SDN閑聊

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軟體定義網路（Sofeware DefinenNetworking，SDN）是近年來湧現的新興網路技術。SDN的核心思想主要有兩點：

1. 網路資源的可編程式控制制。例如Switch，Router，傳統的方式就是一個設備對應一個資源，需要增刪資源，就去機房插拔設備。SDN可以基於硬體或者純軟體，在一個/套設備上，通過軟體編程，虛擬出多個資源，並且可以動態增刪。

2. 把網路控制層面（controller plane）與數據轉發層面（data plane）分離。通過分離控制層面，可以提高網路整體的管控能力。統一的網路管控加上分散在各個轉發設備（也可能就是伺服器）上的轉發層面，可以更好的實現網路的管理能力。

美國斯坦福大學提出的OpenFlow協議是當前最具代表性的SDN協議，但是原則上不能將SDN與OpenFlow劃等號。現在 ONF（Open Networking Foundation）主導的以 OpenFlow為標準的SDN設計可以視為狹義的 SDN。

SDN的介面

SDN的架構需要向北向提供用戶介面，向南向提供設備管理介面。現在比較統一的南向介面就是OpenFlow。北向介面沒有一個統一的標準，OpenStack Neutron似乎可以作為一個統一的北向介面，許多SDN方案都有自己對接OpenStack Neutron的方式，例如networking-ovn，networking-odl等項目。

SDN的南向設備，可以是硬體設備，也可以是軟體設備，例如OpenVSwitch。硬體廠商多推崇基於自家硬體的SDN，以便更好的搭載售賣硬體。而在開源領域，為了達到廠商中性，一般是基於軟體實現SDN，例如OVN，Midonet，Dragonflow。

SDN控制器

SDN控制器是SDN實現中的大腦。SDN控制器可以分為集中式（Centralized）和分散式（Distributed），又可以分成主動式（Proactive）和混合式（Hybrid）。對應的可以有4類SDN控制器。Centralized Proactive、Centralized Hybrid、Distributed Proactive和Distributed Hybrid。

集中式控制器是由一個/組控制器統一管理一個SDN集群，所有的交換設備都連接到這個/組控制器上。並由這個/組控制器下發OpenFlow流表。集中控制器的負擔將隨著SDN集群的增加而加大，但是由於是集中控制，實現起來比較簡單。

分散式控制器是指，在一個SDN集群中，每個交換設備都有一個對應的控制器。每個交換設備的OpenFlow流表由對應的控制器下發。分散式控制器的負擔不隨SDN集群的增加而加大，但是控制著各個交換設備的控制器之間的數據同步，以及對應的邏輯將會使實現變得複雜。

Proactive控制器，指控制器將所有必須的網路功能都下發到交換設備。這樣設備在接收完OpenFlow轉發規則後，自己就能完成網路功能。這對於簡單的二三層轉發，或者安全組等功能，可以實現。對於一些應用層功能，例如dhcp，用OpenFlow實現將會極其複雜。這個時候一般是上送控制器，由控制器完成dhcp的解包封包，再將網路包回送至交換設備。控制器參與到網路通訊中，並結合proactive方式，即是hybrid方式。

Hybrid控制器，部分網路功能下發至交換設備完成，由交換設備上送至控制器完成。上送控制器完成的網路功能，其延時（latency）將遠大於直接在交換設備上完成。因此，在設計時，應當盡量將一些複雜的功能，並且不是很頻繁使用的網路功能交由控制器實現。

實際使用時，二三層轉發功能也可以上送控制器完成。當一個交換設備設計的路由表過多時，如果都由OpenFlow完成轉發，每次查表時間也是可觀的。這個時候可以將首包上送至控制器，控制器再下發具有一定ttl（time to live）的OpenFlow規則用於轉發。在ttl到期之後，OpenFlow流表會被刪除，這樣可以保證交換設備上的OpenFlow表項不至於太大。

4種控制器如何選擇，上圖給出了答案。小規模網路下，集中式控制器是首選，因為統一管控，不需要控制器之間同步，控制器邏輯簡單，對應的網路延時小。當網路規模上升到一定程度，分散式控制器的優勢開始體現。在相對小規模的網路中，proactive控制器更佔優勢，因為直接可以由交換機完成網路功能，不需要控制器介入。但是網路規模變得巨大時，如果還是用proactive，首先更新OpenFlow表項的代價越來越大，尤其是對集中式控制器；同時由於OpenFlow表項變得巨大，查表時間變長，對應的網路延時（latency）也加大，這個時候，應該選用hybrid控制器。

另外，在選擇SDN控制器還應考慮部署難度，HA等。分散式SDN控制器的部署比如比集中式SDN控制器要複雜，但是好在天生具備HA性能。

SDN的功能

SDN的功能其實就是網路功能，只不過加上了SDN的特色。網路功能有很多，二三層轉發，安全組，防火牆，負載均衡，DNS等等。通常可以分為兩類：

• NetworkingnInfrastructure：提供網路基礎架構功能。或者說，提供SDN中各個終端設備（例如VM）的網路連通性功能。

• NetworkingnService：提供網路服務功能。向SDN的用戶提供網路服務（Networking As A Service），Load Balance，Firewall，QoS等等，都可以認為是網路服務功能。

SDN可以說是Cloud中最重要的技術。以OpenStack為例，Neutron項目可以說是與Nova項目熱度相當，有時還會超過Nova。在研究Cloud的時候，SDN將會是一個不可或缺的部分。