SDN概念介绍及应用.docx

《SDN概念介绍及应用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《SDN概念介绍及应用.docx（8页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、1、SDN提出背景大型企业网络信息化主要包括网络、安全、数据中心、备份中心和运维管理 中心等几个部分，通过传统路由器、交换机、服务器和终端构成，主要采用IPv4 通信协议，实现了企业内部的信息交互，但在开展企业内部协同设计和协同试验 过程中还存在一些问题，主要表现在以下几个方面：1.1通信网络部署问题企业网络链路大部分租用电信SDH线路，静态路由，拓扑不可变，缺乏动态 的资源接纳控制及机动控制能力。新业务应用可能基于NGN的技术体制，实现 多业务、宽带化、分组化、开放性、移动性、兼容性、安全性、可管理的网络需 求，采用分组技术的综合开放的网络架构。由于业务和网络分离，大型企业网络的配置是通过命

2、令行等方法进行人工配 置的，其本身是个静态网络，固定之后不能经常按照用户需求改变，当需要在企 业网上开展系统试验时，会经常需要网络及时做出调整，就显得非常低效，也有可 能无法实现。1.2安全管理问题随着企业应用的深入与变化，对企业网络的安全要求越来越高。现有的安全 保密措施已逐渐落后，安全管理流程复杂、处理性能不足，难以实现资源的安全、 灵活、有效分配，无法满足企业对资源可信、可控、可管的要求，以及在大容量、 高带宽、多业务的协同设计和协同试验的安全保障需求。其主要问题如下：1）支持安全接入的方式不灵活，不能实现动态资源的动态分配和调整.2）远程传输加密开销过大，远程传输采用双层加密措施，存在

3、效率低下、故障不 易定位等问题，无法满足新业务应用的多应用、多协议、高带宽、多种接入方式 的要求。3）安全防护的灵活性不足,与企业网络配合的安全管理审批流程复杂、灵活性不 足，不能满足协同试验验证的接入、退出、变更的灵活性的要求.4）安全防护的整体调度能力不足，无法实现各种安全资源的统一配置。1.3运维管理效率低面对大型企业大量不同年代、不同厂家、不同设备的采购、设计、集成、部 署、维护运行、升级改造，其运行维护成本高、效率低。大型企业网络主要包括基础网络系统、安全保密系统、数据中心、灾备中心 及运维管理中心几个组成部分，这些由大量的路由器、交换机、服务器等构成， 对于故障定位是一件非常困难的

4、事情，且很多故障或错误是由人的误操作导致的, 因此需要大型企业网络能够具有智能管理手段.尤其是网络管理被普遍认为是当 前所面临的最严峻的挑战之一，网络管理的根源都是相同的，即需要维持路由器 和交换机等的物理和逻辑配置的一致性。1.4资源利用率低大型企业很多情况下由传统网络、安全保密系统、数据中心、灾备中心及运 维管理系统等几部分构成，但目前传统网络无法支持云的定制网络实时生效，难 以形成多层网络的协同沟通，难以根据业务需求自动调整网络带宽，以致网络资 源利用率比较低，难以满足大型产品的协同设计及大型系统的协同测试试验验证2、SDN概念、架构、特点软件定义网络（SDN）是一种软件集中控制、网络开

5、放的三层体系架构，如图（1） 所示.应用层实现对网络业务的呈现和网络模型的抽象；控制层实现网络操作系 统功能，集中管理网络资源；转发层实现分组交换功能.应用层与控制层之问的 北向接口是网络开放的核心，控制层的产生实现了控制面与转发面的分离，是集 中控制的基础。图（1） SDN网络架构SDN最主要的特征就是数据转发和控制分离，同时还具有网络虚拟化和开放 接口等特征.数据转发和控制分离：将基础硬件与业务实现分离，其硬件仅负责数据转发 和存储，因此可以采用相对廉价的通用设备构建网络基础设施。且将控制与转发 分离后，更利于网络的集中控制，使得控制层获得网络资源的全局信息，并根据 业务需求进行资源的全局

6、调配和优化，例如流量工程、负载均衡等.同时，集中 控制还使得，整个网络可在逻辑上，被视作是一台设备进行运行和维护，无需对 物理设备进行现场配置，从而提升了网络控制的便捷性网络虚拟化：通过南向接口的统一和开放，屏蔽了底层物理转发设备的差异， 实现了底层网络对上层应用的透明化。逻辑网络和物理网络分离后，逻辑网络可 以根据业务需要进行配置、迁移，不再受具体设备物理位置的限制。开放接口：通过开放的南向和北向接口，能够实现应用和网络的无缝集成， 使得应用能告知网络如何运行，才能更好的满足应用的需求，比如网络的带宽、 时延需求，计费对路由的影响等。另外，支持用户基于开放接口，自行开发网络 业务并调用资源，

7、加快新业务的上线周期.SDN带来的最大价值是提高了全网资源使用效率，提升了网络虚拟化能力并 加速了网络创新.集中部署的控制层可完成拓扑管理、资源统计、路由计算、配 置下发等功能，获得全网资源使用情况，隔离不同用户问的虚拟网络。应用层通 过开放的北向接口获取网络信息，采用软件算法优化、网络资源调度，提高全网 的使用率和网络质量，同时将虚拟网络配置的能力开放给用户。满足用户按需调 整网络的需求，实现网络服务虚拟化。分层的架构加速了各层分别进行创新。理解从本质上来说，SDN的提出，是为了应对当前网络中面临的扩展困难，灵活 性不够等发展瓶颈问题，其主要目的是简化网络配置、管理，促进网络向动态灵 活的方

8、向演化，而并非主要是为了网络性能的提升，甚至在对网络进行高度抽象、 虚拟化后，会带来部分性能的下降。从很大程度上来说，目前人们对网络的需求， 传统的网络不是不能满足，只是时间、资金问题而已，但这样代价太大，而且发展 缓慢，为了摆脱这一困境，SDN应运而生。如前所述，SDN带来的是网络配置、管理的简化，和更加灵活高效的发展方 向,新的管控策略可以迅速得到实施，就像在电脑或者手机上安装应用程序一样， 方便快捷。因此，如果有好的更加有效的管控策略，在SDN网络中可以很容易进 行部署；而当用户对网络提出新的需求时，也可以很快的部署相应的应用。因为 这一切都是软件定义的，用户甚至可以利用网络资源，去构建

9、自己所需要的应用， 而不必受厂商的束缚。3、SDN校园网架构，应用场景（可加入有线、无线的融合，以及NFV、网络虚拟 化,物联网、车联网、传感网等概念）一般地，校园网从结构上看，可分为三层：核心交换层、汇聚层和接入层， 如图（2）所示，通过各层的交换机和路由器组成整个网络。校园网具有有线、 无线共存，无线网中WLAN、2G/3G/4G、及adhoc网络普遍存在等特点，故而是一 个异构网络，由于接入方式不同、运行着不同的协议，无法进行统一管理，且各 个部门、场所对网络的需求不同，使得管理复杂,运维成本较高，而且难于扩展， 灵活性不够高。表现在,改变网络配置需要花费冗长的时间，对每个网络设备进 行

10、单独配置,在配置时还往往需要使用专门的配置软件，或者命令行接口 （CLI）； 而如果需要对设备本身进行更改，来支持客户自己开发的协议，几乎是不可能的， 因为各个厂商的设备是不开源的，这就需要设备厂商根据客户需求来定制设备， 这也会花费大量时间。当前一些组织、公司已经开始研究新的WLAN控制器（AC）、无线接入点（AP）、 VLANs （用于2层隔离）、虚拟路由转发（VRF）（用于3层隔离）等，以期能够解 决目前校园网中面临的问题，这些方法、技术或许能够针对某些特定场景，进行 改进提升，但扩展性和灵活性不足。INTERNET图（2）校园网典型架构而将SDN技术引入校园网，可以很好地解决流量隔离和

11、统一管理等问题，通 过将控制、管理、和服务从数据平面分离出来，OpenFlow可以简化校园网络配 置，并增加其灵活性，如：快速的业务部署和关闭：通过网络虚拟化技术，可以做到新业务的快速部署， 和被淘汰业务的关闭，而且不会影响到其他的逻辑网络.增强业务的健壮性：由于控制层面拥有全局视图，可以很容易为某一业务计 算出备用链路，或者应急策略，这使得当网络拓扑变化时，业务能很快的响应。逻辑网络的业务隔离：通过对逻辑网络的分片隔离，SDN网络能很好地在2 层和3层对虚拟网络进行隔离，从而提高网络的安全性。优化资源分配：由于管理、服务和应用都被虚拟化了，通过对虚拟化的资源 进行统一分配管理，可以最大化资源

12、（计算、存储、带宽等）利用率，同时最小 化空间、能量消耗率。通过将校园网虚拟化成网络分片，控制器可以对流表或组表，进行细粒度的 控制。例如，可以针对不同的部门，不同的接入方式（有线、无线）设置不同的接 入控制策略，而且，这些策略可以很容易进行强化。SDN校园网架构如图（3）所示，整个校园网分为三层：应用层、控制层、基 础设施层。整个校区部署多台SDN云平台，用于运行各种应用（如存储、计算等）， 并协调各个控制器的工作。各个部门（或楼区）部署两台以上控制器（留一台用 做备份），控制器通过南向接口（如OpenFlow），获取全网视图、和各个SDN交 换机（有线、无线SDN交换机）的状态，并经过虚拟

13、映射后,通过北向接口向应用 层提供资源，同时控制器还负责整个网络的管理、监控。RADIUS服务器和Portal 服务器，负责用户接入网络时进行认证。各部门（楼区）之间通过SDN汇聚交换机连接，并根据需要连接到 Internet（某些部门由于特殊原因，如保密单位，是不需要接入Internet的）， 各控制器之间通过东西向接口进行连接，以交换各自网络状态和信息，实现跨域 协作（如不同的校区之间，或楼区之间），从而为用户提供一个无缝的网络服务。InternetSDN汇聚交换机SDN汇聚交换机DN无线交换机SDN无线:USERUSERSDN控制器 Floodlight)宽带网关 （BNG）RADIUS

14、 服务器Portal服务器Portal服务器SDN交换机SDN交换机应用层控制层SDN云平台 OpenStack)SDN控制器 (Floodlight)RADIUS服务器基础设施层图（3）SDN校园网架构用例一：智能校园网SDN网络对网络策略和业务负载的变化是动态调整的，不需要网管进行手动 配置，具有很好的灵活性和扩展性，而且，通过将物联网、车联网、传感网等引 入SDN校园网，可将人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理控制和智能 化的网络（注：这几个概念互有重叠，但侧重点不同）。注：目前对SDN在物联网、车联网、传感网中的应用都有人在研究，这方面 调研不多，还需深入调研。用例二：无缝接入目前

15、，校园网由于本身为异构的，且设备多样，很难为用户提供无缝服务体 验（无缝接入、切换），实现用户不论使用何种接入方式，都能获得统一的服务体 验，也很难做到对业务内容进行感知。通常，为了保证安全并限制外来人员接入校园网，校园网在设计时，都会采 用相应的认证机制（如802。1x），老师和学生使用拿到的账号密码，通过认证后 接入网络。在认证时，有线端通常使用专门的认证客户端（如inode或者锐捷等）， 无线端一般是利用portal服务器推送认证界面，用户输入正确的账号密码后，完 成认证。该方法较为繁琐，用户每次上网前都必须手动进行认证，对于用户来说， 是比较无聊的。而无缝接入的目的，一是使得用户随时随

16、地都能享受到较好的网 络体验，而不需要去进行频繁的认证；二是在移动环境下，用户使用移动设备时， 也能进行“无缝漫游”，使用户不论使用何种接入方式，都能获得统一的上网体 验。用例三:业务流量隔离一般来说，校园网需要为不同的人群提供服务，如老师、学生、医疗人员、 图书管理员、保卫人员等等.由于上网需求不同，业务类型不同，需要为这些用户 制定不同的流量策略，而为了保证这些策略不会相互干扰（如当学生接入到财务 处的网络时，要保证其拥有与工作人员不同的访问权限，从而不会干扰工作人员 办公，并确保安全），就需要对不同的用户人群设定不同的策略，从逻辑上将其 隔离。目前，通过MPLS和VRF技术，可以将校园网

17、从逻辑上，划分为不同的逻辑 网络，然而其配置过程十分繁杂，耗时较长，而且其配置是静态的，难以动态调整。 而利用SDN技术，可以在控制器端，很便捷的将网络划分为，逻辑上互相隔离 的子网，而这一过程可能只需花费数分钟的时间。并且，通过强化SDN交换机 上的安全策略，可以有效地限制各个逻辑子网之间的通信.更多用例：如负载均衡、流量工程、校园网安全策略、应用感知、简化管理、 业务卸载等4、SDN企业级WLAN网络架构，应用:移动性管理（其中无缝切换研究最多）、 干扰管理、负载均衡、功率控制等研究由于移动设备入网方便，移动业务迅速发展，人们对无线接入的需求持续增 长，目前的WLAN网络为了保证服务质量（

18、QoS），需要部署大量的无线接入点 （APs），WLAN控制器（ACs），网络管理系统，以及各种服务。这些服务包括接 入控制、移动性管理、负载均衡、动态信道配置等等。目前，各大厂家对于这些 服务,都有相应的解决方案，但这些方案大多数使用专有设备、是封闭的、而且 价格昂贵，从而限制了网络的灵活性，和扩展性.而随着用户规模的迅速扩大， 业务类型和业务数据的爆炸式增长，以及各种新应用的不断出现，现在的WLAN 网络，尤其是企业级WLAN网络，必须进行创新和改进.如前所述，目前WLAN网络中面临的问题,大多数利用传统的技术可以得到解 决，但不够灵活，扩展性不高，不利于网络的升级。为了更加有效的配置、管

19、理 WLAN网络，使网络向灵活高效的方向发展，我们将SDN技术引入企业级WLAN网 络，以期能够更加灵活地为用户提供更好的服务.图（4） “AC+AP”模式的WLAN网络架构图（4）所示为典型的“AC+AP模式的WLAN网络架构，该架构下,AP通过有线 网相互连接，网络中分布有多个AC，用以管控这些AP，如果添加新的业务，就需 要对所有的AP进行升级改造，这是十分繁琐，而且开销较大。而且，当前的WLAN网络并未考虑APs与有线网的协同，尽管AC通常是嵌入 到交换机或者路由器中，充当APs与外网的“网关”，但控制AP的功能与网关的 功能（如交换、路由）是单独实现的,ACs也无法做到对其他路由器、

20、交换机的控 制（也就是除了 APs之外的其他网元设备）。SDN企业级WLAN类似于前面所说校园网架构，此处从略，下面重点说明无线 SDN的概念。所谓SDN，就是用软件来定义网络的行为，其特点是网络虚拟化、可编程、 控制转发分离，对应到无线网络（此处只针对WLAN网络），需要额外考虑无线信 道这一因素，将其拉入软件定义的范畴。无线SDN的目标就是能集中地、动态的、 实时地对无线信道进行监控、管理，充分利用信道资源。为了使控制器能实时获得各个AP的信道状态，就需要对传统的AP进行改造， 一方面，要使其支持OpenFlow协议，另一方面，还需要使其能实时与控制器进 行交互，及时上报本机状态，这一点可

21、通过扩展OpenFlow协议实现，也可通过使 用传统协议（如RPC）来实现.图（5）SDNAP结构图图（5）所示，为适用于无线SDN网络中的AP的构成图，openWRT是一款开 源的嵌入式Linux系统，支持自由定制各种所需软件，在此作为AP的操作系统； OVS （openvswitch的简称）是一款支持OpenFlow协议的虚拟交换机，将OVS编 译到openWRT中，即可使AP支持OpenFlow协议;而通过将AP的有线、无线网卡 挂载到OVS虚拟出来的网桥上，就可将AP配置成SDN无线交换机（简称SDNAP）。OpenFlow协议中规定，控制器可以通过下发获取配置消息，来获得交换机的 状

22、态（如端口状态），而在SDN无线网中，由于OpenFlow协议并未针对无线网设 置相关匹配项和条目，控制器无法直接对无线网卡进行配置,及获取其状态信息， 这就需要增加OpenFlow流表条目，或者另外开辟一条通道，用于控制器对无线 网卡进行配置，并获取其状态信息.第一种方案，需要将无线网卡的发射功率、信道数、开关状态等信息加入到 流表的匹配项中，形成SDN无线流表，同时需要在openWRT中，添加转换接口，把 控制器下发的流表解析成openWRT中可识别指令，从而获取、改变无线网卡的工 作状态。该方案需要对openWRT作深入开发，同时需要修改openflow流表项。第二种方案，不需要对OpenFlow流表做任何改动，只需要在控制器和AP之间 另建一条通道，用于控制器获取、配置无线网卡信息，如目前采用的RPC方式， 通过在AP中开启RPC服务，控制器可以在远端获取并配置无线网卡。以上两种方案各有千秋，前者岁开发难度较大，但更为方便，只需要简单的下 发流表，就可对AP的无线网卡进行配置、管理；后者，更像是一个叠加的策略 控制端进行配置管理时会麻烦一些，而且会额外的占用较多带宽资源