深度解析SDN——利益、战略、技术、实践实战派专家力作业内众多专家推荐

张卫峰编

ISBN 978-7-121-21821-7

2013年11月出版

定价59.00元

232页

16开

编辑推荐

1、《深度解析SDN——利益、战略、技术、实践》使用通俗易懂的语言全面深入介绍了SDN软件定义网络适合所有想了解下一代网络的读者阅读特别是了解其发展背后的利益关系、技术实践等。

2、作者张卫峰作为一线SDN产品技术方向的把握者跟ONF、OpenDayLight、OCP等组织有直接的沟通交流对各个标准组织的动态和方向非常了解。

3、本书得到了多位业内专家的强烈推荐包括中国移动通信研究院院长黄晓庆、《弯曲评论》创办人陈怀临、中国移动研究院网络研究所所长段晓东等。

4、SDN是网络创新的利器必将引起一场网络革命本书作者张卫峰告诉您SDN浪潮之巅那些事儿值得阅读。

内容提要

SDN是当前的热点技术但是由于SDN技术相对还比较新而且本身内涵并不清晰所以极容易产生误解不仅初学者不太容易把握即便是已经接触过一段时间的人也仍然会造成混淆。《深度解析SDN——利益、战略、技术、实践》用通俗易懂的语言深入浅出地介绍SDN的概念本质SDN架构产生原因发展历史各种对SDN的误解SDN对产业的影响和发展趋势预测各种标准组织及企业的动机和利益诉求各个公司的SDN战略、SDN产品、在产业链中的位置一些热门技术如网络虚拟化、NFV、云计算等跟SDN的关系SDN的热门技术OpenFlow的分析以及OpenFlow所面临的各种挑战和尝试SDNController控制器的介绍经过实践检验过的多个应用案例分析。由于作者具有很强的芯片公司的从业背景对SDN转发面也有深入的分析。

《深度解析SDN——利益、战略、技术、实践》内容涵盖范围较广从战略、内幕、利益、技术到实践全部覆盖对设备商、云服务提供商、数据中心、企业IT运维人员、科研工作者等多个领域的从业人员了解SDN都会大有裨益。希望看过本书之后读者能够对SDN有一个全面而又深刻的理解。

目录

第1 章 认识SDN..................................................1

1.1 什么是SDN..................................................1

1.2 SDN 不是什么...............................................6

1.3 SDN 架构.................................................7

1.4 SDN 发展历史.............................................10

1.5 对SDN 的误解...............................................16

1.6 不该被遗忘的SDN 先烈.............................19

第2 章 我们为什么需要SDN...................................21

2.1 网络业务发展趋势.......................................21

2.2 传统网络碰到了瓶颈...................................24

2.3 SDN 如何来解决这些问题..........................25

2.4 SDN 适用的网络..................................................27

2.5 让我们来看两个案例...................................28

2.5.1 案例一使用传统交换机的案例..................29

2.5.2 案例二使用OpenFlow交换机的案例..................31

第3 章 SDN 相关组织及利益纷争........................35

3.1 ONFOpenNetworking Foundation..............35

3.1.1 ONF 性质和职责..........................................35

3.1.2 ONF 组织结构...................................................37

3.1.3 ONF Plugfest.................................................38

3.1.4 ONSOpen NetworkingSummit..............41

3.2 ODLOpenDayLight ...........................42

3.2.1 ODL 诞生的原因分析.................................42

3.2.2 ODL 主要目标介绍和分析...................45

3.2.3 ONF 和ODL 的比较...................................46

3.2.4 ODL 和ONF 的利益冲突......................47

3.2.5 ODL 内部利益之争及BigSwitch 的退出事件..................48

3.2.6 OpenDayLight 系统架构...........................51

3.3 OCPOpenComputer Project................53

3.4 NFVNetworkFunction Virtualization .........55

3.4.1 NFV 性质.............................................55

3.4.2 NFV 主要的工作目标................................56

3.4.3 NFV 所带来的好处........................................58

3.4.4 NFV 跟SDN 的关系.....................................58

3.4.5 NFV 目前进展..................................................60

3.5ONRC................................................61

3.6 IETF........................ 62

3.6.1 Softwre DrivenNetwork.....................................62

3.6.2 I2RS.............................................................63

第4 章 详解OpenFlow...........................................65

4.1 OpenFlow 标准分析...........................................67

4.1.1 交换机转发面详解....................................67

4.1.2 Controller 和交换机之间消息................75

4.1.3 OpenFlow Channel ........................................78

4.1.4 Controller 角色和选举.......................78

4.1.5 OpenFlow 系统性能指标......................79

4.1.6 OpenFlow Controller 和交换机工作流程...................80

4.1.7 对OpenFlow 标准的总结.....................81

4.2 OF-Config 介绍.................................................81

4.3 Controller控制器......................................84

4.3.1 Controller 架构介绍.....................................84

4.3.2 Onix 分布式Controller模型.........................86

4.3.3 FloodLight ......................................87

4.3.4 Ryu............................................88

4.3.5NOX/POX.........................................................88

4.3.6Trema.............................................................89

4.4 OpenFlow 所面临的挑战.............................89

4.4.1 OpenFlow 控制面的挑战........................89

4.4.2 OpenFlow 转发面的挑战..........................91

4.4.3 芯片厂商的犹豫...........................................94

4.5 OpenFlow 转发面的各种尝试和创新......................99

4.5.1 NPU 和FPGA 方案...............................99

4.5.2 TTP/NDM 方案........................................101

4.5.3 ONF 心目中的理想方案......................104

4.5.4 芯片厂商的折中方案.................................109

4.6 OpenFlow 非技术面的阻力...................111

4.7 Hybrid 交换机.............................................113

第5 章 网络虚拟化和SDN...................................115

5.1 什么是虚拟化.............................................115

5.2 服务器虚拟化................................................116

5.3 网络虚拟化.....................................................118

5.3.1 什么是网络虚拟化..................................118

5.3.2 网络虚拟化的价值..............................121

5.3.3 网络虚拟化的战争................................122

5.3.4 网络虚拟化中的三种Tunnel技术比较.................123

5.3.5 网络虚拟化的三种组网方案.....................126

5.4 云计算跟网络虚拟化的结合.........................128

5.5 SDN 在网络虚拟化和云计算中的作用...................129

第6 章 各公司的SDN 战略及解决方案....................130

6.1 元老派厂商........................................130

6.1.1Arista....................................................130

6.1.2 Brocade ......................................131

6.1.3 Citrix .........................................132

6.1.4 Cisco ........................................133

6.1.5 Dell...............................................134

6.1.6 Ericsson..............................................136

6.1.7 Extreme.........................................136

6.1.8 HPH3C.................................................137

6.1.9 HuaWei............................................................138

6.1.10IBM........................................................140

6.1.11 Juniper................................................141

6.1.12 NEC.............................................................143

6.1.13 Radware.................................................144

6.1.14 RedHat......................................................145

6.1.15 VMware ....................................................145

6.2 新生代厂商......................................................146

6.2.1 BigSwitch..............................................146

6.2.2 Centec.......................................................148

6.2.3 ConteXtream............................................150

6.2.4Cumulus.....................................................151

6.2.5Embrane......................................................153

6.2.6Midokura..................................................154

6.2.7 Nicira ........................................................155

6.2.8NoviFlow...................................................156

6.2.9Nuage.......................................................157

6.2.10 Pica8...................................................158

6.2.11 Plexxi...................................................160

6.2.12PlumGrid..................................................161

6.2.13 VelloSystems.........................................162

6.3 互联网/云服务公司................................164

6.3.1 Google...........................................................164

6.3.2Facebook..........................................................164

6.3.3Amazon.........................................................165

6.3.4 MicroSoft .................................................165

6.3.5 百度/阿里/腾讯........................................166

6.4 跟SDN 相关的收购.....................................167

6.4.1 Intel 收购FulcrumMicrosystems..................167

6.4.2 VMware 收购Nicira................................168

6.4.3 Oracle 收购XsigoSystem...............................168

6.4.4 Cisco 收购vCider..................................169

6.4.5 Brocade 收购Vyatta...................................170

6.4.6 Juniper 收购Contrail.................................170

6.4.7 F5 收购LineRate....................................171

6.4.8 Cisco 收购Insieme..................................172

第7 章 SDN 真实应用案例分析.......................173

7.1 用SDN 改造Google WAN 网络......................173

7.1.1 背景介绍..............................................174

7.1.2 具体实现.................................................176

7.1.3 B4 网络改造项目总结................................179

7.2 ADVA 基于SDN 的虚拟光传输网络...............181

7.3 SDN 跟网络虚拟化的完美结合................184

7.4 用SDN 设备做安全分析和负载均衡.................187

7.5 运营商基于SDN 的SuperPTN...................189

7.6 Hybrid 交换机促进传统网络跟SDN的融合...........194

7.7 SDN 在无线接入领域的应用................195

第8 章 SDN 对行业的影响和发展趋势...............198

8.1 SDN 对网络产业的影响...................198

8.2 产业链利益分析.......................................201

8.2.1 大型设备商.......................................202

8.2.2 中小设备商和创业型设备商.................202

8.2.3 软件提供商包括个人...................203

8.2.4 大中型芯片厂商..................................203

8.2.5 小芯片商和新兴芯片厂商.................203

8.2.6 设备用户................................................204

8.3 SDN 未来发展方向分析........................205

8.3.1 SDN 必将兴起但不会一统江湖.............205

8.3.2 南向接口会开放化但不会标准化...........206

8.3.3 北向接口将百花齐放特定场景可能标准化.............206

8.3.4 OpenFlow 不会消亡但仅是SDN 的一部分...........207

8.3.5 大型设备商仍会有优势但是影响力弱化..............207

8.3.6 没有一个Controller可以一统天下..................208

8.3.7 转发面会有OpenFlow优化但是不会有纯OpenFlow ASIC 芯片... 209

8.3.8 白牌设备将大发展...................................209

8.3.9 厂商锁定问题只会缓解无法根除..................210

8.3.10 开源趋势势不可挡............................210

8.4 总结.......................................211

8.5 SDN is dead, Long live SDN ........................212


附录A 跟SDN 相关的网站................ 213

精彩节摘

2.5.1案例一使用传统交换机的案例

这个案例看起来跟SDN没什么关系但是接触SDN越多我越容易想起这个案例。

图2-4是笔者所负责的北欧的一个小型运营商客户使用我们的传统城域网交换机搭建的城域网络。这个网络要连接他们客户的多个站点从一个站点到另外一个站点要经过别的运营商的网络。经过别的运营商网络之前需要在报文二层头加一个所经过的运营商分配给他们的一个svlan所以这个动作要在源交换机上完成。对源交换机来说它必须根据报文的目的Mac地址打上不同的svlan。

比如在图2-4中所有从Switch1经过网络1发往Switch2的报文要打上svlan1所有从Switch1经过网络2发往Switch2的报文要打上svlan2。而且加svlan的时候不能是基于出端口因为从同一个出端口出来的报文可能到不同站点这就意味着在Switch1上必须根据目的Mac地址这个网络是大二层网络来加svlan。我们知道传统的二三层交换机一般都是根据源端口或者根据源Mac、源IP来加vlan根据这些来加svlan是有理论依据的IEEE的vlan classifcation里面有定义所以很多交换机都支持。但是根据目的Mac来加vlan很多交换机都不支持有的是在ACL里面支持但是数量有限该案例所用的交换机E330也不例外。其实E330所用的芯片是支持这个功能的但是由于没想到用户会有这个需求所以并没有开发。如果要专门为这个用户去开发这个功能虽然也可以但是毕竟是耗时耗力。而如果这个客户用的是大厂商的设备大厂商更是不可能去给他修改。这个案例发生的时候笔者对SDN还不怎么了解但是当时就在想如果我们的交换机做得足够灵活用户可以基于任何字段来加vlan就好了。

而这个案例如果用后来的OpenFlow交换机V330来做就是小菜一碟了。V330设计的时候并没有考虑这个功能也没考虑IEEE所定义的vlan classification的功能可以说没考虑任何特定的网络功能但是它就是能支持因为根据OpenFlow的定义交换机可以根据目的Mac或者源Mac或者别的任何字段来进行匹配一旦匹配到就可以做进行加vlan的动作。

当然有人会说你这个例子说明不了什么问题只能说E330交换机少支持了一个功能而已你把它实现了不就可以了问题是用户的需求千变万化谁的交换机敢说这些需求都能满足而且哪个厂家能够发现一个新需求就去修改代码支持

这是一个典型的可以用来证明传统交换机灵活性不够而SDN交换机可以通过用户软件编程来灵活满足不同客户的不同需求的案例。


作者简介

张卫峰盛科网络软件总监数据通信和芯片设计领域资深专家有十几年的网络实践经验对SDN、传统二三层交换机、数据传输设备PTN和IPRAN从管理面到协议控制面一直到芯片转发面都有着深刻的理解。

盛科网络是中国大陆地区唯一的交换芯片ASIC厂商也是国内最有影响力的SDN创业公司和白盒设备提供商还是ONF会员组织和ONF的芯片顾问委员会CAB的成员有大量国内外的SDN客户和实践案例在国外也有较大影响力。作者负责盛科网络交换机平台的架构设计以及历代交换和PTN产品的研发参与设计了盛科网络历代交换芯片包括最新的SDN相关芯片参与了几乎盛科网络每一个SDN应用案例的方案设计或指导。作为公司SDN产品技术方向的把握者跟ONF、OpenDayLight、OCP等组织的多位技术专家或者负责人有直接的沟通交流深入了解过各个标准组织的动态和方向。在《程序员》杂志、新浪微博等媒体频繁发表了很多篇SDN相关的技术文章。


媒体评论

此书写得非常不错深入浅出地介绍了SDN技术的发展历程、总体架构、工作原理是从事网络演进研究和开发的很实用的好书。

中国移动通信研究院院长黄晓庆


卫峰的这本SDN 书能够从细节着手也能站在宏观和产业界的角度来思考SDN 的应用场景、技术和政策走向是非常难能可贵的。拿到该书的样章后我一口气读完了所有的章节深感学到了许多有价值的知识。特别是卫峰对网络虚拟化的各种演变做了许多独到的分析和阐述体现了他在SDN 领域非常扎实的技术功底以及他对产业界风云变幻的精确把握对此我深感赞许。强烈推荐计算机网络、系统和相关专业的研发人员阅读此书也强烈建议国家相关政策研究人员阅读此书。

《弯曲评论》创办人陈怀临


这本书读下来第一个感觉是通俗易懂相信稍微了解一点网络的人都可以读懂。第二个感觉就是作者对网络特别是SDN 的认识非常深刻非浸淫网络多年不足以写出这样的书。更难得的是本书有很多作者自己独到的观点这些观点完全体现了作者作为一个芯片设计厂商、SDN 技术领先厂商的研发人员多年的技术功底。本书还有一个很吸引人的地方就是在第7 章里面列出来的SDN 应用案例都是真实网络中部署的实际案例很多都是作者亲身经历的读来感觉真实可信极有说服力。希望有更多人能看到本书及时拥抱变化迎接SDN 对网络的改变。

中国移动研究院网络研究所所长段晓东




SDN是网络行业的一次“变革”数据和控制的分离打破了传统网络厂商的封闭格局使得更多的玩家可以按照自身的需求和理解来实现网络。本书作者作为中国SDN的领导厂商盛科的高级研究人员根据自身丰富的从业经验和对行业的深入见解编写了一本SDN专著为我们解读了SDN的发展历程、技术细节、行业发展和未来趋势必将为SDN在中国的发展起到很好的推动作用。软件定义网络软件定义世界。

UCloud云计算 CEO季昕华



这是中国市场上第一本真正站在产业高度全面解析SDN的书籍唯有浸淫网络产业核心领域多年沉淀的资深功力和专业功底才能融渊博翔实和缜密逻辑于轻松笔调中全面又深入地解析SDN领域的标准利益纠葛、技术路线之争、厂商战略博弈、最佳实践总结从市场到技术全面生动地呈现SDN的前生今世。好书一本难得读来令人喜悦。

计算机世界副社长张群英(@葑菲×××花)



卫峰是我们SDN QQ群的发起人之一并且非常热心地为大家授道解惑。也正是因为卫峰在数据通信特别是SDN领域有深厚的技术和实践积累才能通过朴实的语言和易懂的案例给大家娓娓道来SDN的故事并整理成书。看此书如同看袁腾飞老师讲历史课一般让阅读者轻松理解并得到许多启发。

SDN联合播报(www.sdnap.com) 创办人吴应辉 (@sdnap)



卫峰从多维度分解SDN的历史、标准来由、产业链。深刻分析软件定义网络不只是软件+网络这是本不可多得的网络教科书。

阿里巴巴网络架构师庞俊英@KPang



前言


这本书的写作是因为一个偶然的机会。2013年5月CSDN的编辑在新浪微博上给我发私信希望我为他们写一篇SDN科普型的文章。我觉得这是个很不错的事情就写了一篇6千多字的文章发表在《程序员》6月刊上。这篇文章系统地介绍了SDN的起源、发展、概念定义、跟一些技术之间的关系、它面临的挑战、对行业的冲击等。7月初又收到电子工业出版社编辑的私信希望我在文章的基础上进一步充实和扩展写一本系统介绍SDN的书。

写书说实话在这之前我还真的从来没想过尽管我经常在微博上发SDN相关的技术文章所以我的第一反应就是拒绝没时间。后来出版社编辑跟我深入分析了现在市场SDN教育书籍的缺位和大家对这方面的强烈需求我当天就改变了主意Why notSDN的很多内容都装在我的脑子里面与其我每天在微博上东讲一点西扯一点一个一个地去纠正一些对SDN的误解不如系统地把它写出来让更多的人看到。于是这本书就诞生了。

在写作的过程中我越来越觉得这个题材非常有意义原因如下。

第一SDN是一种革命性的技术它对整个网络甚至基于网络的很多应用都有深远的影响而且它的影响是全方位的它对设备商、运营商、互联网公司、软件提供商、企业用户甚至个人用户都有影响。而这样一种影响如此广泛的技术介绍它的书籍特别是中文书籍基本没有网上虽然有很多文章但是都不够系统。

第二SDN是一个框架而不是一个具体的协议而且跟其他技术相比SDN是一种由用户驱动的技术这就决定了它的需求基础旺盛而技术基础薄弱还远没达到成熟的地步所以对它的误解很多对它的质疑很多对它的实现方式也很多对于网络基础薄弱的大众来说就会有些无所适从不知道它为什么诞生不知道它的架构是怎么样的也不知道它背后的利益关系是怎样的更不知道它会走向何方。甚至在那些对SDN已经有过较多研究的人群中也仍然会有激烈的争论更不用说普通大众了。所以我觉得有必要有一本书系统地介绍一下就算不能解决所有的疑问至少让更多的人了解一些真相为大家进一步深入研究和讨论奠定基础。

这本书的写作过程很×××个月不到就写完了之所以能这么快写完是因为大多数内容都在我的脑子里无须到处去查阅无须费尽心思去编造。除了一些事实性介绍基本上是一气呵成而这一切都要归功于我所在的公司——盛科网络。盛科是国内SDN领域的领先厂商有大量SDN客户所以我有幸能够了解很多别人了解不到的各个领域的SDN实际部署案例。盛科很早就加入了SDN领域最有影响力的ONF标准组织所以我有幸能够了解很多ONF的内部资料还有机会跟ONF标准组织的大佬们通过E-mail或者面对面交流了解到ONF的一些真实想法和未来动态。同时盛科又是世界上仅有的几家交换芯片厂商还是ONF的芯片顾问委员会CAB的成员并且还做了世界上第一个针对SDN进行优化的ASIC芯片而我也参与了历代所有芯片的设计工作所以我对整个SDN/Openflow的转发面的现状、存在的问题都了如指掌也比较清楚芯片界对未来的转发面走向的一些看法。同时十几年的数据通信生涯使我对整个数据通信行业的认识也比较深入。以上种种都为我写这本书提供了极大的便利这也是我写这本书的最大优势吧

本书最大的特点是什么我的责任编辑看完本书之后在QQ上发给我的第一句话就是“你写得太通俗了连我都看懂了”那我的目的就达到了。我看书的时候一向都痛恨过于学术化的论述己所不欲勿施于人自然我会刻意避免学术化表达。这在“SDN真实应用案例分析”一章体现得特别淋漓尽致里面的所有案例全部都是实践总结而非理论分析。

除此之外考虑到SDN还远未到成熟阶段当前对SDN的“What”、“Why”、“Where”、“How”等问题的研究比具体的技术分析重要得多所以本书把重点放在下面几个方面整体组织思路如下

第1章澄清SDN的概念内涵列举一些流传较广的误解并纠正讲述SDN的发展历史。

第2章解释为什么我们需要SDN现在网络碰到了什么样的挑战为什么现有架构解决不了以及SDN能带来什么好处并用两个案例来分别说明传统网络的问题和SDN的好处。

第3章详细介绍各个标准组织他们想要达到的目的分析隐藏在各个标准组织背后的利益纷争看看屁股是如何决定脑袋的。

第4章详细分析OpenFlow标准OpenFlow在转发面和控制面所面临的挑战芯片转发面的各种尝试和趋向Controller控制器分析和介绍。

第5章介绍网络虚拟化的概念、历史和现状分析SDN在网络虚拟化和云计算中的地位和作用。

第6章详细介绍30多个公司的SDN战略、产品和方案包括传统厂商、新型创业厂商和互联网公司同时分析一些比较有影响力的SDN相关的收购以进一步了解大公司的SDN战略和意图。

第7章分析了多个真实发生在不同领域的SDN应用案例从中了解客户的真实需求及SDN在其中的作用。

第8章深入分析SDN对网络产业格局的影响以及SDN未来发展方向的预测。

这本书能顺利写完首先要感谢我的家人对我的支持儿子三天两头地对我说的两句话就是“爸爸你的书写完了吗”“爸爸你赶紧写书吧”其次要感谢我的老板@盛科孙剑勇对我的支持是他鼓励我写这本书而且在写完之后帮我评审了一遍并给出了很多很好的建议。还要感谢我的同事@盛科_朱坚和@弓长东亚我从他们那里学到了很多。同时感谢我的编辑董英@英子DD为我的写作提供了很多分析建议表现出了优秀的专业精神使这本书得以顺利出版。最后要感谢SDNAP的创办者吴总@SDNAP感谢他提供了一个很好的SDN网站和SDN交流平台QQ群279796875在跟大家的交流中了解到了很多信息。

由于作者水平有限并且SDN本身争议很大本书难免会有错误和疏漏肯定也会有读者对其中的观点不赞成您可以跟我进一步交流探讨。

希望这本书能对读者有所帮助这是我的最大心愿。

张卫峰

2013年12月