軟件定義網(wǎng)絡(luò)第五章SDN控制器

SoftwareDefinedNetworkSDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)第五章SDN控制器2目錄SDN控制器的3種類型SDN控制器的功能SDNSDN控制器的定義和體系結(jié)構(gòu)SDN控制器的控制方式5.1SDN控制器的定義和體系結(jié)構(gòu)概述控制器是控制面的核心組件，SDN控制器提供的服務(wù)要求能夠?qū)崿F(xiàn)控制面的所有功能。通過控制器，從理論上來說用戶可以集中控制交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速轉(zhuǎn)發(fā)，便捷、安全地管理網(wǎng)絡(luò)，提升網(wǎng)絡(luò)的整體性能。在現(xiàn)實中，任何一個控制器的實例實際上都是提供了這些功能的一個子集，反映了該控制器對這些功能的取舍。5.1SDN控制器的定義和體系結(jié)構(gòu)概述SDN控制器是SDN中的應(yīng)用程序，或者說是網(wǎng)絡(luò)的一種操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)流量控制以確保實現(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)。SDN控制器是基于OpenFlow等協(xié)議運行的，允許服務(wù)器告訴交換機向哪里發(fā)送數(shù)據(jù)包。事實上，SDN控制器可看作是一種網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，它不控制網(wǎng)絡(luò)硬件，而是作為軟件運行，這樣有利于網(wǎng)絡(luò)的自動化管理?；谲浖木W(wǎng)絡(luò)控制使集成業(yè)務(wù)的申請更容易。5.1SDN控制器的定義和體系結(jié)構(gòu)概述圖5-1所示是大多數(shù)SDN控制器的體系結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出，它由基本功能層、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)層和應(yīng)用服務(wù)層組成，下面主要對基本功能層和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)服務(wù)層進(jìn)行說明。5.2SDN控制器的控制方式NOX是出現(xiàn)較早且被廣泛使用的控制器，它能夠提供一系列基本接口。用戶可以通過NOX對全局網(wǎng)絡(luò)信息進(jìn)行獲取、控制與管理，并能利用它提供的接口編寫定制的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。隨著SDN規(guī)模的擴展，單一集中控制的控制器（如NOX）的處理能力受到限制，擴展困難，遇到了性能瓶頸，因此僅適合小型企業(yè)或科研人員等使用。網(wǎng)絡(luò)中可采用兩種方式擴展單一集中控制的控制器：一種方式是提高控制器自身的處理能力，另一種方式是采用多控制器。5.2SDN控制器的控制方式分布式控制器一般可采用兩種方式進(jìn)行擴展，分別是扁平控制方式（見圖左）和層次控制方式（見圖右）。5.3SDN控制器的3種類型本節(jié)主要介紹SDN控制器中比較常用的3種類型，分別是OpenDaylight控制器、Floodlight控制器和Ryu控制器。OpenDaylight處在SDN的控制面，具有拓?fù)涔芾?、交換機管理、路徑轉(zhuǎn)發(fā)管理、主機管理和網(wǎng)絡(luò)資源切片管理５個基礎(chǔ)功能，支持OpenFlow、定位器/ID分離協(xié)議（Locator/IDSeparationProtocol，LISP）、邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議（BorderGatewayProtocol，BGP)等，多個控制器之間可以采用集群的模式進(jìn)行工作。5.3SDN控制器的3種類型圖5-8所示為OpenDaylight的架構(gòu)，這里將進(jìn)行詳細(xì)介紹。OpenDaylight自底向上分為４層，即南向接口協(xié)議層、服務(wù)抽象層、控制層及北向接口層，如圖5-8所示。5.3SDN控制器的3種類型Floodlight是一個開源的、企業(yè)級的、采用Apache許可證的、基于Java的OpenFlow控制器，由開發(fā)者社區(qū)進(jìn)行維護。設(shè)計Floodlight的目的是實現(xiàn)對數(shù)量日益龐大的交換機、路由器、虛擬交換機和支持標(biāo)準(zhǔn)OpenFlow協(xié)議的接入點的靈活控制。而其開源的特性也使其質(zhì)量更可靠，更具有透明性。Floodlight不僅是一個SDN控制器，它還包含一系列模塊化應(yīng)用，而這些應(yīng)用可以向上提供RESTAPI，從而幫助應(yīng)用層的應(yīng)用更好地管控整個網(wǎng)絡(luò)。Floodlight是使用Java開發(fā)的，基于Java跨平臺的特性，F(xiàn)loodlight可以運行在多種操作系統(tǒng)中，其較主要的運行環(huán)境是Ubuntu和macOS。5.3SDN控制器的3種類型Floodlight的架構(gòu)如圖5-10所示。5.3SDN控制器的3種類型Ryu是由日本NTT公司負(fù)責(zé)設(shè)計研發(fā)的一個開源SDN控制器。同POX一樣，Ryu是完全用Python實現(xiàn)的，使用者可以用Python在其上實現(xiàn)自己的應(yīng)用。Ryu支持OpenFlow1.0、OpenFlow1.2和OpenFlow1.3，并支持在OpenStack上的部署應(yīng)用。Ryu采用了Apache許可證，一些版本實現(xiàn)了simple_switch、rest_topology等應(yīng)用。5.3SDN控制器的3種類型Ryu的架構(gòu)如圖5-11所示。RyuSDN框架主要提供控制功能，通過北向接口的RESTAPI為SDN應(yīng)用提供服務(wù)，供SDN應(yīng)用調(diào)度和控制流量及網(wǎng)絡(luò)；通過南向接口的OpenFlow等協(xié)議控制OpenFlow交換機，完成流量交互。5.3SDN控制器的3種類型Ryu的工作流程如圖5-13所示。5.4SDN控制器的功能從整個SDN的架構(gòu)來看，控制器處在整個架構(gòu)中極核心的部分，上面承接應(yīng)用，下面承接網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備。本節(jié)主要介紹SDN控制器的三大功能，即北向功能、南向功能，以及東、西向功能。5.4SDN控制器的功能北向接口是SDN應(yīng)用層與SDN控制層之間通信的依據(jù)。使用北向接口協(xié)議可以直接調(diào)用控制器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能。作為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者，北向接口可在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中提供自己的服務(wù)，無須根據(jù)細(xì)節(jié)來更改、刪除自己的服務(wù)，從而節(jié)省了大量的時間，能將主要的精力運用到自身網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實現(xiàn)上?；诳刂破鞯囊暯?，面向應(yīng)用的接口為北向接口，面向基礎(chǔ)架構(gòu)層的接口為南向接口。在SDN層次化控制器的場景下，控制器和控制器之間的接口也稱為北向接口，如圖5-15所示。5.4SDN控制器的功能5.4SDN控制器的功能SDN的南向功能需要對整個網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備層進(jìn)行管控與調(diào)度，包括鏈路發(fā)現(xiàn)、拓?fù)涔芾?、策略制定、表項下發(fā)等。其中，鏈路發(fā)現(xiàn)和拓?fù)涔芾碇饕侵窼DN控制器利用南向接口的上行通道對底層交換設(shè)備上報的信息進(jìn)行統(tǒng)一監(jiān)控和統(tǒng)計；而策略制定和表項下發(fā)是指SDN控制器利用南向接口的下行通道對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一控制。5.4SDN控制器的功能在開放了南、北向接口以后，SDN發(fā)展中面臨的一個問題就是控制面的擴展性問題，即多個設(shè)備的控制面之間如何協(xié)同工作，這涉及SDN中控制面的東、西向接口的定