HCIP-SDN

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软件定义网络(Software Defined Network,SDN)是由美国斯坦福大学clean-slate课题研究组提出的一种新型网络创新架构,是网络虚拟化的一种实现方式。其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来,从而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,为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。

SDN起源于2006年斯坦福大学的Clean State研究课题。2009年,Mckeown教授正式提出了SDN概念 。
软件定义网络SDN(Software Defined Network)是由美国斯坦福大学CLean State研究组提出的一种新型网络创新架构,可通过软件编程的形式定义和控制网络,其控制平面和转发平面分离及开放性可编程的特点,被认为是网络领域的一场革命,为新型互联网体系结构研究提供了新的实验途径,也极大地推动了下一代互联网的发展 。
传统网络世界是水平标准和开放的,每个网元可以和周边网元进行完美互联。而在计算机的世界里,不仅水平是标准和开放的,同时垂直也是标准和开放的,从下到上有硬件、驱动、操作系统、编程平台、应用软件等等,编程者可以很容易地创造各种应用。从某个角度和计算机对比,在垂直方向上,网络是“相对封闭”和“没有框架”的,在垂直方向创造应用、部署业务是相对困难的。但SDN将在整个网络(不仅仅是网元)的垂直方向变得开放、标准化、可编程,从而让人们更容易、更有效地使用网络资源。
因此,SDN技术能够有效降低设备负载,协助网络运营商更好地控制基础设施,降低整体运营成本,成为了最具前途的网络技术之一。

SDN 的三个特征

网络开放可编程:SDN 建立了新的网络抽象模型,为用户提供了一套完整的通用API,使用户可以在控制器上编程实现对网络的配置、控制和管理,从而加快网络业务部署的进程。

控制平面与数据平面的分离:此处的分离是指控制平面与数据平面的解耦合。控制平面和数据平面之间不再相互依赖,两者可以独立完成体系结构的演进,类似于计算机工业的Wintel 模式,双方只需要遵循统一的开放接口进行通信即可。控制平面与数据平面的分离是SDN 架构区别于传统网络体系结构的重要标志,是网络获得更多可编程能力的架构基础。

逻辑上的集中控制:主要是指对分布式网络状态的集中统一管理。在SDN 架构中,控制器会担负起收集和管理所有网络状态信息的重任。逻辑集中控制为软件编程定义网络功能提供了架构基础,也为网络自动化管理提供了可能。
因此,只要符合以上三个特征的网络都可以称之为软件定义网络。在这三个特征中,控制平面和数据平面分离为逻辑集中控制创造了条件,逻辑集中控制为开放可编程控制提供了架构基础,而网络开放可编程才是SDN 的核心特征。
一般来说,SDN 网络体系结构主要包括SDN 网络应用、北向接口、SDN 控制器、南向接口和SDN 数据平面共五部分

SDN的价值

网络业务快速创新:
SDN的可编程性和开放性,使得我们可以快速开发新的网络业务和加速业务创新。如果希望在网络上部署新业务,可以通过针对SDN软件的修改实现网络快速编程,业务快速上线。

SDN网络关键的地方是在网络架构中增加了一个SDN控制器,把原来的分布式控制平面集中到一个SDN控制器上,由这个集中的控制器来实现网络集中控制。SDN网络架构具备3个基本特征:转控分离、集中控制、开放接口。

SDN通过在网络中增加一个集中的SDN控制器,可以简化网络和快速进行业务创新。但是其本质的技术原理是通过SDN控制器的网络软件化过程来提升网络可编程能力。通信平面仍包含管理平面、控制平面和数据平面,SDN网络架构只是把系统的三个平面的功能进行了重新分配,传统网络控制平面是分布式的,分布在每个转发设备上,而SDN网络架构则是把分布式控制平面集中到一个SDN控制器内,实现集中控制,而管理平面和数据平面并没有太多什么变化。

SDN网络具备快速网络创新能力,如果这个新业务有价值则保留,没有价值可以快速下线。不像传统网络那样,一个新业务上线需要经过需求提出、讨论和定义开发商开发标准协议,然后在网络上升级所有的网络设备,经过数年才能完成一个新业务。SDN使得新业务的上线速度从几年提升到几个月或者更快。

简化网络:
SDN的网络架构简化了网络,消除了很多IETF的协议。协议的去除,意味着学习成本的下降,运行维护成本下降,业务部署快速提升。这个价值主要得益于SDN网络架构下的网络集中控制和转控分离。

因为SDN网络架构下的网络集中控制,所以被SDN控制器所控制的网络内部很多协议基本就不需要了,比如RSVP协议、LDP协议、MBGP协议、PIM组播协议等等。原因是网络内部的路径计算和建立全部在控制器完成,控制器计算出流表,直接下发给转发器就可以了,并不需要协议。未来大量传统的东西向协议会消失,而南北向控制协议比如Openflow协议则会不断的演进来满足SDN网络架构需求

网络设备白牌化:
基于SDN架构,如果标准化了控制器和转发器之间的接口,比如OpenFlow协议逐渐成熟,那么网络设备的白牌化将成为可能,比如专门的OpenFlow转发芯片供应商,控制器厂商等,这也正是所谓的系统从垂直集成开发走向水平集成。

垂直集成是一个厂家供应从软件到硬件到服务。水平集成则是把系统水平分工,每个厂家都完成产品的一个部件,有的集成商把他们集成起来销售。水平分工有利于系统各个部分的独立演进和更新,快速进化,促进竞争,促进各个部件的采购价格的下降。

业务自动化:
SDN网络架构下,由于整个网络归属控制器控制,那么网络业务网自动化就是理所当然的,不需要另外的系统进行配置分解。在SDN网络架构下,SDN控制器可以自己完成网络业务部署,提供各种网络服务,比如L2VPN、L3VPN等,屏蔽网络内部细节,提供网络业务自动化能力。

网络路径流量优化:
通常传统网络的路径选择依据是通过路由协议计算出的“最优”路径,但结果可能会导致“最优”路径上流量拥塞,其他非“最优”路径空闲。当采用SDN网络架构时,SDN控制器可以根据网络流量状态智能调整网络流量路径,提升网络利用率。

考试的考点:

SDN分类:
控制与转发分离 (超广义)
管理与控制分离 (广义)

SDN的三个主要特征:
转控分离:网元的控制平面在控制器上,负责协议计算,产生流表;而转发平面只在网络设备上。
集中控制:设备网元通过控制器集中管理和下发流表,这样就不需要对设备进行逐一操作,只需要对控制器进行配置即可。
开放接口:第三方应用只需要通过控制器提供的开放接口,通过编程方式定义一个新的网络功能,然后在控制器上运行即