华为数通笔记-SDN和Overlay

传统网络存在的问题

目前的网路是由协议定义的，如果一个网络协议有“缺陷”或者不适用了，那就再开发一个协议出来，协议的开发也显得“时不我待”。当我们要部署一个新业务时，就必须先去商讨这些标准，商讨完后，再进行开发，验证，最后，由于网络中每台设备都需要了解这些标准，所以我们需要在每台设备上都进行更新，这么一套下来，没有个3、 5年还真是难以完成。对于网络工程师来说，现在的协议，不管是私有协议还是通用协议也是越来越多。如此多的协议，你别说是各个精通，就算是都学一遍都是要花很长得时间。

但是随着互联网的飞速发展，传统网络越来越难以满足新业务的需求。矛盾越来越难以调和，人们不得不出来通过添加新协议、新设备等手段来缓解问题，但是却成效甚微。于是人们滋生了革命的想法，现有的网络架构既然无法继续演进发展，为何不推倒重来，重新定义网络呢？于是，越来越多人的加入“革命者”行列，意欲将网络打造成一个开放的，可重定义的环境。在一群人的努力之下，2006年就提出了SDN的概念。

SDN

SDN，即（Software Defines Network），软件定义网络，和传统的协议定义网络成了一个相对的概念。

SDN与传统网络的本质区别

SDN实现了转控分离，而传统网络的设备都是集成了控制层面和转发层面，是转控一体的

就拿部署一个运行OSPF协议的网络举例,要使这个网络的所有路由运行OSPF协议。各个设备通过建立邻居，通告路由并学习，从而形成路由表，这个就是路由的控制层面，再根据路由器的FIB记录的网段信息和下一跳进行数据转发，这就是路由的数据层面，所以传统网络的控制和转发都是由设备自身完成，是转控一体的。

传统网络中的设备就像没有指挥官的军队，缺乏统一的调度和管理。在网络中，不能分辨出是哪条链路拥塞，哪条链路空闲。在计算路由的时候，只会选择最优路由，这样会导致链路带宽的浪费。当想要改变数据转发路径时，需要在设备上手动修改开销等参数，不是很灵活。

在SDN网络中，路由器、交换机这样的网络设备只负责数据转发，而规划路由表内的目标网络、下一跳地址这些控制转发的内容都由控制器进行。另一方面由于路由器、交换机等设备不再进行路由控制，成本也会有所降低。调度网络，也就是在SDN控制器上改几行代码，省时又省力。

SDN架构

SDN网络架构分为协同应用层、控制器层和设备层。 

协同应用层：主要完成用户意图的各种上层应用，典型的协同层应用包括OSS、OpenStack等
 

控制层：控制器层的实体就是SDN控制器，是SDN网络架构下最核心的部分。控制层是SDN系统的大脑，其核心功能是实现网络业务编排。
 

设备层：网络设备接收控制器指令，执行设备转发。
 

NBI北向接口：北向接口为控制器对接协同应用层的接口，主要为RESTful。
 

SBI南向接口：南向接口为控制器与设备交互的协议，包括NETCONF、SNMP、OpenFlow、OVSDB等 

华为SDN网络架构

SDN架构的两种协议
    

OpenFlow协议：控制器下发流表到设备上（重点）
netconf协议：下发配置命令    

 SDN架构的提出，不代表能够大规模的应用。

一是没有成体系的解决方案

二是安全性的不到保证

三是触犯了运营商和设备厂商大佬们的利益。因为新的网络架构让网络彻底软件化，自己辛辛苦苦建立起来的基础设施彻底失去控制权，而沦为转发管道。彻底丢失对网络的控制权，让自己研制的网络协议成为废纸，这是所有大佬都无法容忍的，但是思科、华为等大佬厂商毕竟纵横网络世界几十年，自然不可能坐以待毙。这些大佬在网络协议方面的技术还是有明显优势，数据转发也是他们的老本行。你SDN再牛，硬件上也无法离开思科、华为、H3C这些设备。就算大规模部署SDN,对用户来说，也更青睐大厂商的SDN解决方案。

网络厂商还提出了SDN的另外一种方案，那就是Overlay。

Underlay和Overlay

Underlay网络和Overlay网络这两个概念，就是底层网络（Underlay）仍然采用传统的架构，仍然跑着各种路由协议；但是上层网络（Overlay）则是在底层网络之上，构建出来的一个逻辑的网络，这个架构大概是这个样子：

 对于网络中的各个终端来说，物理网络到底是什么样子它们不需要知道。只需要知道的是这个物理网络是基于IP转发的，所以报文要到哪里去，提供目标IP地址就可以了。

数据中心网络架构发展趋势：

 1.在大二层网络环境下，数据报文是通过查询MAC地址表进行二层转发，而MAC地址表的容量限制了虚拟机的数量。

2.网络隔离能力限制。

• 当前主流的网络隔离技术是VLAN或VPN（Virtual Private Network），在大规模的虚拟化网络中部署存在如下限制： 由于IEEE 802.1Q中定义的VLAN Tag域只有12比特，仅能表示4096个VLAN，无法满足大二层网络中标识大量用户群的需求。

• 传统二层网络中的VLAN/VPN无法满足网络动态调整的需求。

 

为什么传统网络大不起来

 因为以太网交换机的工作原理是learn/flooding，这样的机制下如果二层域太大，一个broadcast就有可能影响到所有节点。并且STP是树形结构，单路径转发（冗余路径被阻塞），现代数据中心互联40G/100G情况下，会存在严重的资源浪费。

这个时候MAC Routing技术（Trill/Fabric-Path）应运而生，控制层面采用成熟的IS-IS协议，同时引入AF（assert-forwarder）来破环，这样就可以基于TriLL/Fabirc-Path来构建二层全连接网络。

但是很不幸的是，Trill弥补了STP技术的缺陷，实现了full-mesh的Layer 2 连接，扩大了二层范围，但是由于机制过于复杂、trill域内所有设备必须支持trill、多租户能力不足等缺陷。导致该技术只是昙花一现，并没有做到大范围的部署。

大二层网络架构发展趋势和比较

 TRILL技术解决了STP环路组网和规模问题，通过成熟的链路状态路由算法，扩展IS-IS协议，构建无环网络，实现多路径负载分担。

VXLAN技术具有更好的可用性和扩展性，更易运维，已经成为IT&CT厂商力推的技术。

各Overlay技术比较：