SDN介绍（什么是SDN）

一． 什么是SDN?

SDN字面意思是软件定义网络，其试图摆脱硬件对网络架构的限制，这样便可以像升级、安装软件一样对网络进行修改，便于更多的APP（应用程序）能够快速部署到网络上。

如果把现有的网络看成手机，那SDN的目标就是做出一个网络界的Android系统，可以在手机上安装升级，同时还能安装更多更强大的手机APP。

过去30年里，IP网络一直是全分布式的，战功卓著，解决了各种客户需求，今天SDN是为了未来更好更快的实现用户需求。并不是有什么需求通过传统方法不能做到，只是SDN做得更快、更好、更简单。

SDN的本质是网络软件化，提升网络可编程能力，是一次网络架构的重构，而不是一种新特性、新功能。SDN将比原来网络架构更好、更快、更简单的实现各种功能特性。

二．SDN解决什么问题？

IP网络的生存能力很强，得益于其分布式架构。看看IP的历史，当年美国军方希望在遭受核打击后，整个网络能够自主恢复，这样就不能允许网络集中控制，不能存在中心结点，否则在这个中心节点丢一颗核弹，整个网络就挂了。但正是这种全分布式架构导致了许多问题：

看看现在的IP网络管理多复杂，举个运营商部署VPN的例子：要配置MPLS、BFD、IGP、BGP、VPNV4、要绑定接口…且需要在每个PE上配置；当新增加一个PE时，还需要回去修改每个涉及到的PE。

现在各厂家的网络设备都太复杂了。如果您准备成为某个厂商设备的百事通，你需要掌握的命令行超过10000条，而其数量还在增加。 如果你准备成为IP骨灰级专家，你需要阅读网络设备相关RFC 2500篇，如果一天阅读一篇，你知道要看多久能看完？6年多！而这只是整个RFC的1/3，其数量还在增加。

此外，这些协议标准都是在解决各种各样的控制面需求，而这些需求都是需要经过需求提出、定义标准、互通测试、现网设备升级来完成部署，一般要个3~5年才能完成部署。这样的速度，已经Hold不住网络上运营业务的OTT们的各种快速网络调整需求，必须想办法解决这个问题。 很幸运，现在已经找到了解决以上问题的方法。没错，就是SDN ！它是目前系统性的解决以上问题的最好方法。

三．传统网络概念和结构体系

传统网络数据控制与转发：

传统网络是分布式控制的架构，每台设备都包含独立的控制平面，数据平面。

传统网络是分布式控制的架构：

这里的分布式控制指在传统IP网络中，用于协议计算的控制平面和报文转发的数据平面位于同一台设备中。 路由计算和拓扑变化后，每台设备都要重新进行路由计算过程，并称为分布式控制过程。 在传统IP网络中，每台设备都是独立收集网络信息，独立计算，并且都只关心自己的选路。 这种模型的弊端就是所有设备在计算路径时缺乏统一性。 

• 传统网络的管理平面、控制平面、数据平面：
  • 管理平面：管理设备（SNMP）
  • 控制平面：路由协议(IGP、BGP)
  • 数据平面：转发表（FIB）
  • OSS：Operation Support System，运营支撑系统。
  • NMS：Network Management Server，网络管理服务器。

传统网络架构：

• 传统网络局限性：
  • 流量路径的灵活调整能力不足。
  • 网络协议实现复杂，运维难度较大。
  • 网络新业务升级速度较慢。

传统网络通常部署网管系统作为管理平面，而控制平面和数据平面分布在每个设备上运行。

流量路径的调整需要通过在网元上配置流量策略来实现，但对于大型网络的流量进行调整，不仅繁琐而且还很容易出现故障；当然也可以通过部署TE隧道来实现流量调整，但由于TE隧道的复杂性，对于维护人员的技能要求很高。

传统网络协议较复杂，有IGP、BGP、MPLS、组播协议等，而且还在不断增加。

设备厂家除标准协议外都有一些私有协议扩展，不仅设备操作命令繁多，而且不同厂家设备操作界面差异较大，运维复杂。

传统网络中由于设备的控制面是封闭式的，且不同厂家设备实现机制也可能有所不同，所以一种新功能的部署可能会造成周期较长；且如果需要对设备软件进行升级，还需要在每台设备上进行操作，大大降低了工作效率。

四．SDN概述

SDN（Software Defined Network）软件定义网络。

SDN的分类

SDN的分类区别在于其实现的是控制与转发分离，还是管理与控制分离

• 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可。

SDN控制器既不是网管，也不是规划工具：

网管没有实现转控分离：网管只负责管理网络拓扑、监控设备告警和性能、下发配置脚本等操作，但这些仍然需要设备的控制平面负责产生转发表项。

规划工具的目的和控制器不同：规划工具是为了下发一些规划表项，这些表项并非用于路由器转发，是一些为网元控制平面服务的参数，比如IP地址，VLAN等。控制器下发的表项是流表，用于转发器转发数据包。

五．SDN网络架构

SDN是对传统网络架构的一次重构，由原来分布式控制的网络架构重构为集中控制的网络架构。

SDN网络体系架构的三层模型：

• 应用层：这一层主要是体现用户意图的各种上层应用程序，此类应用程序称为协同层应用程序，典型的应用包括OSS（Operation support system 运营支撑系统）、Openstack等。传统的IP网络同样具有转发平面、控制平面和管理平面，SDN网络架构也同样包含这3个平面，只是传统的IP网络是分布式控制的，而SDN网络架构下是集中控制的。
• 控制层：控制层是系统的控制中心，负责网络的内部交换路径和边界业务路由的生成，并负责处理网络状态变化事件。
• 转发层：转发层主要由转发器和连接器的线路构成基础转发网络，这一层负责执行用户数据的转发，转发过程中所需要的转发表项是由控制层生成的。
• 北向接口：应用层和控制层通信的接口，应用层通过控制开放的API，控制设备转发功能
• 南向接口：控制层和数据层通信的接口，控制器通过OpenFlow或其他协议下发流表。

SDN网络部署方式

1. Underlay的网络
   所有的转发行为都由控制器通过OpenFlow协议或定制的BGP协议将转发表下发给转发器，转发器仅仅执行动作，没有单独控制面
   
2. Overlay的网络
   这种网络的转发器一般都是传动设备，不支持OpenFlow，或者私有定制协议不能部署时，就要用隧道技术，基础网络还是传统网络形式，通过路由协议打同各个节点，但是在服务器接入点，才用隧道技术将数据报文进行封装或者解封装。对传统网络来说见到的就是普通数据报文，转发即可。隧道技术实际上就是报文的马甲，迷惑网络设备，让设备以为时自己人，但实际上报文的心是虚拟化的心。现一般才用Vxlan，GRE，NVGRE等隧道技术，而这些新增的协议，也需要升级现有网络设备才能支持（不支持上述协议的网络设备）。穿马甲索然能够在不进行大改造的情况下增加新的功能，但无疑会降低网络性能。
   

六．SDN的价值

网络业务快速创新：

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。