SDN控制器基礎(chǔ)知識(shí)

SDN控制器基礎(chǔ)知識(shí)序言SDN落地，測(cè)試先行。足以說(shuō)明測(cè)試在

SDN技術(shù)發(fā)展中起著舉足輕重的作用。那么如何測(cè)試SDN，測(cè)好SDN，這就要求我們對(duì)SDN有一個(gè)很深的認(rèn)識(shí)，對(duì)SDN的功能有一個(gè)全面的認(rèn)識(shí)。本文將從SDN發(fā)展背景及其核心架構(gòu)開始，逐漸分篇給大家介紹一下SDN控制器有關(guān)技術(shù)，以及怎樣測(cè)試與評(píng)估SDN控制器。SDN產(chǎn)生的背景互聯(lián)網(wǎng)作為人類歷史上最重要的發(fā)明之一，自覺明以來(lái)已經(jīng)深入到了人類生活的各個(gè)方面，包含工作、學(xué)習(xí)和生活方式。到目前為止互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為世界上規(guī)模最大、覆蓋范圍最廣的基礎(chǔ)設(shè)備?？墒牵?yàn)榛ヂ?lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)初衷其實(shí)不是為了不過這樣大規(guī)模的應(yīng)用，其系統(tǒng)架構(gòu)在可擴(kuò)展性、安全性、挪動(dòng)性、服務(wù)質(zhì)量保障等方面問題跟著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增加漸漸突顯。針對(duì)目前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的各種問題，不論是采納漸進(jìn)式或許推翻式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)/協(xié)議創(chuàng)新，其最大的問題在于沒法進(jìn)行現(xiàn)網(wǎng)大規(guī)模的考證。軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）觀點(diǎn)為網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)立帶來(lái)了新的契機(jī)，它最先是由美國(guó)斯坦福大學(xué)CLeanslate研究組提出的一種新式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，設(shè)計(jì)初衷是為認(rèn)識(shí)決沒法利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中的大規(guī)模真切流量和豐富應(yīng)用進(jìn)行試驗(yàn)，以便研究怎樣提升網(wǎng)絡(luò)的速度、靠譜性、能效和安全性等問題。其基本思想是把目前IP網(wǎng)絡(luò)互連節(jié)點(diǎn)中決定報(bào)文怎樣轉(zhuǎn)發(fā)的復(fù)雜控制邏輯從交換機(jī)/路由器分別出來(lái)，以便經(jīng)過軟件編程實(shí)現(xiàn)硬件對(duì)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的控制，最后達(dá)到對(duì)流量進(jìn)行自由控制的目的。SDN的基本架構(gòu)SDN是一種新式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它的設(shè)計(jì)理念是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，并實(shí)現(xiàn)可編程化控制。SDN網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)定義以下：圖1.SDN網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)圖此中，應(yīng)用層包含各樣不一樣的業(yè)務(wù)和應(yīng)用；控制層主要負(fù)責(zé)辦理數(shù)據(jù)平面自有的編排，保護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，狀態(tài)信息等；基礎(chǔ)設(shè)備層（數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層）負(fù)責(zé)鑒于流表的數(shù)據(jù)辦理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)采集。3SDN控制器在SDN的架構(gòu)中，控制器能夠說(shuō)是SDN的核心。它是連結(jié)基層交互設(shè)備與上層應(yīng)用橋梁。一方面，控制器經(jīng)過南向接口協(xié)議對(duì)基層網(wǎng)絡(luò)互換設(shè)備進(jìn)行集中管理，

狀態(tài)監(jiān)測(cè)、轉(zhuǎn)發(fā)決議以及辦理和調(diào)動(dòng)數(shù)據(jù)平面的流量；

另一方面，控制器經(jīng)過北向接口向上層應(yīng)用開放多個(gè)層次的可編程能力，同意網(wǎng)絡(luò)用戶依據(jù)特定的應(yīng)用處景靈巧地?cái)M訂各樣網(wǎng)絡(luò)策略。

其層次化的系統(tǒng)架構(gòu)以下列圖所示：圖2.SDN控制器系統(tǒng)架構(gòu)圖從實(shí)現(xiàn)上看，控制器設(shè)計(jì)主要分三個(gè)層面來(lái)考慮，南向接口技術(shù)，北向接口技術(shù)以及東西向的可擴(kuò)展性能力。下邊逐個(gè)描繪。南向技術(shù)南向網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)主要包含經(jīng)過南向接口協(xié)議進(jìn)行鏈路發(fā)現(xiàn)、拓?fù)涔芾?、策略擬訂、表項(xiàng)下發(fā)等。鏈路發(fā)現(xiàn)和拓?fù)涔芾碇骷偃缈刂破骼没Q機(jī)上報(bào)的信息進(jìn)行一致管理（上行），而策略擬訂和表項(xiàng)下發(fā)則是控制器向互換機(jī)發(fā)送控制信息進(jìn)而實(shí)現(xiàn)一致控制（上行）。鏈路發(fā)現(xiàn)SDN控制器主要使用LLDP（LinkLayerDiscoveryProtocol，鏈路層發(fā)現(xiàn)協(xié)議）作為鏈路發(fā)現(xiàn)協(xié)議。該協(xié)議可將設(shè)備的能力、管理地點(diǎn)以及設(shè)備表記等一系列信息組織成一系列的TLVType/Length/Value），并將其封裝為L(zhǎng)LDPDU報(bào)文（LinkLayerDiscoveryProtocolDataUnit）公布給自己的直連街坊，街坊收到這些信息后會(huì)以

MIB（ManagementInformationBase

）的形式保留，以供網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)查問機(jī)判斷鏈路的通訊狀況。而在

SDN架構(gòu)中，發(fā)送

LLDP數(shù)據(jù)包的工作由控制器來(lái)達(dá)成。

以下列圖所示，控制器第一會(huì)發(fā)送一個(gè)

Packet_out

信息向全部直連的互換機(jī)發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包，而互換機(jī)接收到LLDP數(shù)據(jù)包后，也會(huì)持續(xù)轉(zhuǎn)發(fā)給它的街坊。一般的互換機(jī)能夠直接辦理并轉(zhuǎn)發(fā)LLDP數(shù)據(jù)包，但關(guān)于OpenFlow互換機(jī)來(lái)說(shuō)，全部操作都與流表有關(guān)，此時(shí)它會(huì)查問流表查找有關(guān)操作，般配的流表項(xiàng)會(huì)經(jīng)過一個(gè)Packet_in信息將數(shù)據(jù)包發(fā)送給控制器。而控制器接收到信息后，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行剖析并保留鏈路發(fā)現(xiàn)表中有關(guān)互換機(jī)的鏈接記錄。鑒于LLDP的鏈路發(fā)現(xiàn)只好對(duì)與控制器直連的OpenFlow互換機(jī)進(jìn)行鏈路發(fā)現(xiàn)。關(guān)于存在非直連的OpenFlow一個(gè)廣播包，非直連的

互換機(jī)狀況，直連的OpenFlow互換機(jī)在收到Packet_out后還會(huì)發(fā)送OpenFlow互換機(jī)收到廣播包后也會(huì)發(fā)送Packet_in給控制器，進(jìn)而達(dá)到鏈路發(fā)現(xiàn)的目的。拓?fù)涔芾硗負(fù)涔芾碜饔檬菫榱穗S時(shí)監(jiān)控和采集網(wǎng)絡(luò)中工作狀態(tài)和鏈路鏈接狀態(tài)?？刂破饕话憬?jīng)過發(fā)生

SDN互換機(jī)的信息，實(shí)時(shí)反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備packet_out信息來(lái)獲得SDN互換機(jī)的鏈路狀態(tài)信息。策略擬訂策略需要針對(duì)特定的網(wǎng)絡(luò)傳輸需求進(jìn)行擬訂，控制器擬訂策略后會(huì)將相應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)策略生成對(duì)應(yīng)的流表項(xiàng)下發(fā)給互換機(jī)。SDN的優(yōu)勢(shì)在于能夠擁有全局的網(wǎng)絡(luò)資源視圖，更簡(jiǎn)單擬訂出更好的策略。表項(xiàng)下發(fā)表項(xiàng)下發(fā)有主動(dòng)和被動(dòng)兩種模式。主動(dòng)的表項(xiàng)下發(fā)（靜態(tài)）是指在傳輸數(shù)據(jù)前就下發(fā)了流表項(xiàng)，所以當(dāng)數(shù)據(jù)包抵達(dá)時(shí)，互換機(jī)就知道該怎樣轉(zhuǎn)發(fā)了；被動(dòng)的流表下發(fā)（動(dòng)向）是指當(dāng)互換機(jī)接收到第一個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，因?yàn)椴淮嬖谟嘘P(guān)的流表項(xiàng)，會(huì)將數(shù)據(jù)包發(fā)送給控制器辦理。當(dāng)控制器確立了相應(yīng)的辦理方式后，就會(huì)將有關(guān)流表項(xiàng)下發(fā)到互換機(jī)，互換機(jī)在下一次便可以直接轉(zhuǎn)發(fā)了。北向技術(shù)SDN北向接口是經(jīng)過控制器向上層應(yīng)用開放的接口，

其目的是使得應(yīng)用能夠便利地調(diào)用基層的網(wǎng)絡(luò)資源。經(jīng)過北向接口，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的開發(fā)者能以軟件編程的形式調(diào)用各樣網(wǎng)絡(luò)資源

;同時(shí)上層的網(wǎng)絡(luò)資源管理系統(tǒng)能夠經(jīng)過控制器的北向接口全局把控整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源狀態(tài)，

并對(duì)資源進(jìn)行一致調(diào)動(dòng)。

因?yàn)楸毕蚪涌谑侵苯訛闃I(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)的，

所以其設(shè)計(jì)需要親密聯(lián)系業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，擁有多樣化的特點(diǎn)。同時(shí)，北向接口的設(shè)計(jì)能否合理、便利，以便能被業(yè)務(wù)應(yīng)用寬泛調(diào)用，會(huì)直接影響到SDN控制器廠商的市場(chǎng)遠(yuǎn)景。東西向擴(kuò)展控制器負(fù)責(zé)整個(gè)SDN網(wǎng)絡(luò)的集中化控制，關(guān)于掌握全網(wǎng)資源視圖、改良網(wǎng)絡(luò)資源交托都擁有特別重要的作用。但控制能力的集中化，也意味著控制器的安全性和性能成為全網(wǎng)的瓶頸。此外，單調(diào)的控制器也沒法應(yīng)付跨多個(gè)地區(qū)的SDN網(wǎng)絡(luò)問題，鑒于SDN控制器構(gòu)成的散布式集群，能夠防止單調(diào)的控制器節(jié)點(diǎn)在靠譜性、擴(kuò)展性、性能方面的問題。以下列圖所示，采納散布式控制器的方式，每個(gè)控制器控制必定數(shù)目的互換機(jī)。而主控制器將匯總?cè)靠刂破鞯男畔⑿纬烧?/p>