SDN综述()

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1、软件定义网络SoftwareDefinedNetworking SDN SDN背景 发展历程 关键技术 课程建设思考 2017 05 19 关键技术 实现了网络流量的灵活控制 使网络作为管道变得更加智能 3 2 是网络虚拟化的一种实现方式 其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来 一种新型网络创新架构 1 软件定义网络 SoftwareDefinedNetworking SDN SDN架构 网络设备 网络设备 网络设备 SDN控制器 云管理平台 SDN应用 转发层 控制层 应用层 南向接口 北向接口 转发面 Table0 Table1 Tablen OpenFlowInt

2、erface Payload Header Payload Header 控制器 Match fields Counters Actions OpenFlow1 1以后版本将转发面抽象成多级流水线 每个节拍由匹配关键字和操作指令集构成 和目前的SwitchASIC NP模型类似 OpenFlow 转发面的行为就是根据转发表和报文头决定下一跳以及新的报文格式 而SDN控制器就是控制转发表 并把转发面模型和控制协议标准化 OpenFlow SDN转发层的关键技术是对转发面进行抽象建模 针对SDN转发面抽象模型 ONF标准组织标准化了OpenFlow协议 在该协议中转发面设备被抽象为一个由多级流表

3、FlowTable 驱动的转发模型 关键技术 转发层技术 FlowTable的组成 MatchFields Actions Instructions Counters 基于Table Flow Port Queue的各种报文计数器 Actions forward enqueue drop modify fieldInstructions modifyaction setorpipelineproc Actions Instructions决定了OpenFlow对转发面行为的抽象能力 例如 修改报文头部各个字段值 封装 去封装将TTL值在内 外层头部之间进行复制输出到一个端口或一组端口 实现组播

4、 多路径转发 负载均衡等功能 关键技术 转发层技术 SDN控制层的关键是SDN控制器 也可以称为网络操作系统 NOS 或网络控制器 网络的所有智能 核心均在SDN控制器中 由SDN控制器对转发面进行转发策略的调度和管理 通过无智能的快速转发面设备 支持运行在SDN控制器之上的不同业务 目前已公开的NOS源码和架构包括 NOX FloodLight Onix等 除此之外呢 还有ONOS OpenDayLight RG ONC OVN 关键技术 控制层技术 基于SDN理念改造传统的应用交付能力 例如负载均衡 访问控制 应用加速等等 替换或者扩展传统网络中需要利用硬件实现的功能 通过软件实现的应用交

5、付能力 降低系统的CAPEX OPEX实现网络中各类网元的虚拟化和集中化控制支持网络系统的快速部署 在故障出现时能够快速发现并解决问题提供更高的智能 支持自动化运作 实现应用可感知的网络 关键技术 应用层技术 SDN南向接口的关键技术是转发面开放协议 该协议允许网络控制器控制交换机的配置以及相关转发行为 Openflow是ONF定义的一个转发面控制协议 它将转发面抽象为一个由多级流表组成的转发模型 网络控制器通过Openflow协议下发Openflow流表到具体交换机 从而定义 控制交换机的具体行为 OpenFlow是一整套软件应用程序接口 OpenFlow控制器可以通过规范与支持OpenFl

6、ow交换机沟通配置信息 决定数据转发平面的转发表 控制器与交换机间通过TLS加密传输 关键技术 南向接口技术 OpenFlow协议更新情况 2009年10月 OpenFlow发布了第一个可商用版本1 0 2011年2月 OpenFlow1 1发布 增加了多个交换表 群组 虚拟端口以及对MPLS VLAN QinQ的支持等特性 2011年ONF成立后 OpenFlow的研究和维护转到ONF的扩展性工作组 2011年10月 ONF发布了OpenFlow1 2 支持IPv6报头各字段的识别 并提供了可扩展的匹配支持以及更大的灵活性 2012年6月 ONF发布了OpenFlow1 3 0 增加了重构能

7、力协商 IPv6扩展头支持 基于流的度量 基于连接的过滤 PBB标签的支持以及更灵活的交换处理等特性 2012年9月 ONF发布了OpenFlow1 3 1 提升了版本协商的能力 修改了之前版本的一些错误 2013年 发布OpenFlow1 4 数据转发层面没有太大变化 主要是增加了一种流表同步机制 2014年12月 发布OpenFlow1 5 最新 OpenFlow1 5协议的匹配流程几乎没有改变 只是细化了actionset的执行过程 其中着重细化了output动作 关键技术 南向接口技术 SDN控制层将网络能力封装为开放的RESTAPI 供上层业务调用 ONF当前只定义了OpenFlow

8、作为南向API 而回避了北向API标准化问题 因此不同的控制器具备有不同的北向API集合以Floodlight的北向API集合为例 包含了交换机状态采集 静态流表推送 防火墙策略等多种类型的接口 关键技术 北向接口技术 产业现状和发展趋势 产业现状 产业综合情况 SDN在解决方案规划 软硬件支持方面已经有了长足进展 主流芯片厂商 态度积极 已推出商用产品 规模生产指日可待网络设备制造商 由保守向积极转变 开始开放其硬件设备能力IT解决方案供应商 创新公司 推出面向网络虚拟化的SDN产品 部分已成功商用 设备与软件提供商情况 产业现状 产业情况 SDN倡导的开放性 使得 OpenSource 成

9、为发展方向思科 IBM 微软等巨头合作建立开源SDN项目OpenDaylight与Linux基金会合作 开发SDN控制器 南向 北向API等软件旨在打破大厂商对于网络硬件的垄断 驱动网络技术创新力 产业现状 产业情况 互联网公司 不基于专用硬件设备建设网络系统 部分已成功商用电信运营商 逐渐引起重视 开始进行试验 互联网公司与运营商情况 产业现状 产业情况 NTT全球数据中心实现OpenFlow SDN部署和互连 并基于此提供虚拟私有云服务 实现了网 云集成部署 拓扑灵活自主设计等功能 解决了VLAN数限制问题自主研发了VirtualNetworkController用于多个数据中心的统一服务

10、和按需配置 已在其欧洲 美国和日本的数据中心进行了虚拟数据中心的部署推出多项基于基于SDN的创新网络服务 改善用户体验基于SDN的网关互联自动化 通过用户调用API实现VPN 产业现状 产业案例 运营商案例 互联网企业案例 Google采用OpenFlow技术 通过10G网络链接分布全球的12个数据中心 方案目标 提高网络的可用性和容错能力 通过周密的流量工程和优先次序工作 将链路使用率从平均的30 40 提升至接近100 故障处理 通过没有严格传输时间限制的弹性流量来保护高优先级流量 通过全球范围的网络拓扑和动态地改变通信特征 使用非最短路径转发来路由绕过故障链路 产业现状 产业案例 传统通

11、信设备厂商 面临巨大挑战 IT和新兴软件厂商 获得发展空间 互联网服务提供商 热衷SDN应用 电信运营商 应用效果需要探索 SDN打破网络通信设备现有架构转发设备功能简单且同质化 低附加值竞争 缺少研发价值控制平面 通用服务器 网络操作系统 具有开源的趋势 采用定制硬件设备加自研SDN操作系统的模式快速提供SDN解决方案 挤占传统网络设备厂商的市场空间 特别企业网市场 推动SDN发展和部署的核心力量通过SDN实现网络虚拟化 满足云服务所需的传送需求通过SDN实现业务和网络的配合调度 增强网络控制力 支撑业务创新和部署 SDN是双刃剑 其在现网的规模引入将是长期过程SDN既开启了网络IT化的进程

12、 是 去电信化 的重要突破 也是IT和软件业突破电信业壁垒的重要机遇 IT厂商借机蚕食电信设备厂商的市场传统设备厂商借用概念提升产品竞争力 电信运营商面临网络软件化的挑战互联网服务提供商可能架空网络运营商 加剧管道化 产业现状 产业链分析 产业融合 产业角色转换 网络门槛下降 行业开放 云计算虚拟化和ICT软件化趋势的体现需求驱动和产业博弈的结果 产业现状 对CT产业的影响 SDN发展方向 NFV NFV 即网络功能虚拟化 NetworkFunctionVirtualization 通过使用x86等通用性硬件以及虚拟化技术 来承载很多功能的软件处理 从而降低网络昂贵的设备成本 可以通过软硬件解

13、耦及功能抽象 使网络设备功能不再依赖于专用硬件 资源可以充分灵活共享 实现新业务的快速开发和部署 并基于实际业务需求进行自动部署 弹性伸缩 故障隔离和自愈等 SDN发展方向 NV NV 即网络虚拟化 NetworkingVirtualization 是一种重要的网络技术 该技术可在物理网络上虚拟多个相互隔离的虚拟网络 从而使得不同用户之间使用独立的网络资源切片 从而提高网络资源利用率 实现弹性的网络 SDN的出现使得网络虚拟化的实现更加灵活和高效 同时网络虚拟化也成为SDN应用中的重量级应用 SDN发展趋势 数据平面可编程 由于应用业务需求不断升级 在SDN数据平面上部署新型网络协议的要求逐渐

14、成为新的瓶颈 1 当前数据平面具有协议相关性 2 OpenFlow协议规范支持的数据报处理动作数目有限 3 用户无法动态按需对不可编程的数据平面进行改动 SDN发展方向 数据平面可编程 数据平面可编程 指的是用户能够通过编程语言对数据平面进行设计 使数据平面可控 可操作于用户 为用户根据动态变化的业务需求实现不同既定目标提供支持 在可编程性带来高度灵活性的同时具备一定的可拓展性 当用户根据业务需求需要对部署在数据平面的策略做出更改或者替换 P4是实现数据平面可编程目前比较知名的语言 在今年5月8日举行的P4中国峰会上 刘韵洁院士提出 软件有无可比拟的灵活性和低成本性 相对于硬件 它能够大大降低

15、服务提供商的成本预算 同时 软件的能耗相对于硬件小得多 节能环保 所以软件定义会成为世界的一个发展方向 软件定义世界 SDX SDN的课堂讨论 控制平面和转发平面分离有什么好处 SDN的课堂讨论 Why Q1 集中管理可能更好 Q2 SDN的课堂讨论 What 与传统网络相比 SDN有什么好处 管理方便 也可以集中网管系统界面统一管理配置不同页面啊 更安全 单一的控制器被攻击 可能更不安全啊 Q3 SDN的课堂讨论 How SDN和传统网络间是什么关系 取代Or覆盖 并列Or共存 软件定义网络课程建设的思考 软件定义网络 福州大学 学科特色创新创业课程 32课时 16学时理论 16学时实验 本

16、科生课程 软件定义网络 软件定义网络 课程安排 一 课堂讲授 16学时 1 传统网络背景及SDN概述 2学时 内容 传统网络背景 SDN起源及发展历程 SDN基本概念及典型技术特征2 SDN基本原理 2学时 内容 SDN接口协议 SDN数据平面技术 SDN控制平面技术 SDN的应用场景分析3 SDN基本协议 南向 北向 3学时 内容 OpenFlow协议 OF CONFIG协议 其他SDN南向接口协议 ONF北向接口 SDN其他北向接口4 SDN数据平面 2学时 内容 数据平面架构 SDN芯片 SDN硬件交换机 SDN软件交换机5 SDN控制平面 3学时 内容 SDN控制器体系架构 开源控制器 商用控制器6 OpenStack理论基础 2学时 内容 云计算基础介绍 OpenStack项目介绍及开源社区生态 OpenStack的核心架构及演进 OpenStack与其它开源云平台的比较7 P4简介 2学时 内容 P4背景 PISA架构 P4语言语义 P4目前进展 二 上机实践 16学时 1 基础实验 Mininet仿真平台使用 2学时 2 基础实验 Python编程基础 2学时 3 基础实