本。后語：小編在翻譯總結(jié)的過程中，學(xué)習(xí)到了很多關(guān)于全局網(wǎng)絡(luò)視圖以及分布式管理的知識(shí)。ONOS應(yīng)該是不錯(cuò)的控制器產(chǎn)品，甚至于說是不錯(cuò)的SDN 操作系統(tǒng)。ONOS應(yīng)用了Titan和Cassandra技術(shù)保障了數(shù)據(jù)的完整性，添加了事件通知框架減少了

34、事件的延遲，使用Zookeeper檢測和反饋系統(tǒng)狀態(tài)，提高了容錯(cuò)能力，采用的分布式框架使擴(kuò)展能力得到延伸，應(yīng)用最新的OVX虛擬化網(wǎng)絡(luò)，以及在性能調(diào)優(yōu)上做了更大的改變和進(jìn)步，期待ONOS開源版本的發(fā)布使用！4、ONOS預(yù)熱篇之ONOS與OpenDaylight比較（四）目前以設(shè)備提供商為代表的OpenDaylight陣營目前發(fā)展勢(shì)頭正勁，而由斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校SDN先驅(qū)創(chuàng)立的非營利性組織ON.Lab也緊鑼密鼓地推出了自己的開源SDN操作系統(tǒng)ONOS。此次打造的商業(yè)級(jí)的以用戶為導(dǎo)向的ONOS開放網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)是以服務(wù)提供商為首，并且得到了開放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)ONF的鼎力支持，意欲與OpenDa

35、ylight一決高下。具體的性能究竟孰好孰壞還需要等待發(fā)布之后的評(píng)測，下面小編就從不同的方面比較一下這兩個(gè)業(yè)界最知名的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。1. 驅(qū)動(dòng)方式不同ONOS白皮書中寫道，一個(gè)操作系統(tǒng)應(yīng)該具備下述功能：§ 為用戶管理有限的資源。§ 隔離和保護(hù)NOS用戶。需要操作系統(tǒng)能復(fù)用多個(gè)應(yīng)用和多個(gè)設(shè)備。§ 提供一個(gè)可用的抽象層讓用戶靈活的使用操作系統(tǒng)所管理的服務(wù)和資源，并且無需了解網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。§ 為外部操作系統(tǒng)提供安全保障。§ 提供敏捷高效的服務(wù)，用戶不需要?jiǎng)?chuàng)建、重建相同的服務(wù)。這些都是網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用所需要的。通常控制器所控制的范圍十分局限，通常設(shè)置為控制一個(gè)

36、設(shè)備。ONOS具備一個(gè)操作系統(tǒng)所具備的所有功能，不僅僅是控制器的功能，例如可以提供高效敏捷的抽象層，能夠?qū)⒉煌目刂破魇褂谜吒綦x開來，能夠提供有價(jià)值的服務(wù)等等。ONOS是根據(jù)服務(wù)提供商的特點(diǎn)和需求進(jìn)行軟件架構(gòu)設(shè)計(jì)的。因此ONOS是需求驅(qū)動(dòng)下的產(chǎn)物。相比而言，目前圍繞SDN炒作更多的是來自設(shè)備供應(yīng)商。OpenDaylight是由思科和IBM 聯(lián)合其合作伙伴，以及競爭對(duì)手建立的組織。其初創(chuàng)成員包括：微軟、Big Switch（已退出）、博科、思科、思杰、戴爾、愛立信、富士通、IBM、英特爾、瞻博網(wǎng)絡(luò)、微軟、NEC、惠普、紅帽和VMware等。我們可以看到這些成員都是設(shè)備供應(yīng)商，和ONF不同的是Op

37、enDaylight是由大廠商控制的并且削弱了用戶的聲音。并且它還可能會(huì)出于利益問題將部分功能同設(shè)備鎖定，這并不是SDN的初衷。我們所期望的便是看到所有參與其中的人能共同推動(dòng)SDN的進(jìn)步。2.面向?qū)ο蟛煌琌NOS和OpenDaylight代表的陣營不同，面向?qū)ο笠膊煌NOS的設(shè)計(jì)理念是能在任何硬件（包括白牌機(jī)）上靈活的創(chuàng)建服務(wù)并且大規(guī)模部署，因其可靠性強(qiáng)，性能好，靈活度高的特點(diǎn)適用于面向服務(wù)提供商和企業(yè)骨干網(wǎng)。它不僅可以滿足運(yùn)營商提供敏捷和靈活的需求，并且有可能使其擺脫設(shè)備供應(yīng)商的束縛，因此很多運(yùn)營商愿意接受ONOS。而最近發(fā)布的2.0版本的OpenDaylight以及來自其成員企業(yè)的支持給其帶來了新的發(fā)展勢(shì)頭，但是因其成員關(guān)系，其在很大層面上受設(shè)備商的制約。因此OpenDaylight是設(shè)備商在一定程度上為了維護(hù)自己陣營的利益的產(chǎn)物，其主要面向?qū)ο笠彩窃O(shè)備商。3.架構(gòu)不同ONOS架構(gòu)設(shè)計(jì)伊始就將服務(wù)提供商放在首位。下圖是ONOS架構(gòu)圖：圖1：ONOS架構(gòu)我們看到ONOS架構(gòu)具體由應(yīng)用層、北向核心接口層、分布是核心層、南向核心接口層、適配層、設(shè)備層六部分構(gòu)成，其中南向核心接口層和適配層可以合起來