科普：SDN、OpenFlow、OpenDaylight，到底是什么關(guān)系？

2006年，美國斯坦福大學(xué)啟動了一個(gè)名叫Clean Slate的研究課題。

該課題由美國GENI項(xiàng)目資助，目的非常明確且宏大，就是——“重塑互聯(lián)網(wǎng)”。

▲ Global Environment for Network Innovations

當(dāng)時(shí)的互聯(lián)網(wǎng)，已經(jīng)歷經(jīng)了30多年的高速發(fā)展，從最初的小型專用局域網(wǎng)絡(luò)，變成了空前龐大和復(fù)雜的世界級網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷增加，超過了早期設(shè)計(jì)的承受能力，也使得網(wǎng)絡(luò)維護(hù)變得舉步維艱。

于是，專家們開始探討未來網(wǎng)絡(luò)的可能性架構(gòu)，希望在互聯(lián)網(wǎng)崩潰之前，將它拉回正軌。而GENI項(xiàng)目和Clean Slate課題，就是這些嘗試之一。

2007年，斯坦福大學(xué)博士生Martin Casado等人提出了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全與管理的項(xiàng)目——Ethane。

該項(xiàng)目試圖通過一個(gè)集中式的控制器，將網(wǎng)絡(luò)管理人員制定的安全控制策略，下發(fā)到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全控制。

2008年，Clean Slate課題的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，斯坦福大學(xué)教授Nick McKeown及其團(tuán)隊(duì)，受到Ethane項(xiàng)目的啟發(fā)，提出了OpenFlow的概念，并發(fā)布了那篇經(jīng)典的文章——《OpenFlow : Enabling Innovation in Campus Networks(OpenFlow：校園網(wǎng)的創(chuàng)新使能)》。

▲Nick McKeown和他的文章 OpenFlow，字面意思就是“開放的流”。

2009年，基于OpenFlow，Nick Mckeown教授正式提出了SDN(Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò))。

同年，SDN概念成功入圍Technology Review年度十大前沿技術(shù)，獲得了行業(yè)的廣泛關(guān)注和重視。

12月份，OpenFlow規(guī)范的1.0版本正式發(fā)布。這是首個(gè)可用于商業(yè)化產(chǎn)品的版本，具有里程碑意義。

在繼續(xù)介紹SDN發(fā)展歷程之前，我們還是要稍微介紹一下SDN的工作原理。

SDN的核心思想真的很簡單，就是控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離。

我們知道，網(wǎng)絡(luò)的作用就是連接。通過無數(shù)的節(jié)點(diǎn)(例如路由器、交換機(jī))，將數(shù)據(jù)從起點(diǎn)傳送到終點(diǎn)，這就是網(wǎng)絡(luò)的基本功能。

▲數(shù)據(jù)傳輸過程中，各節(jié)點(diǎn)不斷接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包。控制負(fù)責(zé)下命令，轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)責(zé)干活。

然而，考慮到安全冗余等因素，現(xiàn)實(shí)中的網(wǎng)絡(luò)絕對不會是一條直線那么簡單。它會是一個(gè)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

于是，命令該怎么下，直接決定了網(wǎng)絡(luò)的效率。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，各個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立工作的，內(nèi)部管理命令和接口也是廠商私有的，不對外開放。

▲每個(gè)節(jié)點(diǎn)，都在說各自的“方言”

所以，我們可以把它理解為“各自為戰(zhàn)”的模式。雖然“戰(zhàn)略層面”的規(guī)劃和設(shè)計(jì)可能是統(tǒng)一的，但“戰(zhàn)術(shù)層面”的執(zhí)行卻是復(fù)雜且低效的。

而SDN網(wǎng)絡(luò)，就是在網(wǎng)絡(luò)之上建立了一個(gè)SDN控制器節(jié)點(diǎn)，統(tǒng)一管理和控制下層設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。所有的下級節(jié)點(diǎn)，管理功能被剝離(交給了SDN控制器)，只剩下轉(zhuǎn)發(fā)功能。

SDN控制下的網(wǎng)絡(luò)，變得更加簡單。管理者只需要像配置軟件一樣，進(jìn)行簡單部署，就可以讓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)新的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略。(如果是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要單獨(dú)配置。)

除了簡化部署之外，SDN更深層次的意義，是賦予了網(wǎng)絡(luò)的“可編程性”。

也就是說，控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離之后，借助規(guī)范化的API接口，用戶可以通過編寫軟件的方式，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就像個(gè)完整的機(jī)器人一樣可供驅(qū)使。

我們具體來看看SDN的架構(gòu)。

SDN網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)，分為三層，從上到下分別是應(yīng)用平面、控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面。

整個(gè)架構(gòu)的核心，就是SDN控制器。

上北下南，SDN控制器向上與應(yīng)用平面進(jìn)行通信的接口，叫做北向接口，也叫NBI接口(northbound interface)。SDN控制器向下與數(shù)據(jù)平面進(jìn)行通信的接口，叫做南向接口，也叫CDPI接口(control-data-plane interface，控制數(shù)據(jù)平面接口)。

北向接口相對來說比較好搞，麻煩的是南向接口及其協(xié)議。因?yàn)樗苯佑绊懙絊DN控制器的命令能否準(zhǔn)確下達(dá)到無數(shù)的底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

因此，SDN技術(shù)的發(fā)展史，簡而言之，就是圍繞SDN控制器和南向接口的“王位爭奪史”。

在SDN被提出之后，第一個(gè)控制器平臺是NOX。它是一種單一集中式結(jié)構(gòu)的控制器，南向接口采用的是OpenFlow協(xié)議。

2011年，由Google、Facebook、微軟等公司共同發(fā)起成立了一個(gè)對SDN影響深遠(yuǎn)的組織，那就是ONF(Open Networking Foundation，開放網(wǎng)絡(luò)基金會)。

ONF的主要發(fā)起成員是德國電信、Facebook、Google、微軟、雅虎等公司。

這些公司要么是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，要么是運(yùn)營商，沒有一個(gè)是來自設(shè)備商的。他們成立ONF的目的，是為了推動SDN和OpenFlow協(xié)議的發(fā)展。他們不希望SDN這個(gè)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)又被設(shè)備商控制，成為設(shè)備商的賺錢工具。

上述發(fā)起人里面，最值得一提的是Google。

如果說Nick Mckeown教授是點(diǎn)燃SDN星星之火的人，那么，Google顯然是將星星之火燒遍全球的關(guān)鍵角色。

早在SDN被提出之外，Google就在尋找提升自身網(wǎng)絡(luò)效率的方法。當(dāng)看到SDN之后，Google確認(rèn)，這就是他們想要的。于是，他們果斷決定將SDN應(yīng)用于自己的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

2010年，Google開始將數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)路連線(G-scale)，轉(zhuǎn)換成SDN架構(gòu)。整個(gè)改造分為三個(gè)階段。到了2012年，整個(gè)Google B4網(wǎng)絡(luò)完全切換到了OpenFlow網(wǎng)絡(luò)。

▲Google B4是一種橫跨整個(gè)地球的連接到谷歌數(shù)據(jù)中心私有廣域網(wǎng)。

改造之后，Google B4網(wǎng)絡(luò)的鏈路帶寬利用率提高了3倍以上，接近100%。

這樣的結(jié)果毫無疑問是令人震撼的，也堅(jiān)定了行業(yè)對SDN的信心。

2013年，Google在SIGCOMM上發(fā)表了論文《B4: Experience with a Globally-Deployed Software Defined WAN》，詳細(xì)介紹了Google的WAN加速SDN方案。論文中提及，Google使用的控制器名叫ONIX。

面對SDN和ONF，設(shè)備商當(dāng)然也不能無動于衷。

2013年4月8日，在Linux基金會的支持下，作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商中的領(lǐng)導(dǎo)者，Cisco與IBM、微軟等公司一起，發(fā)起成立了開源組織OpenDaylight，共同開發(fā)SDN控制器。

▲ODL的發(fā)起公司有：IBM、微軟、Big Switch、博科、思杰、戴爾、愛立信、富士通、英特爾、Juniper、NEC、惠普、紅帽和VMware……基本都是廠商

OpenDaylight提出，SDN不等于OpenFlow，人們需要對SDN進(jìn)行“重新定義”。

也就是說，OpenDaylight強(qiáng)調(diào)SDN控制器不僅僅局限于OpenFlow，而是應(yīng)該支持多種南向協(xié)議。

同時(shí)，OpenDaylight還強(qiáng)調(diào)，應(yīng)該用分布式的控制平臺，取代單實(shí)例的控制器。這樣可以管理更大的網(wǎng)絡(luò)，提供更強(qiáng)勁的性能，還能增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。

OpenDaylight成立之后，成員數(shù)量增長迅速。但實(shí)際上，各個(gè)成員都有自己的小算盤。

Cisco就不用說了，作為OpenDaylight項(xiàng)目的牽頭人，它主導(dǎo)了其中大部分項(xiàng)目的開發(fā)。Cisco也一直想推自家的OpFlex上位。

除了Cisco之外，Big Switch推出Big Network Controller以及對應(yīng)的開源版本Floodlight。Juniper推出的是Contrial以及對應(yīng)的開源版本OpenContrial。

總而言之，這一時(shí)期各種各樣的SDN控制器處于百家爭鳴的狀態(tài)，發(fā)展勢頭一片大好。

▲當(dāng)時(shí)比較主流的幾種SDN控制器

仗著人多勢眾，OpenDaylight也成了行業(yè)里最具影響力的技術(shù)組織之一。

就在OpenDaylight風(fēng)光無限的時(shí)候，又殺出了一個(gè)攪局者。

2014年12月5日，ON.Lab推出了一款創(chuàng)新性的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)——ONOS(Open Network Operating System)，對OpenDaylight發(fā)起了強(qiáng)有力的挑戰(zhàn)。

▲ONOS直接將自身定位提升到網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)層面。

ON.Lab是哪里冒出來的呢?ON.Lab全名是Open Networking Lab(開放網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室)，最初是由Parulkar和Nick McKeown共同成立的。沒錯(cuò)，就是提出SDN的那個(gè)Nick McKeown教授。

On.Lab的某些職能和ONF很類似。2016年10月19日，兩個(gè)組織宣布正式合并，組成了新的ONF。

就這樣，圍繞SDN控制器和協(xié)議，各大流派及廠商進(jìn)行了十多年的明爭暗斗，并最終形成了現(xiàn)在的局面。

從趨勢來看，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的概念深入人心，是大勢所趨。SDN控制器作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的核心，重要性不言而喻。

未來，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，SDN控制器肯定會繼續(xù)往分布式的方向發(fā)展?？刂破髦g的分工協(xié)作會更加深入，甚至可能出現(xiàn)集群。控制器也會引入NFV虛擬化技術(shù)，與OpenStack等云平臺進(jìn)行整合。

好啦，關(guān)于SDN的大致發(fā)展過程，就介紹到這里。SDN的演進(jìn)并沒有結(jié)束，圍繞SDN“正主”地位的爭奪也沒有結(jié)束。最終誰將主導(dǎo)未來網(wǎng)絡(luò)?讓我們拭目以待!

參考文獻(xiàn)：

名稱欄目：科普：SDN、OpenFlow、OpenDaylight，到底是什么關(guān)系？
本文網(wǎng)址：http://www.muchs.cn/news38/200288.html

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