SDN應(yīng)用編排和資源管理技術(shù)

1、1、 SDN應(yīng)用編排和資源管理技術(shù)SDN網(wǎng)絡(luò)的最終目標(biāo)是服務(wù)于多樣化的業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)新。因此隨著 SDN技術(shù)的部署和推廣，將會(huì)有越來(lái)越多的業(yè)務(wù)應(yīng)用被研發(fā)，這類(lèi)應(yīng)用將能夠便捷地通過(guò) SDN北向接口調(diào)用底層網(wǎng)絡(luò)能力，按需使用網(wǎng)絡(luò)資 源。SDN推動(dòng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新已經(jīng)是業(yè)界不爭(zhēng)的事實(shí)，它可以被廣泛地應(yīng)用 在云數(shù)據(jù)中心、寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等種種場(chǎng)景中，其中為云計(jì)算 業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)資源服務(wù)就是一個(gè)非常典型的案例。眾所周知，在當(dāng)前的云計(jì)算業(yè)務(wù)中，服務(wù)器虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化都已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，它們將 底層的物理資源進(jìn)行池化共享，進(jìn)而按需分配給用戶(hù)使用。相比之下， 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)資源遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到類(lèi)似的靈活性，而SDN的引入則能

2、夠很好地解決這一問(wèn)題。SDN通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的南向接口屏蔽了底層物理轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的差異，實(shí)現(xiàn)了資源的虛擬化， 同時(shí)開(kāi)放了靈活的北向接口供上層業(yè)務(wù)按需進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配 置弁調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源。云計(jì)算領(lǐng)域中知名的 OpenStack 就是可以工作在SDN應(yīng)用層的云管理平臺(tái)，通過(guò)在其網(wǎng)絡(luò)資源管理組件中增加SDN管理插件，管理者和使用者可利用SDN北向接口便捷地調(diào)用SDN控制器對(duì)外開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)能力。 當(dāng)有云主機(jī)組網(wǎng)需求（例如建立用戶(hù)專(zhuān)有的VLAN ）被發(fā)出時(shí)，相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)策略和配置可以在OpenStack 管理平臺(tái)的界面上集中制定弁進(jìn)而驅(qū)動(dòng) SDN控制器統(tǒng)一地自動(dòng)下發(fā)到相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備因此，網(wǎng)絡(luò)資源可以和其他類(lèi)型的虛擬化資源一樣，

3、以抽象的資源能力的面貌統(tǒng)一呈現(xiàn)給業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)發(fā)者，開(kāi)發(fā)者無(wú)需針對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的差異耗費(fèi)大量開(kāi)銷(xiāo)從事額外的適配工作，這有助于業(yè)務(wù)應(yīng)用的快速創(chuàng)新。2、SDN控制器及北向接口技術(shù)初探控制層是SDN的大腦，負(fù)責(zé)對(duì)底層轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的集中統(tǒng)一控制，同 時(shí)向上層業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)用的接口，在SDN架構(gòu)中具有舉足輕重的作用，SDN控制器也是 SDN關(guān)注的焦點(diǎn)。從技術(shù)實(shí)現(xiàn)上看，控制器 除了南向的網(wǎng)絡(luò)控制和北向的業(yè)務(wù)支撐外，還需要關(guān)注東西的擴(kuò)展，以 避免SDN集中控制導(dǎo)致的性能和安全瓶頸問(wèn)題，SDN控制器也在南向、北向、東西向上引入了相應(yīng)的核心技術(shù)，有效解決與各層通信以及控制 集群橫向擴(kuò)展的難題。當(dāng)前，業(yè)界有很多基于

4、OpenFlow 控制協(xié)議的開(kāi)源的控制器實(shí)現(xiàn)， 例如NOX、Onix、Floodlight 等，它們都有各自的特色設(shè)計(jì)，能夠?qū)?現(xiàn)鏈路發(fā)現(xiàn)、拓?fù)涔芾?、策略制定、表?xiàng)下發(fā)等支持SDN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的基本操作。雖然不同的控制器在功能和性能上仍舊存在差異，但是從中 已經(jīng)可以總結(jié)出 SDN控制器應(yīng)當(dāng)具備的技術(shù)特征，從這些開(kāi)源系統(tǒng)的 研發(fā)與實(shí)踐中得到的經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)將有助于推動(dòng)SDN控制器的規(guī)范化發(fā)展。另外，用于網(wǎng)絡(luò)集中化控制的控制器作為SDN網(wǎng)絡(luò)的核心，其性能和安全性非常重要，其可能存在的負(fù)載過(guò)大、單點(diǎn)失效等問(wèn)題一直是SDN領(lǐng)域中亟待解決的問(wèn)題。當(dāng)前，業(yè)界對(duì)此也有了很多探討，從部署 架構(gòu)、技術(shù)措施等多個(gè)方面提出

5、了很多有創(chuàng)見(jiàn)的方法。SDN控制器對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制主要是通過(guò)南向接口協(xié)議實(shí)現(xiàn)，包括鏈路發(fā)現(xiàn)、拓?fù)涔芾?、策略制定、表?xiàng)下發(fā)等，其中鏈路發(fā)現(xiàn)和拓?fù)涔芾碇饕强刂破淅媚舷蚪涌诘纳闲型ǖ缹?duì)底層交換設(shè)備上報(bào)信息進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)計(jì)；而策略制定和表項(xiàng)下發(fā)則是控制器利用南向接口的下行 通道對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一控制。SDN北向接口是通過(guò)控制器向上層業(yè)務(wù)應(yīng)用開(kāi)放的接口，其目標(biāo)是使得業(yè)務(wù)應(yīng)用能夠便利地調(diào)用底層的網(wǎng)絡(luò)資源和能力。通過(guò)北向接口， 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)者能以軟件編程的形式調(diào)用各種網(wǎng)絡(luò)資源；同時(shí)上層的網(wǎng)絡(luò)資源管理系統(tǒng)可以通過(guò)控制器的北向接口全局把控整個(gè)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的 資源狀態(tài)，弁對(duì)資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度。因?yàn)楸毕蚪涌谑侵苯訛闃I(yè)務(wù)應(yīng)

6、用服 務(wù)的，因此其設(shè)計(jì)需要密切聯(lián)系業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，具有多樣化的特征。同 時(shí)，北向接口的設(shè)計(jì)是否合理、便捷，以便能被業(yè)務(wù)應(yīng)用廣泛調(diào)用，會(huì) 直接影響到SDN控制器廠商的市場(chǎng)前景。與南向接口方面已有 OpenFlow 等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)不同，北向接口方面 還缺少業(yè)界公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，因此，北向接口的協(xié)議制定成為當(dāng)前SDN領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)，不同的參與者或者從用戶(hù)角度出發(fā)，或者從運(yùn)營(yíng)角度出發(fā)，或者從產(chǎn)品能力角度出發(fā)提出了很多方案。據(jù)悉，目前至少有 20種控制器，每種控制器會(huì)對(duì)外提供北向接口用于上層應(yīng)用開(kāi)發(fā)和資源編 排。雖然北向接口標(biāo)準(zhǔn)當(dāng)前還很難達(dá)成共識(shí)，但是充分的開(kāi)放性、便捷性、靈活性將是衡量接口優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)，例如RE

7、ST API就是上層業(yè)務(wù)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)者比較喜歡的接口形式。部分傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商在其現(xiàn) 有設(shè)備上提供了編程接口供業(yè)務(wù)應(yīng)用直接調(diào)用，也可被視作是北向接口 之一，其目的是在不改變其現(xiàn)有設(shè)備架構(gòu)的條件下提升配置管理靈活性， 應(yīng)對(duì)開(kāi)放協(xié)議的競(jìng)爭(zhēng)?？刂破髫?fù)責(zé)整個(gè) SDN網(wǎng)絡(luò)的集中化控制，對(duì)于把握全網(wǎng)置資源視 圖、改善網(wǎng)絡(luò)資源交付都具有非常重要的作用。但控制能力的集中化， 也意味著控制器局的安全性和性能成為全網(wǎng)的瓶頸；另外，單一的控制 器也無(wú)法應(yīng)對(duì)跨多個(gè)地域的SDN網(wǎng)絡(luò)問(wèn)題，需要多個(gè) SDN控制器組成的分布式集群，以避免單一的控制器節(jié)點(diǎn)在可靠性、擴(kuò)展性、性能方面的問(wèn)題。目前，用于多個(gè)控制器之間溝通和聯(lián)系的東

8、西向接口還沒(méi)定 義標(biāo)準(zhǔn)，但專(zhuān)家表示，一些非常成熟的集群技術(shù)可以被運(yùn)用到SDN網(wǎng)絡(luò)中來(lái)解決上述難題。3、SDN交換機(jī)及南向接口技術(shù)初探SDN的核心理念之一就是將控制功能從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中剝離出來(lái)，通過(guò)中央控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程，從而實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化利用，提升網(wǎng)絡(luò)管控 效率。工作在基礎(chǔ)設(shè)施層的 SDN交換機(jī)雖然不在需要對(duì)邏輯控制進(jìn)行過(guò) 多考慮，但作為 SDN網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)具體數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)處理的設(shè)備，為了完成 高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，還是要遵循交換機(jī)工作原理。本質(zhì)上看，傳統(tǒng)設(shè)備中無(wú)論是交換機(jī)還是路由器，其工作原理都是在收到數(shù)據(jù)包時(shí)，將數(shù)據(jù)包 中的某些特征域與設(shè)備自身存儲(chǔ)的一些表項(xiàng)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)匹配時(shí)則 按照表項(xiàng)的要求進(jìn)行相應(yīng)

9、處理。SDN交換機(jī)也是類(lèi)似的原理，但是與傳 統(tǒng)設(shè)備存在差異的是，設(shè)備中的各個(gè)表項(xiàng)弁非是由設(shè)備自身根據(jù)周邊的 網(wǎng)絡(luò)環(huán)境在本地自行生成的，而是由遠(yuǎn)程控制器統(tǒng)一下發(fā)的，因此各種 復(fù)雜的控制邏輯（例如鏈路發(fā)現(xiàn)、地址學(xué)習(xí)、路由計(jì)算等等）都無(wú)需在 SDN交換機(jī)中實(shí)現(xiàn)。SDN交換機(jī)可以忽略控制邏輯的實(shí)現(xiàn)，全力關(guān)注基于表項(xiàng)的數(shù)據(jù)處理，而數(shù)據(jù)處理的性能也就成為評(píng)價(jià)SDN交換機(jī)優(yōu)劣的最關(guān)鍵指標(biāo)，因此，很多高性能轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)被提出，例如基于多張表以流水線(xiàn)方式進(jìn)行高速處理的技術(shù)。另外，考慮到 SDN和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的混合工作問(wèn)題，支持混合模式的 SDN交換機(jī)也是當(dāng)前設(shè)備層技術(shù)研發(fā)的焦點(diǎn)。同時(shí)，隨著虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)和完善，虛擬化

10、環(huán)境將是SDN交換機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用場(chǎng)景，因此SDN交換機(jī)可能會(huì)有硬件、軟件等多種形態(tài)。例如， OVS （Open vSwitch ,開(kāi)放虛擬交換標(biāo)準(zhǔn)）交換機(jī)就是一款基于開(kāi)源 軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)的能夠集成在服務(wù)器虛擬化Hypervisor中的交換機(jī)，具備完善的交換機(jī)功能，在虛擬化組網(wǎng)中起到了非常重要的作用。SDN交換機(jī)的出現(xiàn)，對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商造成了最直接的威脅， 如何將新興的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)設(shè)備產(chǎn)品的優(yōu)勢(shì)相融合，是這些廠商正在 苦苦思索的問(wèn)題。雖然 SDN交換機(jī)已經(jīng)對(duì)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈造成了巨 大的沖擊，但是僅憑單獨(dú)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備還不足以支撐起整個(gè)SDN的天空，未來(lái)更激烈地競(jìng)爭(zhēng)必將會(huì)在SDN的控制層和

11、應(yīng)用層發(fā)生。SDN交換機(jī)只負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)高速轉(zhuǎn)發(fā)，保存的用于轉(zhuǎn)發(fā)決策的轉(zhuǎn)發(fā)表 信息來(lái)自控制器，SDN交換機(jī)需要在遠(yuǎn)程控制器的管控下工作，與之相關(guān)的設(shè)備狀態(tài)和控制指令都需要經(jīng)由SDN的南向接口傳達(dá)，從而實(shí)現(xiàn)集中化統(tǒng)一管理。當(dāng)前，最知名的南向接口莫過(guò)于ONF倡導(dǎo)的OpenFlow 協(xié)議作為一個(gè)開(kāi)放的協(xié)議，OpenFlow 突破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商對(duì)設(shè)備能力 接口的壁壘，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，在業(yè)界的共同努力下，當(dāng)前已經(jīng)日臻完 善，能夠全面解決 SDN網(wǎng)絡(luò)中面臨的各種問(wèn)題。當(dāng)前，OpenFlow 已經(jīng)獲得了業(yè)界的廣泛支持，弁成為了SDN領(lǐng)域的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，例如OVS交換機(jī)就能夠支持 OpenFlow 協(xié)議。OpenFlow 解決了如何由控制層把SDN交換機(jī)所需的用于和數(shù)據(jù)流做匹配的表項(xiàng)下發(fā)給轉(zhuǎn)發(fā)層設(shè)備的問(wèn)題，同時(shí)ONF還提出了 OF-CONFIG協(xié)議， 用于對(duì)SDN交換機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程配置和管理，其目標(biāo)都是為了更好 地對(duì)分散部署的 SDN交換機(jī)實(shí)現(xiàn)集中化管控。OpenFlow 在SDN領(lǐng)域中的重要地位不言而喻，甚至大家一度產(chǎn)生過(guò)OpenFl