SDN的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與部署模式了解SDN三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)熟悉SDN南向協(xié)議熟悉SDN的兩種網(wǎng)絡(luò)部署模式教學(xué)目標(biāo)目錄SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)SDN南向協(xié)議SDN網(wǎng)絡(luò)部署模式SDN與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不同之處ONE網(wǎng)絡(luò)可編程TWO軟硬件解耦彈性響應(yīng)上層應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)可編程，能夠及時(shí)響應(yīng)上層應(yīng)用的變化，并對網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與配置設(shè)計(jì)自適應(yīng)的調(diào)整在分布式網(wǎng)絡(luò)連接之上引入一個(gè)集中統(tǒng)一的控制與管理層來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)全局管理和對上層業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)SDN三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)發(fā)層控制層應(yīng)用層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備NSXControllerAPPAPPAPP南向接口北向接口APIAPIAPIOpenFlow等控制-轉(zhuǎn)發(fā)平面接口SDN三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)SDN三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解讀1

應(yīng)用層應(yīng)用層主要是體現(xiàn)用戶意圖的各種上層程序，典型應(yīng)用包含了OSS（運(yùn)營支撐系統(tǒng)）、Openstack等等。

2

控制層系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部交換路徑和邊界業(yè)務(wù)路由的生成，并負(fù)責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)變化事件。3

轉(zhuǎn)發(fā)層

主要由轉(zhuǎn)發(fā)器和連接器的線路構(gòu)成基礎(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)執(zhí)行用戶數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)過程中所需要的轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)是由控制層實(shí)現(xiàn)的SDN三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)兩個(gè)重要的接口：南向接口與北向接口數(shù)據(jù)平面控制平面業(yè)務(wù)應(yīng)用北向接口南向接口南向接口與北向接口SDN三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)南向接口位于數(shù)據(jù)平面和控制平面之間，負(fù)責(zé)SDN控制器與網(wǎng)絡(luò)單元之間的數(shù)據(jù)交換和交互操作。OpenFlow就是最著名的工作在南向接口的協(xié)議北向接口位于控制平面與應(yīng)用平面之間，上層的應(yīng)用程序通過北向接口獲取下層的網(wǎng)絡(luò)資源，并通過北向接口向下層網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)目錄SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)SDN南向協(xié)議SDN網(wǎng)絡(luò)部署模式SDN南向協(xié)議介紹SDN南向協(xié)議嘗試為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)平面提供統(tǒng)一的、開放的和具有更多編程能力的接口，使得控制器可以基于這些接口對數(shù)據(jù)平面設(shè)備進(jìn)行編程控制，指導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)流量的轉(zhuǎn)發(fā)等行為廣義SDN南向協(xié)議狹義SDN南向協(xié)議南向協(xié)議根據(jù)可編程能力分類狹義SDN南向協(xié)議與廣義SDN南向協(xié)議SDN南向協(xié)議介紹狹義SDN南向協(xié)議狹義的SDN南向協(xié)議具有對數(shù)據(jù)平面編程的能力，可以指導(dǎo)數(shù)據(jù)平面設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)操作等網(wǎng)絡(luò)行為。廣義SDN南向協(xié)議廣義的SDN南向協(xié)議主要分為三種類型。第一種是僅具有對數(shù)據(jù)平面配置能力的南向協(xié)議;第二種是應(yīng)用于廣義SDN，具有部分可編程能力的協(xié)議:第三種是本來就存在，其應(yīng)用范圍很廣，不限于應(yīng)用在SDN控制平面和數(shù)據(jù)平面之間傳輸控制信令的協(xié)議。廣義SDN南向協(xié)議的三種類型SDN南向協(xié)議介紹第一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置類型協(xié)議的代表有OF-Config、OVSDB和NET-CONF等協(xié)議。目前，這些南向協(xié)議已經(jīng)OpenDaylight等許多SDN控制器支持。配置型南向協(xié)議是OpenFlow等狹義SDN南向協(xié)議的補(bǔ)充，完成對設(shè)備資源的配置。第二種應(yīng)用于廣義SDN架構(gòu)的南向協(xié)議，比如應(yīng)用于ACI架構(gòu)的OpFlex協(xié)議。在ACI架構(gòu)中，數(shù)據(jù)平面設(shè)備依然保留了很多控制邏輯，甚至更智能，依然負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能，但支持遠(yuǎn)程控制器通過OpFlex協(xié)議來下發(fā)策略，指導(dǎo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備去實(shí)現(xiàn)某一個(gè)網(wǎng)絡(luò)策略。第三種可應(yīng)用于SDN的南向協(xié)議,其代表有PCEP和XMPP。兩者本質(zhì)上都具有可編程能力，但均不是專門為SDN而設(shè)計(jì)的，而是本來就存在，只是被應(yīng)用在SDN框架中。SDN狹義南向協(xié)議介紹典型的狹義南向協(xié)議POF不僅可以實(shí)現(xiàn)軟件定義的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理，而且還可以實(shí)現(xiàn)軟件定義的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議解析。即POF可以實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)平面協(xié)議解析過程和數(shù)據(jù)處理過程兩部分的軟件定義，擁有數(shù)據(jù)平面編程能力，支持協(xié)議無關(guān)的轉(zhuǎn)發(fā)，是完全可編程的南向協(xié)議POFOpenFlow協(xié)議可以通過下發(fā)流表項(xiàng)來對數(shù)據(jù)平面設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理邏輯進(jìn)行編程，從而實(shí)現(xiàn)可編程定義的網(wǎng)絡(luò)。OpenFlowP4也是一個(gè)可對數(shù)據(jù)解析邏輯和數(shù)據(jù)處理邏輯編程的語言或者框架。P4不僅是一個(gè)SDN南向協(xié)議，還是一門網(wǎng)絡(luò)編程語言，即可以通過P4協(xié)議對底層交換機(jī)進(jìn)行編程控制。P4目錄SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)SDN南向協(xié)議SDN網(wǎng)絡(luò)部署模式SDN網(wǎng)絡(luò)部署模式SDN網(wǎng)絡(luò)部署模式有兩種：underlay與overlayunderlay網(wǎng)絡(luò)UnderLay指的是物理網(wǎng)絡(luò)，它由物理設(shè)備和物理鏈路組成。常見的物理設(shè)備有交換機(jī)、路由器、防火墻、負(fù)載均衡、入侵檢測、行為管理等，這些設(shè)備通過特定的鏈路連接起來形成了一個(gè)傳統(tǒng)的物理網(wǎng)絡(luò)，這樣的物理網(wǎng)絡(luò)，我們稱之為UnderLay網(wǎng)絡(luò)。Underlay網(wǎng)絡(luò)Underlay網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)備份網(wǎng)絡(luò)IP存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)管理網(wǎng)絡(luò)Underlay網(wǎng)絡(luò)缺點(diǎn)傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)都基于硬件，其構(gòu)建而成的Underlay網(wǎng)絡(luò)也產(chǎn)生了如下的問題：由于硬件根據(jù)目的IP地址進(jìn)行數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)，所以傳輸?shù)穆窂揭蕾囀謬?yán)重。新增或變更業(yè)務(wù)需要對現(xiàn)有底層網(wǎng)絡(luò)連接進(jìn)行修改，重新配置耗時(shí)嚴(yán)重互聯(lián)網(wǎng)不能保證私密通信的安全要求ABC網(wǎng)絡(luò)切片和網(wǎng)絡(luò)分段實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，無法做到網(wǎng)絡(luò)資源的按需分配多路徑轉(zhuǎn)發(fā)繁瑣，無法融合多個(gè)底層網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡DESDN網(wǎng)絡(luò)部署模式SDN網(wǎng)絡(luò)部署模式有兩種：Underlay與OverlayOverlay網(wǎng)絡(luò)OverLay其實(shí)就是一種隧道技術(shù)，VXLAN，NVGRE及STT是典型的三種隧道技術(shù)，它們都是通過隧道技術(shù)實(shí)現(xiàn)大二層網(wǎng)絡(luò)。將原生態(tài)的二層數(shù)據(jù)幀報(bào)文進(jìn)行封裝后在通過隧道進(jìn)行傳輸?？傊ㄟ^OverLay技術(shù)，我們在對物理網(wǎng)絡(luò)不做任何改造的情況下，通過隧道技術(shù)在現(xiàn)有的物理網(wǎng)絡(luò)上創(chuàng)建了一個(gè)或多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)即虛擬網(wǎng)絡(luò)，有效解決了物理數(shù)據(jù)中心，尤其是云數(shù)據(jù)中心存在的諸多問題，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)化和智能化。Overlay網(wǎng)絡(luò)Overlay網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)主機(jī)主機(jī)主機(jī)物理網(wǎng)絡(luò)Overlay虛擬網(wǎng)絡(luò)underlayA網(wǎng)段B網(wǎng)段C網(wǎng)段D網(wǎng)段D網(wǎng)段D網(wǎng)段D1D2D1D2A1B1D1D2Overlay網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)Overlay網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)Overlay網(wǎng)絡(luò)可以按照需求建立不同的虛擬拓?fù)浣M網(wǎng)，無需對底層網(wǎng)絡(luò)作出修改支持網(wǎng)絡(luò)切片與網(wǎng)絡(luò)分段。將不同的業(yè)務(wù)分割開來，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)分配通過加密手段可以解決保護(hù)私密流量在互聯(lián)網(wǎng)上的通信ABC流量傳輸不依賴特定線路。Overlay網(wǎng)絡(luò)使用隧道技術(shù)，可以靈活選擇不同的底層鏈路，使用多種方式保證流量的穩(wěn)定傳輸支持多路徑轉(zhuǎn)發(fā)。在Overlay網(wǎng)絡(luò)中，流量從源傳輸?shù)侥康目赏ㄟ^多條路徑，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載分擔(dān)，最大化利用線路的帶寬DESDN三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)SDN南向協(xié)議SDN的網(wǎng)絡(luò)部署模式總結(jié)SDN南向協(xié)議OpenFlow基礎(chǔ)理解OpenFlow的架構(gòu)理解OpenFlow的關(guān)鍵組件原理教學(xué)目標(biāo)目錄OpenFlow概述OpenFlow架構(gòu)OpenFlow關(guān)鍵組件OpenFlow起源提出了OpenFlow協(xié)議OpenFlow協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布/ONF成立20082009-2012NickMcKeown教授等在論文中提出了OpenFlow協(xié)議，介紹了OpenFlow的原理，包括OpenFlow交換機(jī)和OpenFlow控制器的設(shè)計(jì)2009年OpenFlow1.0版本協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布，OpenFlow正式進(jìn)入工業(yè)界的視野。2011年3月，ONF的成立是OpenFlow發(fā)展史上的-一個(gè)重要的里程碑事件，標(biāo)志著OpenFlow協(xié)議開始了工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化的道路。2012年7月Nicira公司被VMware以12.6億美元收購OpenFlow版本OpenFlow部分版本的發(fā)布2011.22011.122012.42013.10OpenFlowV1.4OpenFlowV1.3版本OpenFlowV1.2版本OpenFlowV1.1版本2009OpenFlowV1.0版本OpenFlow的理解我們?nèi)绾卫斫釵penFlow？01南向協(xié)議之一openflow實(shí)際上就是SDN控制器和數(shù)據(jù)平面之間的多種通信協(xié)議之一，他實(shí)際上已經(jīng)被看作SDN通信協(xié)議事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)，類似于TCP/IP，作為互聯(lián)網(wǎng)的通信準(zhǔn)則。02數(shù)據(jù)鏈路層的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議能夠控制交換機(jī)，路由器的轉(zhuǎn)發(fā)平面印象數(shù)據(jù)包的網(wǎng)絡(luò)路徑。相比于ACL和路由協(xié)議，OpenFlow允許更復(fù)雜的流量管理，還允許不同供應(yīng)商用一個(gè)簡單、開源的協(xié)議遠(yuǎn)程管理交換機(jī)。目錄OpenFlow概述OpenFlow架構(gòu)OpenFlow關(guān)鍵組件OpenFlow架構(gòu)OpenFlow控制器與交換機(jī)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖安全渠道流表軟件硬件OpenFlow交換機(jī)個(gè)人計(jì)算機(jī)控制器OpenFlow協(xié)議SSLOpenFlow運(yùn)作架構(gòu)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)交換機(jī)控制平面控制器OSPFLACPRSTP通信協(xié)議目錄OpenFlow概述OpenFlow架構(gòu)OpenFlow關(guān)鍵組件OpenFlow的關(guān)鍵組件OpenFlow控制器OpenFlow交換機(jī)OpenFlow流表OpenFlow組表OpenFlowMeter表OpenFlow控制器OpenFlow控制器位于SDN架構(gòu)中的控制層，通過OpenFlow協(xié)議指導(dǎo)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)。開源控制器廠商控制器ABOpenFlow控制器分類OpenFlow的典型開源控制器NOX/POXNOX支持OpenFlowV1.0，提供C++的API，并采用異步的、基于時(shí)間的編程模型。POX可以視為更新的，基于PYthon的NOX版本，支持Windows、MacOS、Linux系統(tǒng)上的Python開發(fā)，主要用于教育和研究領(lǐng)域。ONOSONOS上由theopenNetworkingLab使用Java及Apache實(shí)現(xiàn)并發(fā)布的首款開源SDN網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，主要面相與網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商和企業(yè)骨干網(wǎng)。OpenDaylightOpenDaylight是一個(gè)Linux基金合作項(xiàng)目，以開源社區(qū)為主導(dǎo)，使用Java語言實(shí)現(xiàn)開源框架，旨在推動(dòng)創(chuàng)新實(shí)施以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)透明化?？梢詫?shí)現(xiàn)與NFV開放平臺(tái)OPNFV、開源云平臺(tái)Openstack和開放網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化平臺(tái)ONAP同步。OpenFlow交換機(jī)OpenFlow交換機(jī)由硬件平面上的OpenFlow表項(xiàng)和軟件平面上的安全通道構(gòu)成。OpenFlow表項(xiàng)為OpenFlow的關(guān)鍵組成部分，由控制器下發(fā)來實(shí)現(xiàn)控制平面對轉(zhuǎn)發(fā)平面的控制。OpenFlow-OnlySwitch僅支持OpenFlow轉(zhuǎn)發(fā)OpenFlow-OnlySwitch既支持OpenFlow轉(zhuǎn)發(fā)也支持普通二、三層轉(zhuǎn)發(fā)ABOpenFlow交換機(jī)分類OpenFlow交換機(jī)與控制器的關(guān)系流表安全通道控制器1實(shí)例1OpenFlow接口流表安全通道控制器2實(shí)例2OpenFlow接口OpenFlow交換機(jī)一個(gè)OpenFlow交換機(jī)可以有若干個(gè)OpenFlow實(shí)例，OpenFlow實(shí)例使得一個(gè)OpenFlow交換機(jī)同時(shí)被多組控制器控制成為可能。OpenFlow接口類型OpenFlow交換機(jī)在實(shí)際轉(zhuǎn)發(fā)過程中依賴于OpenFlow表項(xiàng)，轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作由交換機(jī)的OpenFlow接口完成。OpenFlow接口分類物理接口：比如以交換機(jī)的以太網(wǎng)口，可以作為匹配的入接口和出接口邏輯接口：比如聚合接口、Tunnel接口等，可以作為匹配的入接口和出接口保留接口：由轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作定義的接口，實(shí)現(xiàn)OpenFlow的轉(zhuǎn)發(fā)功能OpenFlow的流表流表(FlowTable)是交換機(jī)用于存儲(chǔ)流表項(xiàng)的表。在OpenFlow1.0版本中僅有一張流表,即單流表。由于單流表可以支持的程序邏輯太簡單,無法滿足復(fù)雜的業(yè)務(wù)邏輯，所以在OpenFlow1.1版本規(guī)范中就提出了多級流表的概念。分組頭域計(jì)數(shù)器動(dòng)作匹配域計(jì)數(shù)器指令匹配域優(yōu)先級計(jì)數(shù)器指令計(jì)時(shí)器CookieV1.0V1.1&V1.2V1.3不同協(xié)議版本的流表項(xiàng)結(jié)構(gòu)OpenFlow流表的基本說明流表重要字段的說明匹配域：流表項(xiàng)匹配規(guī)則，可以匹配入接口、物理入接口、流表間數(shù)據(jù)，二層報(bào)文、三層報(bào)文、四層端口號等報(bào)