SDN(Software Defined Network)可以被视为一种全新的网络技术,它通过分离网络设备的控制面与数据面,将网络的能力抽象为应用程序接口(API:Application Programming Interface)提供给应用层,从而构建了开放可编程的网络环境,在对底层各种网络资源虚拟化的基础上,实现对网络的集中控制和管理。
图1 软件定义网络
与采用嵌入式控制系统的传统网络相比,SDN将网络设备控制能力集中至中央控制节点,通过网络操作系统以软件驱动的方式实现灵活、高度自动化的网络控制和业务配置。
为什么需要一个全新的SDN网络架构
在传统的架构中,交换机和路由器不得不在操作6000种分布式协议的控制下实施整个网络的智能。这就意味着,即使只有一个网元增加了一种新的协议,也需要所有其他网元做出相应的结构变更。事实上,在网络中增加一种新的协议往往需要数年时间,才能最终完成标准化到实际部署的过程。
SDN使得网络可编程化,这就使得网络在满足用户的需求方面更加灵活。
部署SDN的优势
1) SDN加快了新业务引入的速度。网络运营商可以通过可控的软件部署相关的功能,而不必像以前那样等待某个设备提供商在专有设备上添加相应的方案;
2)SDN降低了网络的运营费用。消除了应用和特定网络的细节——比如,端口和IP关联,使得无需花费时间和金钱配置网络设备;
3)SDN有助于实现网络虚拟化。长期以来通过命令行接口进行人工配置,一直在阻碍网络向虚拟化迈进;
4) SDN让网络乃至所有IT系统更好地以业务目标位导向。增加软件模块来增加SDN功能;
5) 简化网络部署。
SDN体系结构
SDN是一种新型的网络架构,它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离,并实现可编程化控制。SDN的典型架构共分三层,最上层为应用层,包括各种不同的业务和应用;中间的控制层主要负责处理数据平面资源的编排,维护网络拓扑、状态信息等;最底层的基础设施层负责基于流表的数据处理、转发和状态收集。遵循SDN的层次架构,SDN核心技术体系如下图所示。
图2 SDN体系结构
SDN将控制功能从网络交换设备中分离出来,将其移入到逻辑上独立的控制环境——网络控制系统中。该系统可以在通用的服务器上运行,任何用户可以随时,直接进行控制功能编程。控制功能不再局限于路由器中。控制系统提供一组API,用户可以通过API对控制系统进行监控、管理、维护。
SDN主流技术
图3 SDN主流技术路线图
SDN需要某种方法使控制平面能够与数据平面进行通讯。OpenFlow就是这样的一种机制,但OpenFlow并非实现SDN的唯一方法或者唯一途径。就目前而言,实现SDN,除了OpenFlow以外,还有其它几种途径。
图4 ONF所定义的SDN架构
OpenFlow: OpenFlow是现在SDN架构中最有影响力的一个协议。它是SDN架构中位于控制面和转发面的第一个标准通信接口,允许直接访问和操作网络设备的转发面,例如交换机、路由器,包括物理的和虚拟的(基于hypervisor)。
图5 IETF 定义的开发SDN架构
标准网络开放(I2RS):IETF的Netconf旨在减少与自动化设备配置有关的编程工作量。Netconf可使用XML来配置设备,实现更高效的分路状态,并在设备上存储配置数据。
图6 Overlay网络叠加技术
Overlay网络叠加技术:Overlay在网络技术领域,指的是一种网络架构上叠加的虚拟化技术模式,其大体框架是对基础网络不进行大规模修改的条件下,实现应用在网络上的承载,并能与其他网络业务分离,并且以基于IP的基础网络技术为主。
图7 NFV(网络功能虚拟化)
NFV(网络功能虚拟化):NFV的目标就是在通用的硬件设备上运行网络功能,从而通过大范围的部署,可降低CAPEX。“虚拟化”使得网络功能可以按需地部署及更新,且极大地方便远程管理及维护,可降低OPEX。
SDN领域厂商及解决方案
SDN目前已成为当前全球网络领域最热门的研究方向,在权威机构IT领域预测未来五年十大关键趋势和技术影响中排名第二。各大互联网厂商、传统IT厂商、传统网络和通信设备厂商、芯片厂商、电信运营商都纷纷推出了自己的SDN产品和解决方案,并进行SDN实际部署。其中,谷歌、微软等互联网公司均在SDN领域投入了大量的科研力量,思科、华为、爱立信、IBM、HP等IT厂商也正在研制SDN控制器和交换机。
思科SDN架构—ACI
思科的SDN架构是指应用为中心的基础架构(Application Centric Infrastructure,简称ACI),ACI是思科面向SDN,面向应用,面向数据中心与云的战略性架构。
图8 思科SDN架构—ACI
ACI包含应用策略基础设施控制器(APIC)、Nexus 9000产品组合、增强版的NX-OS操作系统和广泛的生态系统组成。是一个具有集中式自动化功能和策略驱动型应用配置文件的整体架构。ACI 提供软件灵活性和硬件性能扩展性。
ACI 的主要特点包括:
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具备开放式软件灵活性,使得 DevOps 团队与生态系统合作伙伴实现一体化
点评:思科ACI架构是其探索企业业务模式从网络经济向应用经济转型的重要方向,思科正试图将网络更多的功能和处理能力从硬件设备上转移到新架构的控制器上,即应用策略基础设施控制(APIC)上;同时ACI更适合运行 在多虚拟的环境中,并提供更好的可见性,如果选择ACI,用户将获得足够 的API来创建多种网络应用。思科希望通过对应用策略,物理与虚拟的融合,芯片创新,统一策略的动态分发,自动化管理等发面的考虑,实现端到端的架构给应用带来活力。
华为SDN架构—敏捷架构
敏捷网络是华为针对企业客户需求和挑战,基于软件定义网络(SDN)思想提供的企业网络商用解决方案。
敏捷网络通过借鉴业界SDN和NFV领域的成功实践,将网络资源和功能抽象出来,开放给IT系统提供服务,创造性扩展出网络连接服务,网络策略服务和网络计算服务。通过这些开放的服务能力,支撑网络平滑演进满足网络随需扩张,为支撑企业敏捷商业,敏捷IT架构,打造了灵活、可定义的网络基础设施,这些网络基础设施是开放、简单和安全的。
图9 华为企业网络SDN的核心思想
华为引入SDN思想的同时,并加入三大架构创新,全可编程、质量感知和平滑演进,华为希望未来任何人可以在华为的网络中完全定义新功能,并且这些新功能在上面不受限制。
图10 华为企业网络SDN架构
华为将SDN架构分为三个层次:网络设备层,网络控制层、业务管理及编排层。其核心理念之一就是全层次开放,能够与不同类型用户的业务需求做到很好的匹配和联动。
图11 SDN控制器系统
华为在芯片层面开发了ENP芯片支持SDN架构,打造了一网双平面网络,交换机将流表做的很大,支持OpenFlow等等协议,在Controller上面打造了OPS(开放编程系统),它从上到下涵盖了网络的方方面面,还可以通过插件跟微软
云计算平台、阿里云平台、OpenStack等多个知名云平台对接,至此华为完成了从芯片、交换机、Controller到各种服务接口,未来还可能涉及应用程序。
华为SDN的主要特点包括:
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开放:网络开放兼容,支持基础增值应用业务扩展,易与第三方设备或业务服务对接,构造行业业务生态链。
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简单:网络全生命周期简单运维,网络规划、网络部署、用户使用和网络维护等都能带来简单便捷体验。
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安全:完善的网络安全解决方案全方位防护用户、网络设备和应用安全,基于大数据分析的云化管理是传统网络安全方案的重要补充。
点评:通过对华为面向企业业务的SDN战略的介绍我们不难看出,华为打造了从芯片、交换机、控制器、解决方案全套的产品,实现了一网双平面、业务随行等创新技术。主要针对企业ICT网络实现“全层次”的可编程和开放,通过对网络设备层、网络控制层、业务管理及编排层的“分层”开放和可编程,满足不同企业的不同开放需求。它将帮助企业提升ICT网络的开放性,灵活性,网络的运维效率和业务运作效率,帮助客户挖掘更多业务创新和发展机会。
戴尔网络SDN架构—VNA
戴尔早在2012年就宣布推出提供了一种整体式框架的虚拟网络体系结构(VNA);这种框架可谓独一无二,因为它所奠定的基础涵盖了一条可引领旧式网络技术升级到OpenFlow、再进一步升级到我们新一代SDN创新技术的演进式途径,所有这一切都在一个通用且一致的框架内完成。
图12 戴尔SDN架构图
VNA体系结构凸显了戴尔侧重于跨传统基础架构与支持SDN的基础架构、跨传统网络管理平台与新一代网络管理平台实现一致的编程式集成;或许最令人瞩目的是,它提供了一种用于编排流程和集成到应用程序框架中的强大框架。
针对传统网络的SDN解决方案,就是在现有的三层网络中支持SDN架构,戴尔跟虚拟化厂商Vmware、微软合作,建立了虚拟化平台下的二层解决方案来实现SDN的应用。戴尔能够把传统的解决方案和新型OpenFlow解决方案混合在一个交换机里,桥接起来成为一个网关,这样就不需要客户做彻底的改变,去更换全部的产品;戴尔灵动系统(Dell Active System)上,形成从业务工作负载应用到服务器、存储、网络的一体化的SDN解决方案,从而对整个系统和网络架构进行更为简单的管理。
点评:戴尔从收购Force 10开始正式涉及网络领域,戴尔网络利用自身优势选择仅支持SDN的交换机和解决方案,实现了灵动网络架构的灵活应用,于此同时与Vmware、微软等合作伙伴合作,有的放矢的选择放弃自研SDN控制器,最终实现SDN架构的完美支持,但在产品兼容性及整体价格方面灵活度缺乏。
华三 SDN架构—VAN
华三在基于全网端到端的总体网络架构上,将会交付一个逐步发展丰富的SDN产品与解决方案集。华三 SDN当前提供三大方案集:基于Controller/Agent的SDN全套网络交付、基于Open API的网络平台开放接口、基于
OAA的自定义网络平台。在这三大方案集成基础上,构建一个标准化深度开放、用户应用可融合的NPaaS(Network Platform as a Service)网络平台即服务的SDN体系,既具备华三已有的优势网络技术方案,又能在各种层次融合与扩展用户自制化网络应用。
在上述SDN基本体系架构定义的框架下,H3C提供与此一致的方案架构。华三将在同一SDN的架构下,除了支持标准化的OpenFlow协议,并提供基于华三自身成熟技术的自有协议RIPCRIPC(Remote IPC)。
图13 华三SDN架构
华三SDN分为三个步骤,第一是开放API和Controller/Agent架构;第二是实现可视化业务编排和定制化的交付;第三是完全面向应用。基于开放API,基于Controller/Agent架构和可视化的编排,给客户提供非常丰富的应用,最终实现SDN的完全落地。
华三SDN解决方案的三个特征:
特征一:整合软件定义网络架构,重新诠释SDN理念,根植于传统网络,融合新型OpenFlow、NFV网络,形成融合网络基础架构,架构演进的同时,保护现有网络投资。形成物理设备、网络控制、业务定义交付三层网络架构,实现网络业务的虚拟化,灵活调配网络资源,网络自定义,自适应;
特征二:面向应用的网络业务自动交付,面向用户核心应用的网络可视化、透明化业务编排,网络业务自动化部署,基于应用的网络服务端到端监控手段;
特征三:开放的上层业务集成手段,提供从基础架构到面向应用编排的多层次开放API,易于集成及业务扩展。
点评:华三在SDN方面倡导整网可编程,更加体现了底层API开放,除了OpenFlow之外还提供了其他API接口,可以说在新的网络架构中华三是一个开放体系,无论底层是经典网络还是OpenFlow网络、NFV网络,在网络控制层可以使用对应的控制器和标准第三方控制器,随后通过可视界面实现了业务编排系统、网络服务vDC/vHost/vAPP,同时支持第三方Orchestration业务系统,最终为用户应用系统提供API接口,来支持用户应用。
其他网络厂商SDN策略
锐捷网络SDN战略
锐捷网络把SDN定义在操作系统上,认为网络操作系统才是网络的灵魂,最新的多进程模块操作系统RGOS11.X平台支持OpenFlow,未来该操作系统会迁移到其他产品上,其次锐捷网络的产品遵循SDN的业界标准,支持OpenFlow等相关协议,2013年发布的新品都支持SDN,最后锐捷网络是开放的,锐捷网络的交换机和控制器都可以和业界标准化产品相兼容,其他厂商的控制器可以控制锐捷网络的交换机,同样锐捷网络的控制器也可以控制其他标准化的交换机。”
DCN的SDN战略
在这场网络变革中DCN可以说一个新兵,DCN提出了“业务定义网络”理念,认为正是SDN本质的具体体现,将SDN/OpenFlow作为重大战略方向。目前DCN通过在DCNOS中开发编程API,支持用户程序运行在网络设备上,从而提供更好的灵活性,实现了全系列网络设备上全面支持OpenFlow,落地产品包括了高端核心交换机云石CS16800等,于此同时还和合作伙伴做基于SDN的应用程序和广域网优化解决方案。
瞻博网络SDN架构—MetaFabric架构
瞻博网络可谓是思科的竞争对手,瞻博网络领先思科推出了MetaFabric架构,包含交换、路由、编排、软件定义网络(SDN)及安全解决方案等技术,以及技术合作伙伴计划等服务项目,是一个完整的产品组合,可以确保客户满足数据中心不断变化的需求而无需替换现有基础架构,瞻博网络技术很厉害,大家可以多了解一下。
博科SDN架构—VCS架构
博科在拥有了以太网矩阵、Vyatta虚拟产品和丰富的路由、交换、无线、存储、应用交付等产品线,以及占绝对市场份额领先的SAN交换机市场后,将仰赖VCS和vRouter这两项看家本领,完成按需数据中心的愿景。
盛科网络SDN战略
盛科网络本来是一家专注交换芯片(ASIC)厂商,凭借自身在芯片上的优势,发布了业界首个基于硬件交换机的开源SDN项目--Lantern,推出了SDN解决方案及多款交换机,可以跟其他厂商Controller兼容,侧重点在芯片优化,不做Controller及应用程序。
图14 各网络厂商SDN策略
e-works观点:
面对SDN趋势,各厂商都采取了不同的策略,包含了SDN技术跟进研究、交换机支持OpenFlow协议、SDN控制器、SDN应用程序、SDN解决方案等多个方向,厂商之间的竞争逐步从硬件实力向软件实力转变,但这也对网络设备厂商的软件开发能力提出了新的挑战。未来几年,SDN作为全新的IT变革技术,将有机会重构现有网络产业布局,催生出类似于网络服务开发商这样全新的服务市场。
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