1、2018-6-6SDN技术原理一、SDN技术概念SDN起源与概念SDN与NFV关系主要内容主要内容20072007：SDNSDN诞生于斯坦福大学诞生于斯坦福大学2010年Nick团队合影2007 年，MartinCasado等创立SDN公司 Nicira，2012 被VMware 以12.6亿美元收购。Nick Mckeown(教授,团队负责人)Martin Casado(博士生,Ethane项目执行人)SDN(Software-Defined Networking)软件定义网络(SDN南向接口协议)SDNSDN原理示意原理示意数据转发应用应用应用数据转发应用应用应用数据转发应用应用应用数据转2、发应用应用应用数据转发操作系统操作系统操作系统操作系统操作系统应用应用应用应用应用应用应用层网络操作系统控制层数据层北向接口南向接口控制和转发分离网络控制集中网络开放/可编程20112011：SDNSDN标准组织标准组织ONFONF成立成立SDN是一种新型的网络架构，其设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，并实现可编程化控制。业务应用业务应用网络服务网络服务网络部件网络部件网络部件网络部件网络部件网络部件网络部件网络部件网络部件网络部件应用层应用层控制层控制层基础设备层基础设备层APIAPIAPI控制面与数据面接口控制面与数据面接口（例如例如：openflow）SDN控制软件控制软3、件北向接口北向接口南向接口南向接口ONF SDN白皮书，2012创始成员创始成员截至2015年7月，有142个成员。Google利用SDN构建新一代数据中心互联网络，开启网络新时代谷歌数据中心互联网络拓扑全局流量调度机制基于SDN的B4网络连接分布全球的12个数据中心大量采用白盒设备链路利用率由部署前的30%提高到90%以上20122012：GoogleGoogle的的SDNSDN实践实践传统网络设备网络功能虚拟化20122012：ETSIETSI成立成立NFVNFV标准工作组标准工作组软件硬件解耦硬件平台通用化网络功能虚拟化NFV（Network Function Virtualizatio4、n）2012年10月，13家运营商联合发布NFV白皮书。截至2015年7月，ETSI NFV有114个会员。NFVNFV框架框架NFVI（NFV基础设施）域：包括各种物理硬件资源、虚拟资源及Hypervisor，是支持VNF运行的环境VNF（虚拟网络功能）域：传统网络功能虚拟化实现，以软件的形式运行在虚拟机之上MANO（管理与编排）域：实现对物理/虚拟资源的管理，对VNF/网络业务进行生命周期管理虚拟机虚拟机虚拟机虚拟机NFVIVNFMANO虚拟化基础设施管理VIM虚拟网络功能管理VNFM网络功能编排NFVO服务器路由器存储EM 1EM 2EM 3vEPCvIMSvBRASEM 4vCPEHy5、pervisor/虚拟化层20132013：SDNSDN开源组织开源组织ODLODL成立成立2013年4月，Linux 基金会启动SDN开源项目“OpenDaylight”（简称ODL）ODL旨在开发开源SDN控制器，目前发布了第3版（氧版本）ODL组织由设备提供商驱动，目前由Cisco等公司主导创始白金会员创始白金会员20142014：SDNSDN开源组织开源组织ONOSONOS成立成立开发面向运营商业务场景的开源SDN控制器平台，目前版本是1.2版Cardinal主要特点：分布式核心、高性能、低延迟、大吞吐量已在美国科研网Internet2上部署2015年6月，在Open Network 6、Summit上，AT&T展示了基于ONOS控制器的CORD项目，ONF展示Atrium项目创始成员创始成员2014年2月成立2014年9月，在Linux基金会下成立OPNFV组织，推动NFV平台开源化OPNFV旨在通过开发运营商级、集成和开放的NFV基础平台，加速NFV产业成熟2015年6月4日，OPNFV发布了首个开源NFV平台版本“Arno”20142014：NFVNFV开源组织开源组织OPNFVOPNFV成立成立OPNFV白金会员OPNFV（Open Platform NFV）20172017：ONAP ONAP 使能网络自动化使能网络自动化ONAP的商业价值在于加速网络自动化ONAP期7、望成为网络自动化的事实标准覆盖全球移动终端用户的55%Top 10设备商和集成商积极参与1100+活跃社区开发者ONAP家庭业务企业业务云业务2017年，中国联通已正式加入ONAP数据中心通信网络云网络2017年2月，Linux基金会下的两大编排器开源组织合并为ONAP（Open Network Automation Platform）网络功能虚拟化（网络功能虚拟化（NFVNFV）专用硬件设备种类各异，数量众多，同时硬件生命周期趋短 专用硬件开发使进入门槛高，成本高，限制创新与竞争新业务的部署又要求引入新的专用硬件、专用方案，部署周期太长传统网络NFV网络NFV旨在通过标准的IT虚拟化技术,把8、网络设备统一到工业化标准的高性能、大容量的服务器，交换机和存储平台上，该平台可以位于数据中心、网络节点及用户驻地网等。NFV将网络功能软件化，使其能够运行在标准、共享的标准服务器虚拟化软件上，以便能根据需要安装/迁移到网络中的任意位置 NFV不仅仅适用于控制面功能，同样适用于数据面包处理；适用于有线和无线网络。网络功能虚拟化（NFV）技术通过发展标准的IT虚拟化技术，将传统电信网络设备整合到到行业标准的高性能、大容量的服务器、存储设备和交换机上，实现电信设备软硬件解耦合的目的SDN/NFVSDN/NFV区别与联系区别与联系NFV与SDN是互补关系，二者相互独立，没有依赖关系，SDN不是NFV的9、前提 SDN重在集中控制，开放，协同，网络可编程；NFV重在通用硬件+虚拟化网络功能软件NFV可以基于SDN实现，也可以基于非SDN实现狭义狭义SDNNFV核心思想核心思想控制转发分离软件硬件分离关注关注点点多个网络设备的集中控制单个网络设备虚拟化管理管理控制控制点点控制器管理与编排技术优势技术优势集中控制、开放协同和网络可编程降低CAPEX和OPEX，实现自动化管理和运维相关组织相关组织ONF、ODL、ONOS、IETFETSI NFV、OPNFV业务APIAPIAPI网络业务网络功能应用层控制层基础设施层管理与编排网络功能虚拟化网络功能虚拟化（NFVNFV）网络功能虚拟化网络功能虚拟化（N10、FVNFV）二、SDN关键技术SDN架构Openflow开源：OpenDaylight和ONOS主要内容主要内容控制平面与转发平面分离可编程化控制（控制器）SDN架构控制平面和转发平面的接口实现南向接口标准化OpenFlowSDNSDN关键技术关键技术16SDNSDN架构与理念架构与理念数据层网络设备网络设备网络设备网络设备网络设备控制层SDN控制器网络服务应用层上层应用南向北向SDN控制器网络服务东西向狭义狭义SDN（基于基于open flow）广义广义SDN 集中控制与分布转发 网络可编程 开放的北向API1718OpenFlow交换机模型OpenFlow数据流的组成控制器安全通道数据流表11、软件硬件OpenFlow交换机OpenFlow协议规则操作状态数据包+比特计数器1、输出包到端口2、封装后送往控制器3、丢弃包4、发送到正常处理路径5、修改域交换端口Vlan标示MAC源地址MAC目的地址以太网类型IP源地址IP目的地址IP端口TCP源地址TCP目的地址OpenFlow硬件产品Juniper MX SeriesHP Procurve5400Cisco Catalyst 6k华为NE40ESDNSDN关键技术关键技术OpenFlowOpenFlow18ODLODL和和ONOSONOS两种开源项目的比较两种开源项目的比较ODL项目项目ONOS项目项目挂靠组织Linux基金会Linu12、x基金会主导厂商Cisco、HP、Citrix、RedHat、Ericsson、DELLONLAB、AT&T、NTT、CU、HUAWEI、KT服务对象OTT、运营商运营商系统架构内核、南北向接口、应用内核、南北向接口、应用开源思路和OpenStack类似，各厂商贡献代码（包括内核），在ODL系统演进的同时，各厂商开发商用版ODL，应用同时覆盖OTT和运营商ONLAB开发和演进内核，厂商开发其他部分，聚焦运营商应用，重点关注CORD（AT&T）、M-CORD(KT)、M-CORD(CU)的架构系统演进思路两者注意互相取长补短，ODL补充了ONOS的控制器集群的功能，ONOS补充了ODL的北向接口13、Yang Model功能对OPNFV的支持支持，和OpenStack共同构成了OPNFV的MANO支持，和OpenStack共同构成了OPNFV的MANOONOSONOS简介简介理念聚焦运营商视角.运营商定义和驱动 ONOS平台参与者由顶级运营商初始和指导(AT&T/NTT),有顶级的设备厂商支持(Huawei/Ericsson),快速得到了许多运营商的响应(SKT,China Unicom,Verizon，etc)和设备商的响应(Cisco，etc),架构初始由AT&T Domain 2.0需求驱动,由此引起了SDN控制器架构的需求。概念验证用例：IP+Optical,IP RAN,Cent14、ral Office,L3 VPN,Segment Routing,SDN-IP,BGP Peering等.聚焦关键特性:高扩展性,高性能,旨在提供灵活和敏捷的可编程能力，支持从传统网络平滑迁移SDN。版本每x个月发布一个版本，目前已经发布了Junco版本ONOSONOS发布的版本发布的版本NameVersionJAVA APIDateFile typesRelease NotesDocumentationDrake1.3.0API-1.3.0Sept.18,2015zip,tar.gz,deb,rpmRelease Notes for 1.3.0Cardinal1.2.2API-1.2.2S15、ept.1,2015zip,tar.gzRelease Notes for 1.2.2Documentation for 1.2.x1.2.1API-1.2.1June 25,2015zip,tar.gzRelease Notes for 1.2.11.2.0API-1.2.0June 5,2015zip,tar.gzRelease Notes for 1.2.0Blackbird1.1.0API-1.1.0Mar.17,2015zip,tar.gzRelease Notes for 1.1.0Documentation for 1.1.xAvocet1.0.1API-1.0.1Jan.22,16、2015zip,tar.gzRelease Notes for 1.0.1Documentation for 1.0.x1.0.0API-1.0.0Dec.5,2014zip,tar.gzRelease Notes for 1.0.0Junco目前发布到Junco（灯芯草雀）版本ONOS ReleaseONOS Release小结小结12Performance assessment/optimizationHigh Availability and Scale outDefine metrics,create test set-upPerformance/Scale out/Latency N17、umberDistributed CoreNB abstraction:Global View,Application Intent Application Intent FrameworkSubsystem Framework SB Plug in(e.g.OF 1.3)Architecture and PoCPERFORMANCEUSE CASES/DEPLOYMENTSAT&T CO use case(Fabric,vCEP/vOLT,NFaaS)AT&T/Fujitsu/Ciena/Huawei IP-Optical(Multi-vendor)ONF Segment RoutingHu18、awei IP-RAN(WAN,MPLS,Tunnel)Telefonica and Huawei IP+Optical(PCEP)NTT/NEC IP-Optical(Orchestrator)ONF Atrium project(Integration,Interoperability)Deployment(BGP Peering)Avocet Blackbird Cardinal Drake34OPNFVONOSFW(ONOS integrated Openstack)SB Plugin:PCEP,OVSDBAT&T CO use case enhance ONOSONOS的分布式架构的19、分布式架构NB Application Intent Framework Southbound Core APIProtocolsAdaptersAppsProtocolsAdaptersProtocolsAdaptersProtocolsAdaptersONOS Instance 1ONOS Instance 2ONOS Instance 3ONOS Instance NDistributed Core(performance,scale-out,availability,state management,notifications)External Apps(Services,PCE,L320、VPN/PW)ONOSONOS的可扩展性的可扩展性ONOS可扩展实例，以支持不同的网络规模ONOSONOS的高可靠性设计的高可靠性设计其中一个实例故障时，不影响ONOS系统的运转ONOSONOS子系统功能概述子系统功能概述DeviceLinkHostTopologyFlowRulePathPacketStatisticsIntentApplicationClusterMessagingLockLeadershipMastershipDriverMPLS LabelLink ResourceEventOpenFlowNetConfOVSDBCoreDatabasePCEPProxyArpSegm21、ent RoutingL2 ForwardingREST APIGUICLINetwork Cfg.SDN IP/BGPPacket/OpticalTunnel.OSGi/Apache KarafVN.Device Cfg.SecurityUI ExtensionExternal Apps(L3VPN/L2VPN/)GraphDiscoveryOpenStackService BGP-LSExternal Apps(L3VPN/L2VPN/)External Apps(L3VPN/L2VPN/)External Apps(L3VPN/L2VPN/)APPsONOSONOS的流和负载的吞吐量的流22、和负载的吞吐量Linear Scale outCharacteristics iLinear Scale outCharacteristics in North bound High performanceAs demands on the SDN control plane grow,either due to an increase in the size of the network or due to an increase in the number of network control applications,ONOS can scale by adding additional23、 instances to the cluster.(linear scale out characteristics in both south and north bound)随着ONOS在簇（Cluster）里增加实例（instance）,ONOS的南向和北向的吞吐量都会显著增加。ONOSONOS应用应用-AtriumAtrium：OpenflowOpenflow交换机交换机的互通的互通同样使用Openflow1.3，不同厂家的控制器和交换机无法互操作基于ONOS的开源Atrium项目，和ONF合作，使五个不同厂商的交换机和控制器实现了互操作ONOSONOS应用：应用：AT&T Cent24、ral Office ReAT&T Central Office Re-architected as a Data Centerarchitected as a Data Center（CORDCORD）SDN Control Plane-ONOSIOIOIOAccessLinkIOCommodity hardwareFabric SpineSwitchesLeaf SwitchesNFV OrchLarge number of COsEvolved over 40-50 yearsHuge source of CAPEX/OPEXArchitect with commodity hardwa25、re and manage the fabric/infrastructure with ONOS(SDN Control plane)运营商运营大量Central Office。例如，仅美国电话电报公司就有近5000个CO。这些在过去的40-50年间随机地发展了一些，它们拥有各种设备。CO是服务提供商的资本支出和运营成本的巨大来源这个POC重新设计了CO，就像一个有商品硬件的数据中心，并且使用ONOS管理结构和基础设施。ONOSONOS应用：应用：CORD ArchitectureCORD ArchitectureIOIOMetro CoreLinkIOAccessLinkFabric Sp26、ineSwitchesLeaf SwitchesvBNGvCPEvOLTNFVI Orch-XOSDHCPLDAPRADIUSControlDataPONOLTMACsCommodity hardwareSimple CPEG.FastBridgeG.FASTDistribution Point Unit(DPU)OPENFLOWNETCONF400 metersUpto 1Gbps over copper wiringSDN Control Plane-ONOSG.FASTGPON ONTApplicationsONTSimple CPEGPONCORD使服务提供商能够使用白盒，ONOS，O27、penstack，XOS以及开放的spine-Leaf交换网构建底层通用基础架构。然后多种多样的组织建立起上述的服务和解决方案。CORD解决方案POC跨越了Telco中心办公室，包括支持千兆比特无源光网络（GPON）和G.fast以及家庭/企业客户端设备（CPE）的接入。ONOSONOS应用：应用：AT&T ONS AT&T ONS IP+OpticalIP+Optical Demo Demo multimulti-layer network control with ONOSlayer network control with ONOSPrimaryBackupP3P1P2P4P5O1O2O28、4O7O3O5O6Light Paths OpticalIP LayerLogical TunnelsP3P1P2P4P5Multi-layer Control Geographically distributed Multi-VendorOn-DemandOptical Bandwidth Advanced Multi-Layer RestorationFujitsu TL1 providerOF providerCiena TL1 providerHuawei PCEP providerMenlo Park,CARichard,TXPlano,TXOttawa,OntarioONOS Cl29、usterOptical layerIP LayerDomain ADomain BDomain CMulti-Layer Network Optimization主要应用：按需光带宽提供、多层保护倒换、多层网络联合优化ONOS为控制器，多厂商的设备支持：Ciena、富士通、华为等。OpenDaylightOpenDaylight简介简介OpenDaylight 是 Linux 基金会旗下的开源软件项目，旨在通过提供通用的商用软件平台深化SDN应用和创新OpenDaylight 是一个高可用、模块化、可扩展的SDN控制器基础架构OpenDaylight 提供一个模型驱动的服务抽象平台，在此之上30、部署定制化应用，轻松实现与不同硬件设备及南向协议的协作OpenDaylight 是一个开源社区致力于构建：应对不同场景的可演进SDN平台北向能力的通用抽象南向实现中间件可编程网络服务网络应用ODLODL在开源控制器中的地位在开源控制器中的地位目前开源SDN控制器项目，主要的活跃的开源控制器项目为：ODL、ONOS、Open Contrail（Juniper研发）、Ryu（NTT研发）。前两个项目的产业参与度高。从代码量和贡献者数量的比较重可以看出，ODL是目前仍活跃的SDN开源控制器项目中，产业投入最大，影响力最大的项目。来源：ONS2016，ODL演讲From Lithium to Bery31、llium:Production-Ready Open SDN Platform来源：ONS2016，ONF演讲2016 SDN Controller Landscape Is there a Winner?ODLODL的产业链广阔的产业链广阔全球已有20+的用户产品基于ODL二次开发的SDN系统，主流设备厂商均从ODL系统开发中获益。Products&SolutionsAvayaAvaya Open SDN Fx Fabric OrchestratorBrocadeBrocade Open SDN ControllerCiscoCisco Open SDN ControllerCoriant32、Coriant Transcend OrchestratorEricssonEricsson Transport,Cloud and Services SDNExtreme NetworksExtreme Networks OneControllerFujitsuFujitsu Virtuora NCHPEHP SDN Fabric for NFV-ContexNetHyperglanceHyperglanceIntelIntel Open Network Platform(Intel ONP)Packet DesignPacket Design SDN Management and Orch33、estration PlatformPluribusPluribus NetVisor OSQosmosQosmos Service Aware ModuleTelco SystemsTelco Systems EdgeGenie Orchestrator来源：https:/www.opendaylight.orgOpenDaylightOpenDaylight路标路标ODL按照元素周期表发布不同版本程序，目前最新版本是第八版氧（Oxygen）OpenDaylightOpenDaylight架构架构ODLODL框架框架Open Daylight 基于 Apache Karaf 框架实现开发部署34、，Apache Karaf 是一个轻量级、企业级的OSGi容器，Karaf提供以下特性热部署：能够检测放入deploy目录的文件类型并尝试部署控制台：提供Unix风格的控制台管理容器动态配置：提供一系列命令管理配置，配置文件位于etc目录下日志系统：支持常用日志框架（slf4j、log4j等）自动配置：支持URL用于安装应用（Maven repository等），并提供“Karaf Feature”用于描述应用远程：内置SSHd服务支持远程OSGi 框架：可选择OSGi框架，缺省为Felix框架OpenDaylightOpenDaylight控制器（南向）控制器（南向）支持多种南向协议SAL负35、责查询服务提供者Topology Manager感知网络设备、可达性、性能ARP handler,Host Tracker,Device Manager，Switch Manager 为Topology Manager提供数据支持OSGi方式部署的应用，及双向REST ODLODL的的OpenFlowOpenFlow插件插件插件功能包括：连接管理会话管理状态管理错误处理映射功能，OF/MD相互映射消息处理，如pktin事件处理并通告上层支持MD-SAL 向下兼容OF 1.0 ODLODL的的L2L2交换机控制功能交换机控制功能ODLODL的路由功能组件的路由功能组件Opendaylight中开36、发的BGP-LS和PCEP南向协议栈组件，是有关路由功能组件，有关BGP/PCEP的功能如上图所示。BGP/PCEP组件依赖于 yangtool 和controller(MD-SAL)。yangtool 使用Yang 模型产生Java API。Controller用于存储数据，controller包含的protocol-framework（在netty组件上进行封装），用于处理TCP连接；另外controller的config-subsystem，在BGP/PCEP中的所有配置都使用这个组件。ODLODL的的SALSAL：业务抽象层：业务抽象层 SAL是Service Abstraction Layer 的缩写,它是ODL控制器的服务总线，SAL为ODL的各个组件提供了进行服务发布和服务调用路由的功能 SALS将服务抽象化，使得ODL的上层（北向）和下层（南向）之间的调用相互隔离MDMD-SALSAL概述概述YANGYANG概述概述 YANG是NETCONF使用的数据建模语言 描述数据如何组织及访问 可以直接映射为XML 具有如下特性：数据建模，包括配置数据/运行数据树状结构可拓展XML/JSON结构可重用YANG的基本结构谢谢！