SDN基本原理

SDN的主流技术架构

ONF定义的基于OpenFlow的架构
特点：1、转发与控制分离； 2、标准化转发面。 优点：易于流量调度
IETF提出的技术架构 优点：1、充分利用现有设备； 2、快速实现 优点：1、充分利用现有设备 2、快速实现
NICIRA提出的Overlay技术架构 特点：1、网络边缘软件化； 2、Overlay技术。 优点：1、与物理网络解耦； 2、部署灵活。
ETSI提出的NFV技术架构
NFV与SDN技术互补； 但有本质区别，严格来说不能算是

ONF定义SDN基本架构

ONF定义SDN体系架构

四个平面

**数据平面** 
     – 若干网元（Network Element）：包含一个或多个SDN 数据路径 （ Datapath ）；
     – SDN Datapath：逻辑上的网络设备，负责转发和处理数据；
     – 控制数据平面接口（Control Data Plane Interface, CDPI）代理、转发引擎 （Forwarding Engine）表和处理功能（Processing Function） 
**控制平面** 
     – 北向接口（Northbound Interfaces, NBI）代理、SDN控制逻辑 （Control Logic）和控制数据平面接口驱动（CDPI Driver）；
     – 两个任务： – 将SDN应用层请求转换到SDN Datapath; – 为SDN应用提供底层网络的抽象模型（状态或事件）。  
 控制面关键技术 – 控制器，网络操作系统（NOS）或网络控制器。
     – 智能、核心均在SDN 控制器中实现
     – 开源SDN 控 制 器 ： NOX 、 POX 、 FloodLight 、 RYU 、 OpenDayLight、 ONOS等。
**应用平面** 
     SDN应用逻辑与北向接口（ NBI ）驱动；
      通过北向接口与SDN控制器交互； 
      应用逻辑 
        – 应用交付能力（负载均衡、访问控制、应用加速）：
        – 降低系统的开支和成本； – 网元的虚拟化和集中化控制；
        – 网络快速部署，故障快速发现与解决；
        – 更高的智能，自动化运作，应用可感知的网络 
 **管理平面**
  – 静态的工作：网元初始化配置，指定控制器、定义控制器及应用 的控制范围。

两大接口

南向接口
– 控制平面和数据平面之间的接口（CDPI） 。
– 功能：转发行为控制、设备性能查询、统计报告、事件通知等。
– ONF体系架构：标准化的南向接口协议（Openflow），不依赖于 底层具体厂商的交换设备。
南向接口关键技术
– 转发面开放协议：允许控制器控制交换机的配置以及相关转发行 为。
– ONF定义的转发面开放协议：Openflow协议
北向接口
– 应用平面与控制平面之间的接口（NBI），向应用层提供抽象的 网络视图，使应用能直接控制网络的行为。
– 开放的、与产商无关的接口。 北向接口关键技术
– SDN北向接口设计：控制器将网络能力封装后开放接口，供上层 业务调用。
– REST API成为SDN北向接口的主流设计

SDN的核心思想

– 解耦（Decoupling ）； 抽象（Abstraction）； 可编程（Programable）
数据平面与控制平面的解耦
– 通过解耦合，控制平面负责上层的控制决策，数据平面负责数据 的交换转发，双方遵循一定的开放接口进行通信； – 实现网络逻辑集中控制的前提；
– 两个平面独立完成体系结构和技术的发展演进，有利于网络的技 术创新与发展。
解耦带来的问题与挑战
– 网络规模的扩大，单一控制器成为网络性能的瓶颈；
– 保持分布式网络节点状态的一致性，是一个重要的挑战；
– 响应延迟，导致数据平面的可用性问题。
网络功能的抽象
ONF网络架构实现转发抽象、分布状态抽象和配置抽象：
– 转发抽象（forwarding abstration）：隐藏了底层的硬件实现，转发行为 与硬件无关；
– 分布状态抽象（distribution abstration）：屏蔽分布式控制的实现细节， 为上层应用提供全局网络视图；
– 配置抽象（specification abstration）：网络行为的表达通过网络编程语言 实现，将抽象配置映射为物理配置。
– Overlay网络架构实现对基础网络设施的抽象。
网络可编程
– 传统网络的管理接口： CLI、SNMP等，是初级的网络编程方式；
– 网络管理者需要基于整个网络的，而不是基于某一设备的可编程，
– 网络可编程相关研究：主动网络（Active Networking）、4D架构
SDN可编程接口
网络可编程接口：
– 北向接口：REST（Representational State Transfer） API，RESTCONF协议
– 南向接口：OpenFlow、OF-Config、NETCONF、OVSDB、XMPP、PCEP、 I2RS、OPFlex等协议；
– 东西向接口：负责控制器之间的通信，未形成统一标准。
数据平面可编程技术：
Intel主导的DPDK、斯坦福大学主导的 P4(Programming Protocol-independent Packet Processors)等