H3C SDN解决方案建议书

H3CSDN解决方案建议书内部公开DATE\@"yyyy-MM-dd"2014-01-26H3C机密，未经许可不得扩散第页SDN简介近两年来SDN的概念被越来越广泛地宣传与接受，咨询与研究机构也频频调高其对SDN领域市场规模的预期。全球分析机构Dell'Oro集团的预测数据显示：SDN的市场价值在2016年之前将达到15.9亿英镑，5年内将实现17倍的增长;IDC也预测，到2016年，SDN产业产值将达到37亿美元以上。从研究机构到高校，从企业到网络厂商，越来越多的人和组织都参与到SDN的宣传推广与使用中来。如成立于2011年3月份的开放网络基金会(ONF)就致力于推动SDN的发展，同时负责制定与维护OpenFlow协议。又比如IETF最近新提交了I2RS的草案，其面向的目标直指OpenFlow协议。其他的如NETCONFTCL/Python/等可能是用户很熟悉的通信协议或接口，也已经开始在SDN中有所应用。 目前主流的SDN实现方案的形态，其主要思路还是将控制层提到设备外面来以便进行统一的控制与管理，这里涉及到一个概念就是Controller与Agent，提取出来的控制层被定义为Controller(控制器)，而被抽离了控制层的网络设备的数据层被定义为Agent(代理)，刚刚提到的解耦合的控制层如何与原有的数据层通信的问题也就转化为Controller如何与Agent通信，具体到实现技术涉及到OpenFlow/I2RS等协议，下面分别进行简单的介绍。OpenFlow协议最早的思想是出现在Stanford里的实验项目CleanSlate中，后来被Stanford的NickMcKeown教授发现并进行了更通用化的设计，在2008年同其他人共同发表了题为《OpenFlow:EnablingInnovationinCampusNetworks》的论文，首次提出了OpenFlow的概念，将传统的网络设备的数据转发平面与控制平面进行了分离，通过将控制平面集中为Controller(控制器)并以标准化的接口对网络设备进行管理与配置，因此OpenFlow会将传统网络设备分离为数据转发平面的交换机(也可以是路由器)与控制器(Controller)，他们之间通过OpenFlow协议进行通信。在OpenFlow交换机中存在一个流表，用于接收控制器发来的流转发策略。与目前网络设备所采用的二层(MAC)与三层(IP)转发不同，OpenFlow从软件(控制器)层面支持了比传统硬件更多的控制转发的能力，包括网络报文中从1层到4层的关键信息，如MAC地址、IP地址、端口、VLAN、IP协议号等。通过支持OpenFlow协议可以将传统网络设备的控制平面与数据转发平面进行解耦合，同时将控制器集中，这样用户就可以通过集中的控制器来对整个网络的数据转发行为进行全局的控制，而不是按网络设备自己的协议来进行处理，同时由于每一台网络设备都需要同控制器通信，控制器可以很容易就得到全局的拓扑信息，进而在控制器向上再提供开放API接口，供最终用户在此基础上开发针对自己网络业务的应用，为网络资源的管理与使用提供更多的选择，从而让用户拥有更多对自己网络的编程与定制化能力。H3CSDN解决方案做为国内领先的网络设备供应厂商，H3C在SDN领域同样有着深厚的积累，是目前唯一能够提供从SDN设备、SDN控制器（Controller）、SDN业务编排、SDN应用与SDN管理等全套SDN解决方案的厂商。与传统网络设备与解决方案不同，H3C的SDN设备、SDN控制器与整个SDN解决方案都提供了丰富、标准与开放的可编程接口（API），使得用户能够针对自己网络的特点使用这些可编程接口来开发网络应用，并通过网络应用对网络进行智能掌控，从而实现网络与用户业务及应用的无缝集成。数据中心解决方案由于数据中心云计算流量类型和流量突发的复杂性，希望全网实现clos架构，如何避免环路，充分利用带宽链路且实现负载均衡是网络非常关心的问题。之前的stp会导致链路block，导致链路带宽浪费，其他的TRILL/SPB实现复杂，支持设备较少，且无法实现L2隧道终结和L3转发在同一台设备上。H3CSDN数据中心解决方案，能够充分利用集中式控制的优势，根据全局网络拓扑，基于流进行路径规划，将网络流量分散到不同路径上去，在避免环路的同时实现了链路之间的负载均衡，和链路故障冗余切换，从而提高链路的利用率。该方案特点与优势：采用标准的Openflow1.3协议实现支持虚拟机创建与虚拟机迁移的自动感知与网络策略自动跟随支持多租户虚拟机之间二、三层安全隔离和限速云管理系统支持，可以兼容OpenStack,VMware,H3CCAS，微软Hyper-V,CloudStack等业界主流云管理系统支持物理网络的大二层组网，支持二层多路径负载均衡，全网无阻塞转发，无需再启用STP/TRILL/SPB等协议虚拟机迁移的自动感知与网络策略自动跟随在复杂的云环境中，如何高效利用网络，让创新的应用发挥更大的价值成为当前发展云计算的重要课题。尤其是通过网络与云计算的深度融合，进而统一联动，让网络资源的潜能得以充分释放，从根本上保障用户的业务永续。网络管理员在H3CIMC上定义VLAN、ACL、QoS网络策略系统管理员在云管理系统创建虚拟机虚拟机管理系统创建VMH3CIMC向虚拟机管理系统查询虚拟机信息，并将虚拟机和网络策略进行绑定IMC向SDNController注册侦听，并虚拟机MAC信息；SDNController探测到制定虚拟机发生迁移或者加入网络将消息通知IMC；IMC收到消息后下发虚拟机对应的网络策略H3CSDN控制器通过OpenFlow协议将网络策略下发到OpenFlow交换机上。虚拟机迁移后，H3CSDN控制器通知IMC重新下发虚拟机的网络策略，并将原有策略删除。多租户隔离云计算平台中的虚拟机分配给多个租户，租户之间有安全隔离的需求。图中虚线表示控制通道，实线表示数据通道，外网设备通过网关访问租户内的主机；本图中使用不同的网段表示属于不同的租户的主机，VM1、VM2、VM4属于同一个租户，而VM3、VM5、VM6属于另外一个租户；可以方便的定制策略控制外部网络对租户的主机进行访问；租户内可是实现不同主机之间互通，不论主机位于本地还是远端；定制策略实现两个租户之间隔离，如VM1和VM3之间不允许相互访问，即使经过网关进行三层互访也不行；如果两个租户有互通的需求又可以方便的定制策略完成两个租户所属的网络实现三层互通；将ACL直接下发到物理Switch，而不必担心Vswitch是否支持相应的设置，使得整个策略能够跨越虚拟化技术的限制在各种Vswitch上实现。计算资源弹性负载调度数据中心在用户访问量超过单台服务器服务能力时，一般通过增加相同功能的服务器来满足海量用户的访问需求。在传统的部署环境中，用户访问量随时间而变化，存在明显的波峰和波谷，而服务器数量并不能根据用户访问量的多少进行调整，存在很大的资源浪费。通过基于SDN和云计算的弹性负载调度方案，根据用户访问量来调度提供服务的服务器数量，可以最大化利用资源，提升资源的利用率。1.在SDN系统中预先设置对外提供同一服务的虚拟机IP地址段，虚拟机对外服务的IP地址等内容。资源增加：2.SDN系统和云系统实时监测现对外提供服务的虚拟机（VM1）资源利用情况（网络流量、CPU、内存），发现资源利用率超过原设定的阈值并持续一定时间时，SDN系统调用云系统接口，创建新虚拟机。3.根据SDN系统的调用，云系统对现有虚拟机（VM1）进行拷贝/克隆，创建新的虚拟机（VM2）。4.SDN系统侦听VM2的状态，发现VM2能够提供服务时，将用户新发生的流量引导到VM25.SDN系统持续监测VM1和VM2的资源利用情况，发现VM1和VM2都超过设定阈值并持续一定时间时，重复步骤2、3创建新的虚拟机（VM3至VMn）6.SDN系统持续监测VM1和VM2的资源利用情况，当VM1的资源利用率恢复到设定的阈值以内并持续一定时间时，用户新的流量将引导到VM1上而不是VM27.SDN系统持续监测所有VM的资源利用情况，并重复步骤5，从而确保更早创建的虚拟机（序号从VM1到VMn）尽量运行在负载最大的状态。资源回收：8.SDN系统持续监测所有VM的资源利用情况，当前最晚创建的虚拟机（VMn）资源利用率下降到设定的阈值并持续一定时间时，不再为该VM导入流量，而将流量引导到VM1至VMn-19.SDN系统给出需要回收虚拟机（VMn）的调用云系统接口，删除或者停机该虚拟机10.云系统根据SDN系统的调用对不需要再提供服务的虚拟机（VMn）进行删除或是停机。传统网络向SDN网络的平滑演进H3C所有的网络设备都是基于相同的网络设备操作系统Comware的，目前已经在Comware中实现了OpenFlow等SDN协议，后续设备只需要进行软件升级即可支持SDN，软件升级后可以通过命令来决定是否启用SDN能力或者SDN与传统网络功能混合使用，从而实现平滑演进。在组网设计上与目前接入、汇聚、核心的三层结构保持一致即可，最大程度保护用户投资。成功案例联通研究院智慧城市项目中国联通以“智慧城市”发展为契机，通过打造智慧城市云平台，发挥基础资源优势，以行业应用切入，整合产业资源，打造共赢模式，“智”于管理，“慧”及民生，促进应用创新及可持续发展，帮助政府落实规划，提升政绩。截止2012年8月，中国联通已经与23省的118个城市政府签约，截止12月7日，56个重点城市中已完成31个城市政府签约。根据智慧城市建设的整体规划和建设要求，中国联通智慧城市云平台采用“总部+省分”两级架构规划设计。即“1+4”:1管理节点(北京)、4个资源节点（上海、济南、西安、广州）的面向行业应用的云计算服务平台。华三在此项目中提供了SDN基础网络设施，包括SDN交换机：S12510-F，S5120-52SC-HI，SDN控制器与SDN云网融合APP，实现了智慧城市统一的虚拟化资源池网络管理。包括通过一体化的监控和部署工具对数据中心内所有的物理资源和虚拟资源实现统一化管理，实现智慧城市项目中的多租户隔离，虚拟机迁移网络策略自动跟随，以及网络的自动配置部署等功能。电信广州研究院SDN合作实验－计算资源弹性负载调度数据中心在用户访问量超过单台服务器服务能力时，一般通过增加相同功能的服务器来满足海量用户的访问需求。在传统的部署环境中，用户访问量随时间而变化，存在明显的波峰和波谷，而服务器数量并不能根据用户访问量的多少进行调整，存在很大的资源浪费。通过基于SDN和云计算的弹性负载调度方案，根据用户访问量来调度提供服务的服务器数量，可以最大化利用资源，提升资源的利用率。华三与电信广州研究院共同进行SDN合作实验，在研究院实验室中搭建了云系统与SDN网络环境，当终端用户访问量增长达到阈值时，SDN系统通知云系统动态增加业务虚拟机，业务虚拟机启动后，SDN系统自动将增长的业务访问流量调度到新的业务虚拟机上以分担其他虚拟机的压力。腾讯自定义路由协议－SRP腾讯公司的业务迅猛发展，需要更多的计算资源提供支撑。另外超大集中资源带来的规模效应，也可有效减低经济成本，提供具有成本效益的高效计算环境。这些诉求驱动腾讯数据中心服务器规模开始由五千台服务器往超大规模的两万台服务器规模构建。但是，庞大的数据中心往往存在几个方面的挑战与问题。首先，是高成本运作，网络利用率非常低。在这种庞大的数据中心里，为了保证网络的低故障率，业界在搭建网络时习惯性地不让网络满负荷运作，并且在负荷达到50%的时候便考虑扩容。同时为了保障网络在故障时能够迅速恢复，会对线路预留1：1冗余保护，即多预备一条线路，使得网络故障时能够切换到健康的线路上。第二，网络服务质量QoS不能得到有效分配与灵活变通。现在定义业务的优先的优先级只能通过QoS级别，高质量需求的业务制定高QoS级别，不够灵活。SDN的应用涉及到数据中心内部网络的优化。为优化数据中心内部网络，腾讯通过构建新的SRP协议（SequoiaRoutingProtocol，腾讯自研的路由协议）。SRP协议根据数据中心网络固定简单的CLOS架构组网和基于运营的预先规划的子网特点，通过预设好的静态路由以及根据邻居状态信息动态解析相结合的方式生成实际可用的路由转发表项。SRP协议的主要优势体现在：非计算的路由协议，可构建超大规模的网络；规划到运营的闭环，避免学习未规划的IP子网带来的安全隐患；在SRP控制平面上操作静态路由，可快速实现和方便移植到不同交换机平台。结合腾讯公司的需求，华三在其网络设备操作系统Comware上开放了底层API，让腾讯的自定义路由协议能够运行在华三的网络设备之上，重新定义华三网络设备的路由与转发功能，以满足腾讯对网络功能自定义的要求。世纪互联SDN合作实验－广域网流量调度世纪互联在全国多地运营IDC机房出租业务，IDC机房之间租用多家运营商广域网链路互联，传统广域网路由协议只根据路径最短而忽略路径通信质量来计算并进行流量转发，所以会造成某些广域网链路拥塞，而有些广域网链路空闲，用户体验差，广域网带宽利用率低。华三与世纪互联共同进行SDN合作实验，在世纪互联IDC中部署H3CSDN设备与SDN控制器，对