軟件定義網(wǎng)絡（SDN）實戰(zhàn)教程課件

SDN基本原理第2章2.1SDN基本概念

2.2

SDN的體系架構2.3

SDN工作原理2.1

SDN基本概念

SDN是一種網(wǎng)絡設計理念，或者一種推倒重來的設計思想，只要網(wǎng)絡硬件可以集中式軟件管理，可編程化，控制轉發(fā)層面分開，則可以認為這個網(wǎng)絡是一個SDN網(wǎng)絡，狹義SDN是指的“軟件定義網(wǎng)絡”，廣義SDN概念延伸了：軟件定義安全、軟件定義存儲等等”。SDN定義：SDN（SoftwareDefinedNetwork，軟件定義網(wǎng)絡），即SDN是一種擁有邏輯集中式的控制平面，抽象化的數(shù)據(jù)平面的新網(wǎng)絡架構。網(wǎng)絡開放可編程：SDN提供通用API，允許用戶編程控制網(wǎng)絡配置和管理，加速業(yè)務部署?？刂破矫媾c數(shù)據(jù)平面的分離：控制平面和數(shù)據(jù)平面解耦，可獨立演進，通過開放接口通信，是SDN區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡的關鍵。邏輯上的集中控制：控制器集中管理網(wǎng)絡狀態(tài)信息，為網(wǎng)絡功能編程和自動化管理提供基礎。。SDN定義2.2.1

數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的模型2.2.2

有關信道的幾個基本概念2.2.3

信道的極限容量2.2SDN的體系架構2.2基本架構SDN是一種數(shù)據(jù)控制分離、軟件可編程的新型網(wǎng)絡體系架構，其基本架構如圖所示。在SDN架構中，控制平面通過控制-轉發(fā)通信接口集中控制網(wǎng)絡設備，生成轉發(fā)表，決定數(shù)據(jù)流量處理，無需復雜分布式協(xié)議。2.2基本架構SDN的核心優(yōu)勢在于其軟件可編程性和控制平面與轉發(fā)平面的分離，這使得網(wǎng)絡功能可以通過軟件升級快速靈活地定制，簡化了網(wǎng)絡創(chuàng)新。SDN的開放架構提供了編程接口，允許用戶根據(jù)需求定制網(wǎng)絡資源，有助于打破廠商壟斷，促進技術發(fā)展。SDN不是一個具體的協(xié)議，而是一個包含多種接口協(xié)議的框架。例如，使用OpenFlow等南向接口協(xié)議實現(xiàn)控制器與交換機的交互，北向API實現(xiàn)應用與控制器的交互，增強了網(wǎng)絡的感知與管控能力，推動網(wǎng)絡發(fā)展。2.2.1

ONF定義的SDN架構ONF定義的SDN架構由四個平面組成：數(shù)據(jù)平面：由多個網(wǎng)絡元素構成，每個元素包含一個或多個SDNDatapath，負責數(shù)據(jù)轉發(fā)和處理，包括CPIDAgent、轉發(fā)引擎表和處理功能?？刂破矫妫河蒘DN控制器組成，負責將應用層請求轉換到Datapath，并提供網(wǎng)絡抽象模型?？刂破靼∟BIAgent、控制邏輯和CDPIDriver，可以是多個實例或層級式集群，地理位置靈活。

2.2.1

ONF定義的SDN架構應用平面：由多個SDN應用組成，這些應用通過北向接口與控制器交互，實現(xiàn)網(wǎng)絡行為的可編程請求。SDN應用可以封裝北向接口，提供高級功能。管理平面：負責靜態(tài)任務，如網(wǎng)元配置、指定控制器和定義控制范圍等，適合獨立于其他平面實現(xiàn)。2.2.2

IETF定義的SDN架構IETF定義的SDN架構特點：1.開放北向API接口：提供創(chuàng)新空間。2.強化設備控制面功能：注重可編程性。3.基于現(xiàn)網(wǎng)演進：支持OpenFlow等多種協(xié)議。2.2.2

IETF定義的SDN架構主要技術包括：XML-basedSDN：使用NETCONF協(xié)議，基于XML編碼，通過RPC實現(xiàn)網(wǎng)絡設備配置管理，優(yōu)于SNMP。l2RS：使用YANG建模語言，實現(xiàn)路由信息庫可編程，提供標準接口，沿用傳統(tǒng)設備結構，通過協(xié)議接口與路由系統(tǒng)交互。2.2.3Overlay網(wǎng)絡架構

Overlay網(wǎng)絡組成邊緣設備：與虛擬機直接相連?？刂破矫妫贺撠熖摂M隧道的建立維護和主機可達性信息的通告。轉發(fā)平面：物理網(wǎng)絡承載Overlay報文。Overlay技術分類：網(wǎng)絡Overlay：通過控制協(xié)議構建和擴展網(wǎng)絡，使用TRILL、VxLAN、GRE、NVGRE等隧道技術。主機Overlay：未在文中詳述。混合式Overlay：結合網(wǎng)絡和主機Overlay。2.2.3Overlay網(wǎng)絡架構

OverlaySDN架構：核心思想是網(wǎng)絡虛擬化，解耦網(wǎng)絡服務與物理設備。創(chuàng)建虛擬機間的L2VPN，實現(xiàn)軟件可編程的網(wǎng)絡管控。滿足業(yè)務快速變化需求，支持快速上線和持續(xù)創(chuàng)新。主要技術包括網(wǎng)絡邊緣控制器(NVP)和Overlay技術(OpenvSwitch)。架構基于IP網(wǎng)絡，易于部署，對現(xiàn)有網(wǎng)絡改造少。2.3SDN工作原理SDN的核心思想是分離控制平面與數(shù)據(jù)平面，并使用集中式控制器進行可編程控制?？刂破魍ㄟ^北向接口與應用交互，通過南向接口與轉發(fā)設備通信。這種分離和集中式控制賦予SDN強大的可編程性，簡化運維，靈活管理，并可通過東西向接口支持多控制器協(xié)同，實現(xiàn)大規(guī)模部署。2.3.1控制平面與數(shù)據(jù)平面的解耦解耦控制平面和數(shù)據(jù)平面是SDN的關鍵，旨在解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡中緊耦合帶來的問題。解耦后，控制平面負責決策，數(shù)據(jù)平面負責轉發(fā)，兩者通過開放接口通信，不再相互依賴。解耦帶來的挑戰(zhàn)包括：1.控制平面可能成為性能瓶頸，可通過分布式控制器解決。2.多控制器間的路由信息交互和網(wǎng)絡狀態(tài)一致性維護。3.控制平面遠端可能導致響應延遲，影響數(shù)據(jù)平面可用性。盡管存在挑戰(zhàn)，解耦實現(xiàn)了網(wǎng)絡的邏輯集中控制，有利于網(wǎng)絡技術的獨立演進和創(chuàng)新發(fā)展。2.3.2網(wǎng)絡能力的抽象SDN借鑒計算機系統(tǒng)抽象技術，將網(wǎng)絡視為分層操作系統(tǒng)，并實現(xiàn)三種主要抽象：轉發(fā)抽象：數(shù)據(jù)平面抽象為通用轉發(fā)模型，如OpenFlow交換機，統(tǒng)一各種轉發(fā)表象為流表。分狀態(tài)抽象：控制層將設備狀態(tài)抽象為全局網(wǎng)絡視圖，通過NOS下發(fā)控制命令，提供全局視圖。配置抽象：應用層通過網(wǎng)絡編程語言表達網(wǎng)絡行為，基于全局視圖進行配置，而非單個設備。2.3.3網(wǎng)絡可編程SDN的可編程性是其核心屬性之一，類似于計算機軟件的編程，SDN允許網(wǎng)絡通過高級編程接口進行管理和控制。網(wǎng)絡可編程性的演變：從命令行配置到硬件級別的可編程設備，再到SDN的高級編程方式，網(wǎng)絡可編程性變得更加靈活和便捷。北向接口：為應用開發(fā)者提供API，允許他們設計應用而無需關心硬件細節(jié)。南向接口：控制器與轉發(fā)設備之間的接口，如OpenFlow，實現(xiàn)控制器對轉發(fā)設備的管控。東西向接口：控制器之間的通信接口，增強控制平面的可靠性和可擴展性。2.3.3網(wǎng)絡可編程北向接口的重要性：直接影響SDN網(wǎng)絡的可編程能力，目前缺乏統(tǒng)一標準，不同廠商有各自的接口