SoftwareDefinedNetwork SDN 軟件定義網絡 1 2 背景 傳統的網絡設備 交換機 路由器 的固件是由設備制造商鎖定和控制 所以大家希望將網絡控制與物理網絡拓撲分離 從而擺脫硬件對網絡架構的限制 這樣企業便可以像升級 安裝軟件一樣對網絡架構進行修改 滿足企業對整個網站架構進行調整 擴容或升級 而底層的交換機 路由器等硬件則無需替換 節省大量的成本的同時 網絡架構迭代周期將大大縮短 3 什么是SDN 軟件定義網絡 SoftwareDefinedNetwork SDN 是由美國斯坦福大學cleanslate研究組提出的一種新型網絡創新架構 核心理念是 希望應用軟件可以參與對網絡的控制管理 滿足上層業務需求 通過自動化業務部署簡化網絡運維 傳統網絡設備緊耦合的網絡架構被分拆成應用 控制 轉發三層分離的架構 控制功能被轉移到了服務器 上層應用 底層轉發設施被抽象成多個邏輯實體 如果說現在的網絡系統是功能機 系統和硬件出廠時就被捆綁在一起 那么SDN就是Android系統 可以在很多智能手機上安裝 升級 同時還能安裝更多更強大的手機App SDN應用層部署 4 SDN體系結構 5 SDN特征 6 控制平面 CP 轉發平面 DP CPCP DPDP CP DP CP DP CP DP CP DP CPCP DPDP CPCP DPDP CP DP CP DP CP DP CP DP CPCP DPDP 傳統網絡設備的CP與DP不分離 設備之間通過控制協議交互轉發信息 SDN將網絡設備的控制平面集中上收到Controller 網絡設備上只保留轉發平面 轉發表項 軟件可以實現靈活的控制面功能滿足用戶多元化需求 硬件成為簡單啞資源 專注轉發 Controller 1控制與轉發分離 7 被抽象出的網絡 物理網絡 FabricUnderlay網絡 通過Controller實現了對基礎網絡設施的抽象 應用程序看到的是Controller提供的網絡服務應用程序的視角Controller 2網絡虛擬化 8 3可編程接口 9 SDN實現方式 10 SDN的核心技術 OpenFlow FlowTable FlowTable里面的每個條目都會與一個動作相關聯 來告訴網絡交換設備來如何處理與這個條目相關聯的dataFlow SecureChannel 用于連接網絡交換設備和遠程網絡控制器 在控制器和網絡交換設備之間互相發送命令和數據包 OpenFlowProtocol 提供一個開放標準統一的接口 使得控制器和網絡交換設備之間可以相互通信 11 Sep 2012 OF1 3 1 增強版本協商能力 OF1 3重構了能力協商PBBIPv6擴展頭多ControllerPerflowmeter April 2012 OF1 2 IPv6 Dec 2011 OF1 1多表MPLS VLANgroupECMP Feb 2011 OF1 0功能 單表 IPv4 Dec 2009 OpenFlow的標準化組織 OpenNetworkFoundation 即開放式網絡基金會 ONF是非盈利的組織機構 致力于創新和發展新型網絡架構 即軟件定義網絡 SDN ONF成立一年 有超過80家國內外公司加入到ONF的商業化推廣和使用SDN技術的推廣 國內企業包括 華為 中興 騰訊 盛科 華三等 18 12 OpenFlowv1 0之流表結構 流表是OpenFlow對網絡設備的數據轉發功能的抽象 表項包括了網絡中各個層次的網絡配置信息 包頭域 用于對交換機接收到的數據包的包頭內容進行匹配 計數器 用于統計數據流量相關信息 可以針對交換機中的每張流表 每個數據流 每個設備端口 每個轉發隊列進行維護 動作 action 用于指示交換機在收到匹配數據包后如何對其進行處理 13 用于匹配交換機接收到的數據包的包頭內容 OpenFlow1 0包頭域包含12個元組 tuple 涵蓋ISO網絡模型中第二至第四層的網絡配置信息 每一個元組中的數值可以是一個確定的值或者是 ANYOpenFlow1 1及后續版本將 包頭域 更名為 匹配域 OpenFlowv1 0之包頭域 14 OpenFlow1 0之流表計數器 針對交換機中的每張流表 每個數據流 每個設備端口 每個轉發隊列進行維護 用于統計數據流量的相關信息 針對每張流表 統計當前活動的表項數 數據包查詢次數 數據包匹配次數等 針對每個數據流 統計接收到的數據包數 字節數 數據流持續時間等 針對每個設備端口 除統計接收到的數據包數 發送數據包數 接收字節數 發送字節數等指標之外 還可以對各種錯誤發生的次數進行統計 針對每個隊列 統計發送的數據包數和字節數 還有發送時的溢出 Overrun 錯誤次數等 15 OpenFlow1 0之流表動作列表 16 Openflow1 0數據包處理流程 17 18 FlowTable例子 FlowTable定義路由 FlowTable定義防火墻 19 Openflow消息 Openflow消息總共分為三大類 20 Packet in事件 交換機接收數據包 21 控制器配置流表 Flow Mod消息 Flow Mod消息用來添加 刪除 修改Openflow交換機的流表信息 22 基于Openflow的SDN通信流程 23 主機向網絡發送數據包 OF交換機流表無匹配項 通過PacketIn事件將數據包上報給控制器 控制器下發流表 或PacketOut 數據包轉發 同