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1、2018-6-6SDN技術原理一、SDN技術概念SDN起源與概念SDN與NFV關系主要內容主要內容20072007：SDNSDN誕生于斯坦福大學誕生于斯坦福大學2010年Nick團隊合影2007 年，MartinCasado等創立SDN公司 Nicira，2012 被VMware 以12.6億美元收購。Nick Mckeown(教授,團隊負責人)Martin Casado(博士生,Ethane項目執行人)SDN(Software-Defined Networking)軟件定義網絡(SDN南向接口協議)SDNSDN原理示意原理示意數據轉發應用應用應用數據轉發應用應用應用數據轉發應用應用應用數據轉2、發應用應用應用數據轉發操作系統操作系統操作系統操作系統操作系統應用應用應用應用應用應用應用層網絡操作系統控制層數據層北向接口南向接口控制和轉發分離網絡控制集中網絡開放/可編程20112011：SDNSDN標準組織標準組織ONFONF成立成立SDN是一種新型的網絡架構，其設計理念是將網絡的控制平面與數據轉發平面進行分離，并實現可編程化控制。業務應用業務應用網絡服務網絡服務網絡部件網絡部件網絡部件網絡部件網絡部件網絡部件網絡部件網絡部件網絡部件網絡部件應用層應用層控制層控制層基礎設備層基礎設備層APIAPIAPI控制面與數據面接口控制面與數據面接口（例如例如：openflow）SDN控制軟件控制軟3、件北向接口北向接口南向接口南向接口ONF SDN白皮書，2012創始成員創始成員截至2015年7月，有142個成員。Google利用SDN構建新一代數據中心互聯網絡，開啟網絡新時代谷歌數據中心互聯網絡拓撲全局流量調度機制基于SDN的B4網絡連接分布全球的12個數據中心大量采用白盒設備鏈路利用率由部署前的30%提高到90%以上20122012：GoogleGoogle的的SDNSDN實踐實踐傳統網絡設備網絡功能虛擬化20122012：ETSIETSI成立成立NFVNFV標準工作組標準工作組軟件硬件解耦硬件平臺通用化網絡功能虛擬化NFV（Network Function Virtualizatio4、n）2012年10月，13家運營商聯合發布NFV白皮書。截至2015年7月，ETSI NFV有114個會員。NFVNFV框架框架NFVI（NFV基礎設施）域：包括各種物理硬件資源、虛擬資源及Hypervisor，是支持VNF運行的環境VNF（虛擬網絡功能）域：傳統網絡功能虛擬化實現，以軟件的形式運行在虛擬機之上MANO（管理與編排）域：實現對物理/虛擬資源的管理，對VNF/網絡業務進行生命周期管理虛擬機虛擬機虛擬機虛擬機NFVIVNFMANO虛擬化基礎設施管理VIM虛擬網絡功能管理VNFM網絡功能編排NFVO服務器路由器存儲EM 1EM 2EM 3vEPCvIMSvBRASEM 4vCPEHy5、pervisor/虛擬化層20132013：SDNSDN開源組織開源組織ODLODL成立成立2013年4月，Linux 基金會啟動SDN開源項目“OpenDaylight”（簡稱ODL）ODL旨在開發開源SDN控制器，目前發布了第3版（氧版本）ODL組織由設備提供商驅動，目前由Cisco等公司主導創始白金會員創始白金會員20142014：SDNSDN開源組織開源組織ONOSONOS成立成立開發面向運營商業務場景的開源SDN控制器平臺，目前版本是1.2版Cardinal主要特點：分布式核心、高性能、低延遲、大吞吐量已在美國科研網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項目，ONF展示Atrium項目創始成員創始成員2014年2月成立2014年9月，在Linux基金會下成立OPNFV組織，推動NFV平臺開源化OPNFV旨在通過開發運營商級、集成和開放的NFV基礎平臺，加速NFV產業成熟2015年6月4日，OPNFV發布了首個開源NFV平臺版本“Arno”20142014：NFVNFV開源組織開源組織OPNFVOPNFV成立成立OPNFV白金會員OPNFV（Open Platform NFV）20172017：ONAP ONAP 使能網絡自動化使能網絡自動化ONAP的商業價值在于加速網絡自動化ONAP期7、望成為網絡自動化的事實標準覆蓋全球移動終端用戶的55%Top 10設備商和集成商積極參與1100+活躍社區開發者ONAP家庭業務企業業務云業務2017年，中國聯通已正式加入ONAP數據中心通信網絡云網絡2017年2月，Linux基金會下的兩大編排器開源組織合并為ONAP（Open Network Automation Platform）網絡功能虛擬化（網絡功能虛擬化（NFVNFV）專用硬件設備種類各異，數量眾多，同時硬件生命周期趨短 專用硬件開發使進入門檻高，成本高，限制創新與競爭新業務的部署又要求引入新的專用硬件、專用方案，部署周期太長傳統網絡NFV網絡NFV旨在通過標準的IT虛擬化技術,把8、網絡設備統一到工業化標準的高性能、大容量的服務器，交換機和存儲平臺上，該平臺可以位于數據中心、網絡節點及用戶駐地網等。NFV將網絡功能軟件化，使其能夠運行在標準、共享的標準服務器虛擬化軟件上，以便能根據需要安裝/遷移到網絡中的任意位置 NFV不僅僅適用于控制面功能，同樣適用于數據面包處理；適用于有線和無線網絡。網絡功能虛擬化（NFV）技術通過發展標準的IT虛擬化技術，將傳統電信網絡設備整合到到行業標準的高性能、大容量的服務器、存儲設備和交換機上，實現電信設備軟硬件解耦合的目的SDN/NFVSDN/NFV區別與聯系區別與聯系NFV與SDN是互補關系，二者相互獨立，沒有依賴關系，SDN不是NFV的9、前提 SDN重在集中控制，開放，協同，網絡可編程；NFV重在通用硬件+虛擬化網絡功能軟件NFV可以基于SDN實現，也可以基于非SDN實現狹義狹義SDNNFV核心思想核心思想控制轉發分離軟件硬件分離關注關注點點多個網絡設備的集中控制單個網絡設備虛擬化管理管理控制控制點點控制器管理與編排技術優勢技術優勢集中控制、開放協同和網絡可編程降低CAPEX和OPEX，實現自動化管理和運維相關組織相關組織ONF、ODL、ONOS、IETFETSI NFV、OPNFV業務APIAPIAPI網絡業務網絡功能應用層控制層基礎設施層管理與編排網絡功能虛擬化網絡功能虛擬化（NFVNFV）網絡功能虛擬化網絡功能虛擬化（N10、FVNFV）二、SDN關鍵技術SDN架構Openflow開源：OpenDaylight和ONOS主要內容主要內容控制平面與轉發平面分離可編程化控制（控制器）SDN架構控制平面和轉發平面的接口實現南向接口標準化OpenFlowSDNSDN關鍵技術關鍵技術16SDNSDN架構與理念架構與理念數據層網絡設備網絡設備網絡設備網絡設備網絡設備控制層SDN控制器網絡服務應用層上層應用南向北向SDN控制器網絡服務東西向狹義狹義SDN（基于基于open flow）廣義廣義SDN 集中控制與分布轉發 網絡可編程 開放的北向API1718OpenFlow交換機模型OpenFlow數據流的組成控制器安全通道數據流表11、軟件硬件OpenFlow交換機OpenFlow協議規則操作狀態數據包+比特計數器1、輸出包到端口2、封裝后送往控制器3、丟棄包4、發送到正常處理路徑5、修改域交換端口Vlan標示MAC源地址MAC目的地址以太網類型IP源地址IP目的地址IP端口TCP源地址TCP目的地址OpenFlow硬件產品Juniper MX SeriesHP Procurve5400Cisco Catalyst 6k華為NE40ESDNSDN關鍵技術關鍵技術OpenFlowOpenFlow18ODLODL和和ONOSONOS兩種開源項目的比較兩種開源項目的比較ODL項目項目ONOS項目項目掛靠組織Linux基金會Linu12、x基金會主導廠商Cisco、HP、Citrix、RedHat、Ericsson、DELLONLAB、AT&T、NTT、CU、HUAWEI、KT服務對象OTT、運營商運營商系統架構內核、南北向接口、應用內核、南北向接口、應用開源思路和OpenStack類似，各廠商貢獻代碼（包括內核），在ODL系統演進的同時，各廠商開發商用版ODL，應用同時覆蓋OTT和運營商ONLAB開發和演進內核，廠商開發其他部分，聚焦運營商應用，重點關注CORD（AT&T）、M-CORD(KT)、M-CORD(CU)的架構系統演進思路兩者注意互相取長補短，ODL補充了ONOS的控制器集群的功能，ONOS補充了ODL的北向接口13、Yang Model功能對OPNFV的支持支持，和OpenStack共同構成了OPNFV的MANO支持，和OpenStack共同構成了OPNFV的MANOONOSONOS簡介簡介理念聚焦運營商視角.運營商定義和驅動 ONOS平臺參與者由頂級運營商初始和指導(AT&T/NTT),有頂級的設備廠商支持(Huawei/Ericsson),快速得到了許多運營商的響應(SKT,China Unicom,Verizon，etc)和設備商的響應(Cisco，etc),架構初始由AT&T Domain 2.0需求驅動,由此引起了SDN控制器架構的需求。概念驗證用例：IP+Optical,IP RAN,Cent14、ral Office,L3 VPN,Segment Routing,SDN-IP,BGP Peering等.聚焦關鍵特性:高擴展性,高性能,旨在提供靈活和敏捷的可編程能力，支持從傳統網絡平滑遷移SDN。版本每x個月發布一個版本，目前已經發布了Junco版本ONOSONOS發布的版本發布的版本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目前發布到Junco（燈芯草雀）版本ONOS ReleaseONOS Release小結小結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的分布式架構的19、分布式架構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的可擴展性的可擴展性ONOS可擴展實例，以支持不同的網絡規模ONOSONOS的高可靠性設計的高可靠性設計其中一個實例故障時，不影響ONOS系統的運轉ONOSONOS子系統功能概述子系統功能概述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的流和負載的吞吐量的流22、和負載的吞吐量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)隨著ONOS在簇（Cluster）里增加實例（instance）,ONOS的南向和北向的吞吐量都會顯著增加。ONOSONOS應用應用-AtriumAtrium：OpenflowOpenflow交換機交換機的互通的互通同樣使用Openflow1.3，不同廠家的控制器和交換機無法互操作基于ONOS的開源Atrium項目，和ONF合作，使五個不同廠商的交換機和控制器實現了互操作ONOSONOS應用：應用：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)運營商運營大量Central Office。例如，僅美國電話電報公司就有近5000個CO。這些在過去的40-50年間隨機地發展了一些，它們擁有各種設備。CO是服務提供商的資本支出和運營成本的巨大來源這個POC重新設計了CO，就像一個有商品硬件的數據中心，并且使用ONOS管理結構和基礎設施。ONOSONOS應用：應用：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使服務提供商能夠使用白盒，ONOS，O27、penstack，XOS以及開放的spine-Leaf交換網構建底層通用基礎架構。然后多種多樣的組織建立起上述的服務和解決方案。CORD解決方案POC跨越了Telco中心辦公室，包括支持千兆比特無源光網絡（GPON）和G.fast以及家庭/企業客戶端設備（CPE）的接入。ONOSONOS應用：應用：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主要應用：按需光帶寬提供、多層保護倒換、多層網絡聯合優化ONOS為控制器，多廠商的設備支持：Ciena、富士通、華為等。OpenDaylightOpenDaylight簡介簡介OpenDaylight 是 Linux 基金會旗下的開源軟件項目，旨在通過提供通用的商用軟件平臺深化SDN應用和創新OpenDaylight 是一個高可用、模塊化、可擴展的SDN控制器基礎架構OpenDaylight 提供一個模型驅動的服務抽象平臺，在此之上30、部署定制化應用，輕松實現與不同硬件設備及南向協議的協作OpenDaylight 是一個開源社區致力于構建：應對不同場景的可演進SDN平臺北向能力的通用抽象南向實現中間件可編程網絡服務網絡應用ODLODL在開源控制器中的地位在開源控制器中的地位目前開源SDN控制器項目，主要的活躍的開源控制器項目為：ODL、ONOS、Open Contrail（Juniper研發）、Ryu（NTT研發）。前兩個項目的產業參與度高。從代碼量和貢獻者數量的比較重可以看出，ODL是目前仍活躍的SDN開源控制器項目中，產業投入最大，影響力最大的項目。來源：ONS2016，ODL演講From Lithium to Bery31、llium:Production-Ready Open SDN Platform來源：ONS2016，ONF演講2016 SDN Controller Landscape Is there a Winner?ODLODL的產業鏈廣闊的產業鏈廣闊全球已有20+的用戶產品基于ODL二次開發的SDN系統，主流設備廠商均從ODL系統開發中獲益。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來源：https:/www.opendaylight.orgOpenDaylightOpenDaylight路標路標ODL按照元素周期表發布不同版本程序，目前最新版本是第八版氧（Oxygen）OpenDaylightOpenDaylight架構架構ODLODL框架框架Open Daylight 基于 Apache Karaf 框架實現開發部署34、，Apache Karaf 是一個輕量級、企業級的OSGi容器，Karaf提供以下特性熱部署：能夠檢測放入deploy目錄的文件類型并嘗試部署控制臺：提供Unix風格的控制臺管理容器動態配置：提供一系列命令管理配置，配置文件位于etc目錄下日志系統：支持常用日志框架（slf4j、log4j等）自動配置：支持URL用于安裝應用（Maven repository等），并提供“Karaf Feature”用于描述應用遠程：內置SSHd服務支持遠程OSGi 框架：可選擇OSGi框架，缺省為Felix框架OpenDaylightOpenDaylight控制器（南向）控制器（南向）支持多種南向協議SAL負35、責查詢服務提供者Topology Manager感知網絡設備、可達性、性能ARP handler,Host Tracker,Device Manager，Switch Manager 為Topology Manager提供數據支持OSGi方式部署的應用，及雙向REST ODLODL的的OpenFlowOpenFlow插件插件插件功能包括：連接管理會話管理狀態管理錯誤處理映射功能，OF/MD相互映射消息處理，如pktin事件處理并通告上層支持MD-SAL 向下兼容OF 1.0 ODLODL的的L2L2交換機控制功能交換機控制功能ODLODL的路由功能組件的路由功能組件Opendaylight中開36、發的BGP-LS和PCEP南向協議棧組件，是有關路由功能組件，有關BGP/PCEP的功能如上圖所示。BGP/PCEP組件依賴于 yangtool 和controller(MD-SAL)。yangtool 使用Yang 模型產生Java API。Controller用于存儲數據，controller包含的protocol-framework（在netty組件上進行封裝），用于處理TCP連接；另外controller的config-subsystem，在BGP/PCEP中的所有配置都使用這個組件。ODLODL的的SALSAL：業務抽象層：業務抽象層 SAL是Service Abstraction Layer 的縮寫,它是ODL控制器的服務總線，SAL為ODL的各個組件提供了進行服務發布和服務調用路由的功能 SALS將服務抽象化，使得ODL的上層（北向）和下層（南向）之間的調用相互隔離MDMD-SALSAL概述概述YANGYANG概述概述 YANG是NETCONF使用的數據建模語言 描述數據如何組織及訪問 可以直接映射為XML 具有如下特性：數據建模，包括配置數據/運行數據樹狀結構可拓展XML/JSON結構可重用YANG的基本結構謝謝！