ONOS: 一个面向运营商网络的SDN操作系统
ONOS问世后引起广泛关注，关于ONOS与ODL的纷争不绝于耳。为了应对日益增长的带宽需求，服务提供商希望网络可以更加敏捷高效，且能从创新型服务和新型业务模式中分一杯羹得到更好的发展，至此SDN的呼声越来越高。而SDN中控制器占重要部分，是兵家必争之地，陆陆续续已经出现了很多SDN控制器，如OpenDaylight、OpenContrail、Ryu、Floodlight、NOX、SPOX等等，其中最受瞩目的莫过于OpenDaylight了。
OpenDaylight是由设备商主导的一个开源控制器，虽然打着开放的旗号，但是OpenDaylight一直排斥基于开放的协议方案，而是想采用折中的方案，即以开放专用接口的方式保留传统设备，采取以退为进的方式维护自己的利益。不可否认地，设备商拥有丰富的设备研发经验， OpenDaylight也确实是一款优秀的控制器，但是在这样的压力下，运营商不得不采取应对措施。于是，运营商推出了开放网络操作系统ONOS。
ONOS从14年12月份开源以来，取得了很多成绩，但是在国内，了解ONOS的人并不多，因为工作关系这两年我一直在从事开源ONOS的工作，今天我们一起从不同的视角来看，为什么说ONOS是面向运营商网络的SDN操作系统。
首先介绍一下ONOS的基本情况
这里我先引用AT&T副总裁的一段对ONOS的评价，AT&T是ONOS最大的支持者，每年的会费是100万美元，从运营商的视角，AT&T对ONOS提了很多的需求，最核心的是性能，扩展性和可靠性。这也是ONOS在做设计时的Top Concern。
ON.LAB和斯坦福大学渊源颇深，也是ONOS诞生的地方，正是图中这四位SDN与Openflow的创始人推出了ONOS，大家也清楚，院士在美国不仅仅从事学术工作，更多是工业界的顶层规划师，在业界已经有了众多控制器的情况下，为什么他们还是要推出开源的ONOS？个人觉得他们也是希望自己对SDN的理解以及产业未来的发展能够通过ONOS来引导。
ONOS在2015年10月份正式成为Linux基金会项目，借助Linux基金会多年的开源运作经验，ONOS会成为一个越来越成熟的开源项目。
ONOS目前13家合作伙伴，43家协作伙伴，年总赞助费700万$+ ，运营商队伍里有北美的两艘巨型航母AT&T和Verizon，另外还有中日韩的三艘核潜艇 联通，NTT和SKT，设备商囊括业界前几名的大厂，协作伙伴中包括众多的大学以及教育科研机构。开发者方面，目前参与ONOS代码贡献的开发者超过130人，Twitter 订阅者超过1000人。分工方面，在社区内部形成ON.LAB负责架构看护，运营商提供应用场景，设备商负责方案落地的良性循环。
ONOS采用小步快跑的迭代策略，每三个月一个版本，在快速迭代理念支持下的产品研发是“上线-反馈-修改-上线”这样反复更新内容的过程，通过收集数据或用户反馈迅速知道改进的结果，用快速迭代的方式可以立即在用户之间找到平衡点。
目前ONOS在全球的部署基本都在教育和科研网络，主要部署的应用是SDN-IP，在天津联通有部署ONOS第一个商用局点敏捷VPN，另外欧洲的GEANT和Aarnet在没有厂商参与的情况下基于ONOS开发了适用于自己的SDX-L2/L3和Castor应用并部署，意义重大。
首先回忆一下SDN定义的三个特性：控制平面和数据平面的分离、逻辑上集中控制、开放的编程接口，然后再看ONOS的系统架构，可以看出ONOS的架构与这三个特性清晰的对应。如图1所示，在南向接口层，采用协议插件以实现控制平面与数据平面的分离；在北向接口层，提供一套应用编程接口以实现网络的可编程性的应用接口；在东西向的扩展上，通过分布式集群的方式以实现逻辑上集中控制。
ONOS把运营商的诉求放在设计理念的第一位，在ONOS的B版本没有新增任何特性而是专注于性能提升。Keep it simple，本身在ONOS上有很好的体现，ONOS对新用户而言很简单，很容易上手。关注点分离和模块化，这个是软件设计的通用准则。协议和设备行为不感知，是希望在应用层，用户不需要感知协议和设备的差异。这几点是ONOS贯穿始终的原则。
本页讲述ONOS的系统层次以及子系统架构。
ONOS集群间通信分为两种，一种基于Gossip协议，是数据弱一致性的通信方式；一种基于Raft算法，是保证数据强一致性的通信方式。使用哪种通信方式取决于对不同资源的一致性要求。
ONOS的Cluster机制能够保障节点失效对业务无影响，当ONOS节点宕机时，其他节点会接管该节点对网元的控制权，当节点恢复后，通过load balance命令恢复节点对网元的控制并使整体的控制达到负载均衡。
我们内部对ONOS做过一些测试，发现单台ONOS实例可以管理1024台设备和4096个链路。
在多个ONOS实例组成集群的情况下测试，ONOS的流表下发性能和Intent操作性能和实例数量呈现线性增长关系。
综合前面的材料，我们总结以下ONOS五点核心特质。
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1. ONOS 是主要由运营商和斯坦福ONLAB实验室发起的开源控制器平台，主要成员为运营商/TOP电信设备商以及学术机构。
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2. 架构专注于电信运营商领域控制器关键需求：高可扩展性，高性能，高实时性,高可靠性。
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3. ONOS 统一的网络资源和网元模型奠定了第三方SDN应用程序互通的基础，使得运营商可以做灵活的业务协同和低成本业务创新。
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4. ONOS北向接口的标准化可以帮助运营商可以集成大量第三方SDN应用，其统一的南向API接口可以帮助运营商引入第三方设备的驱动程序，避免厂家锁定。
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5. 多种南向协议，既支持现有设备，也支持未来白盒设备，既保护现有投资，又确保架构面向未来
这个是ONOS最新的ONOS模块图，绿色部分是南向插件，主要分为三大类。
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第一类是拓扑收集型，包括OSPF、BGPLS、ISIS。
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第二类是配置协议，包括NETCONF，SNMP、OVSDB。
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第三类是指导转发型，包括Openflow以及PCEP。
红色和黑色部分是ONOS Core部分，分别表示网元资源管理模块和通用机制模块，蓝色部分是应用层，包括WAN场景的SDNIP，SR，VPLS，Packet/Optical等，有安全领域的AAA，NFV的 vRouter，VTN，OLT与SFC，以及运维的Flow Analyzer和Fault Management。
ONOS目前在运营商领域有五个典型的WAN应用场景: IP+Optical、SDNIP、 分段路由、CORD、IPRAN，在CORD里面又使用了IP+Optical的技术(E-CORD)和SR的技术(Leaf-spine Fabric)。
运营商网络实质上是复杂的多层网络组成。每一层，包括IP和光，其配置和管理都是独立的。有时增加新的服务需要很多天甚至数月。SDN控制平面集中式的管理IP和光网络可以帮助解决效率低下的问题。运营商可以优化跨IP层和光层的实时可用性和经济性。他们可以根据流量和其他因素在几分钟内添加新的服务，而不是几天或数月。
典型的光传送网是由ROADM设备组成，对波长的配置是一个劳动密集型的任务，并且所有的配置必须是事先规划好的，有很高的运营费用，而且最后配出来的是一个静态的不灵活的网络。
在ONS2015大会上演示了ONOS使用不同协议控制由不同厂商组成的多层网络，这证明了ONOS Core的厂家中立性，而厂家的多样性则体现在南向协议侧，本次演示中对Ciena和Fujisu的设备使用了TL1协议管理，而华为的光设备和IP设备使用了PCEP协议管理，对Corsa的IP设备使用了OF协议管理。
CORD是一个将SDN，NFV与云化的商业基础设施结合把数据中心云化敏捷的能力引入到运营商网络的端到端解决方案。
CORD致力于将现有的大量CO站点的设备(RODAM、OLT等)结构成可以被通用的白盒设备以及VNF所替代，而这些资源都被ONOS、OpenStack等开源软件搭建的CORD平台所管理并对外提供云化的服务，CORD在不同场景提供不同的服务，有面向企业的E-CORD，面向移动领域的M-CORD，还有面向住宅区的R-CORD。总体上CORD计划2017年进行商用部署。
2015年11月27日，全球首个基于ONOS开源架构的SDN IPRAN企业专线业务在天津联通成功开通，从而正式拉开了ONOS商用帷幕。
让企业专线业务更具有互联网以及IT思维，这是ONOS为电信运营商的行业应用市场率先带来的新气象。基于现网，天津联通SDN IPRAN商用局开通了由天津绍兴道局到小树林局的二层VPN专线，实现了IPRAN承载专线业务的快速部署和发放，带宽分配可实时调整，可按带宽日历进行策略定时，并且各类用户权限可按需调整。该项目的成功落地有助于提升中国联通企业专线业务的竞争力，并为下一步加载更多增值类服务打下良好的基础。值得注意的是，该商用局未来还可继续升级，结合SDN技术打造“电商化”的精品企业专线。
2016年二月二十五日发布的OPNFV Brahmaputra版本，ONOS支持的场景有多租户的Layer 2 和 Layer 3特性，已经具备了DC领域的基本网络能力，在后续的C Release规划中，ONOS会支持DC领域的杀手级应用业务链(Service Function Chaining)以及Cloud VPN，前者使OPNFV具备基于业务资源池快速构建业务链的能力，后者为企业提供类似传统MPLS VPN的专线连接能力，同时简化VPN部署复杂度，实现企业专线随时随地连接，可见在下一个版本，ONOS 把WAN与数据中心拉通，逐步成为在虚拟化平台的重要控制器组件，业务领域也在向DC内部进军。
下面是ONOS的性能测试，有六个延迟评估场景，都是出于ONOS的Blackbird版本的性能测试白皮书，我就不一一介绍了。
简单总结: ONOS的发布直面OpenDaylight进行挑战，直接将SDN领域两大阵营(运营商和设备商)的竞争瞬间升级，之所以 ONOS能做到这一点，首先，ONOS的定位就是要为运营商提供敏捷和灵活的大规模部署能力，避开了设备商围绕着 OpenDaylight展开的品牌保卫战。另外， ONOS实现了高可用、可扩展的系统设计方案，基于此基础上对系统的层次结构以及网络实体进行高度抽象，这种优秀的设计和高度的抽象保障了系统的演进和能够被优化得更快更有效。
江睿: 毕业于北京理工大学，现为华为公司SDN平台部软件工程师，市场技术经理，投入ONOS开源工作两年左右，参与ONOSFW、SFC和PCEP等南向协议项目。
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