SDN应用编排和资源管理技术

1 1 SDNSDN 应用编排和资源管理技术应用编排和资源管理技术 SDN 网络的最终目标是服务于多样化的业务应用创新 因此随着 SDN 技术的部署和推广 将会有越来越多的业务应用被研发 这类应用将能 够便捷地通过 SDN 北向接口调用底层网络能力 按需使用网络资源 SDN 推动业务创新已经是业界不争的事实 它可以被广泛地应用在云 数据中心 宽带传输网络 移动网络等种种场景中 其中为云计算业务提供 网络资源服务就是一个非常典型的案例 众众所所周周知知 在在当当前前的的云云计计算算业业务务中中 服服务务器器虚虚拟拟化化 存存储储虚虚拟拟化化都都已已经经被被广广泛泛应应用用 它它们们将将底底层层的的物物理理资资源源进进行行 池池化化共共享享 进进而而按按需需分分配配给给用用户户使使用用 相相比比之之下下 传传统统的的网网络络资资源源远远远远没没有有 达达到到类类似似的的灵灵活活性性 而而 S SD DN N 的的引引入入则则能能够够很很好好地地解解决决这这一一问问题题 S SD DN N 通通过过标标准准的的南南向向接接口口屏屏蔽蔽了了底底层层物物理理转转发发设设备备的的差差异异 实实现现了了资资源源 的的虚虚拟拟化化 同同时时开开放放了了灵灵活活的的北北向向接接口口供供上上层层业业务务按按需需进进行行网网络络配配置置并并调调用用 网网络络资资源源 云计算领域中知名的 OpenStack 就是可以工作在 SDN 应用层 的云管理平台 通过在其网络资源管理组件中增加SDN 管理插件 管理者 和使用者可利用 SDN 北向接口便捷地调用 SDN 控制器对外开放的网络能力 当有云主机组网需求 例如建立用户专有的 VLAN 被发出时 相关的网络 策略和配置可以在 OpenStack 管理平台的界面上集中制定并进而驱动 SDN 控制器统一地自动下发到相关的网络设备上 因因此此 网网络络资资源源可可以以和和其其他他类类型型的的虚虚拟拟化化资资源源一一样样 以以抽抽象象的的资资源源能能力力 的的面面貌貌统统一一呈呈现现给给业业务务应应用用开开发发者者 开开发发者者无无需需针针对对底底层层网网络络设设备备的的差差异异耗耗 费费大大量量开开销销从从事事额额外外的的适适配配工工作作 这这有有助助于于业业务务应应用用的的快快速速创创新新 2 2 SDNSDN 控制器及北向接口技术初探控制器及北向接口技术初探 控制层是 SDN 的大脑 负责对底层转发设备的集中统一控制 同时向上 层业务提供网络能力调用的接口 在 SDN 架构中具有举足轻重的作用 SDN 控制器也是 SDN 关注的焦点 从技术实现上看 控制器除了南向的网 络控制和北向的业务支撑外 还需要关注东西的扩展 以避免SDN 集中控 制导致的性能和安全瓶颈问题 SDN 控制器也在南向 北向 东西向上引 入了相应的核心技术 有效解决与各层通信以及控制集群横向扩展的难题 当前 业界有很多基于 OpenFlow 控制协议的开源的控制器实现 例 如 NOX Onix Floodlight 等 它们都有各自的特色设计 能够实现链路 发现 拓扑管理 策略制定 表项下发等支持SDN 网络运行的基本操作 虽然不同的控制器在功能和性能上仍旧存在差异 但是从中已经可以总结出 SDN 控制器应当具备的技术特征 从这些开源系统的研发与实践中得到的经 验和教训将有助于推动 SDN 控制器的规范化发展 另外 用于网络集中化控制的控制器作为 SDN 网络的核心 其性能和 安全性非常重要 其可能存在的负载过大 单点失效等问题一直是SDN 领 域中亟待解决的问题 当前 业界对此也有了很多探讨 从部署架构 技术 措施等多个方面提出了很多有创见的方法 SDN 控制器对网络的控制主要是通过南向接口协议实现 包括链路发现 拓扑管理 策略制定 表项下发等 其中链路发现和拓扑管理主要是控制其 利用南向接口的上行通道对底层交换设备上报信息进行统一监控和统计 而策略制定和表项下发则是控制器利用南向接口的下行通道对网络设备进行 统一控制 S SD DN N 北北向向接接口口是是通通过过控控制制器器向向上上层层业业务务应应用用开开放放的的接接口口 其其目目标标是是使使得得 业业务务应应用用能能够够便便利利地地调调用用底底层层的的网网络络资资源源和和能能力力 通通过过北北向向接接口口 网网络络业业务务 的的开开发发者者能能以以软软件件编编程程的的形形式式调调用用各各种种网网络络资资源源 同同时时上上层层的的网网络络资资源源管管理理 系系统统可可以以通通过过控控制制器器的的北北向向接接口口全全局局把把控控整整个个网网网网络络的的资资源源状状态态 并并对对资资源源 进进行行统统一一调调度度 因因为为北北向向接接口口是是直直接接为为业业务务应应用用服服务务的的 因因此此其其设设计计需需要要密密 切切联联系系业业务务应应用用需需求求 具具有有多多样样化化的的特特征征 同同时时 北北向向接接口口的的 设设计计是是否否合合 理理 便便捷捷 以以便便能能被被业业务务应应用用广广泛泛调调用用 会会直直接接影影响响到到S SD DN N 控控制制器器厂厂商商的的 市市场场前前景景 与与南南向向接接口口方方面面已已有有 OOp pe en nF Fl lo oww 等等国国际际标标准准不不同同 北北向向接接口口方方面面还还缺缺 少少业业界界公公认认的的标标准准 因因此此 北北向向接接口口的的协协议议制制定定成成为为当当前前S SD DN N 领领域域竞竞争争的的 焦焦点点 不不同同的的参参与与者者或或者者从从用用户户角角度度出出发发 或或者者从从运运营营角角度度出出发发 或或者者从从产产 品品能能力力角角度度出出发发提提出出了了很很多多方方案案 据悉 目前至少有 20 种控制器 每种控 制器会对外提供北向接口用于上层应用开发和资源编排 虽然北向接口标准 当前还很难达成共识 但是充分的开放性 便捷性 灵活性将是衡量接口优 劣的重要标准 例如 REST API 就是上层业务应用的开发者比较喜欢的接口 形式 部分传统的网络设备厂商在其现有设备上提供了编程接口供业务应用 直接调用 也可被视作是北向接口之一 其目的是在不改变其现有设备架构 的条件下提升配置管理灵活性 应对开放协议的竞争 控制器负责整个 SDN 网络的集中化控制 对于把握全网置资源视图 改善网络资源交付都具有非常重要的作用 但控制能力的集中化 也意味着 控制器局的安全性和性能成为全网的瓶颈 另外 单一的控制器也无法应对 跨多个地域的 SDN 网络问题 需要多个 SDN 控制器组成的分布式集群 以 避免单一的控制器节点 在可靠性 扩展性 性能方面的问题 目前 用于 多个控制器之间沟通和联系的东西向接口还没定义标准 但专家表示 一些 非常成熟的集群技术可以被运用到 SDN 网络中来解决上述难题 3 3 SDNSDN 交换机及南向接口技术初探交换机及南向接口技术初探 SDN 的核心理念之一就是将控制功能从网络设备中剥离出来 通过中央 控制器实现网络可编程 从而实现资源的优化利用 提升网络管控效率 工作在基础设施层的 SDN 交换机虽然不在需要对逻辑控制进行过多考 虑 但作为 SDN 网络中负责具体数据转发处理的设备 为了完成高速数据 转发 还是 要遵循交换机工作原理 本质上看 传统设备中无论是交换机 还是路由器 其工作原理都是在收到数据包时 将数据包中的某些特征域与 设备自身存储的一些表项进行比对 当发现匹配时则按照表项的要求进行相 应处理 SDN 交换机也是类似的原理 但是与传统设备存在差异的是 设备 中的各个表项并非是由设备自身根据周边的网络环境在本地自行生成的 而 是由远程控制器统一下发的 因此各种复杂的控制逻辑 例如链路发现 地址学习 路由计算等等 都无需在 SDN 交换机中实现 S SD DN N 交交换换机机可可以以忽忽略略控控制制逻逻辑辑的的实实现现 全全力力关关注注基基于于表表项项的的数数据据处处理理 而而数数据据处处理理的的性性能能也也就就成成为为评评价价 S SD DN N 交交换换机机优优劣劣的的最最关关键键指指标标 因因此此 很很 多多高高性性能能 转转发发技技术术被被提提出出 例例如如基基于于多多张张表表以以流流水水线线方方式式进进行行高高速速处处理理的的 技技术术 另外 考虑到 SDN 和传统网络的混合工作问题 支持混合模式的 SDN 交换机也是当前设备 层技术研发的焦点 同时 随着虚拟化技术的出 现和完善 虚拟化环境将是 SDN 交换机的一个重要应用场景 因此 SDN 交换机可能会有硬件 软件等多种形态 例如 OVS Open vSwitch 开放虚拟交换标准 交换机就是一款基于开源软件技术实现的能够集成在服 务器虚拟化 Hypervisor 中的交换机 具备完善的交换机功 能 在虚拟化 组网中起到了非常重要的作用 SDN 交换机的出现 对传统的网络设备厂商造成了最直接的威胁 如 何将新兴的网络技术与传统设备产品的优势相融合 是这些厂商正在苦苦思 索的问题 虽然 SDN 交换机已经对传统的网络产业链造成了巨大的冲击 但是仅凭单独的数据转发设备还不足以支撑起整个SDN 的天空 未来更激 烈地竞争必将会在 SDN 的控制层和应用层发生 SDN 交换机只负责网络高速转发 保存的用于转发决策的转发表信息 来自控制器 SDN 交换机需要在远程控制器的管控下工作 与之相关的设备 状态和控制指令都需要经由 SDN 的南向接口传达 从而实现集中化统一管 理 当前 最知名的南向接口莫过于 ONF 倡导的 OpenFlow 协议 作为 一个开放的协议 OpenFlow 突破了传统网络设备厂商对设备能力接口的壁 垒 经过多年的发展 在业界的共同努力下 当前已经日臻完善 能够全面 解决 SDN 网络中面临的各种问题 当前 OpenFlow 已经获得了业界的广泛支持 并成为了 SDN 领域的 事实标准 例如 OVS 交换机就能够支持 OpenFlow 协议 OpenFlow 解 决了如何由控制层把 SDN 交换机所需的用于和数据流做匹配的表项下发给 转发层设备的问题 同时 ONF 还提出了 OF CONFIG 协议 用于对 SDN 交换机进行远程配置和管理 其目标都是为了更好地对分散部署的SDN 交 换机实现集中化管控 Open