软件定义网络第五章SDN控制器

SoftwareDefinedNetworkSDN软件定义网络第五章SDN控制器2目录SDN控制器的3种类型SDN控制器的功能SDNSDN控制器的定义和体系结构SDN控制器的控制方式5.1SDN控制器的定义和体系结构概述控制器是控制面的核心组件，SDN控制器提供的服务要求能够实现控制面的所有功能。通过控制器，从理论上来说用户可以集中控制交换机，实现数据的快速转发，便捷、安全地管理网络，提升网络的整体性能。在现实中，任何一个控制器的实例实际上都是提供了这些功能的一个子集，反映了该控制器对这些功能的取舍。5.1SDN控制器的定义和体系结构概述SDN控制器是SDN中的应用程序，或者说是网络的一种操作系统，负责流量控制以确保实现智能网络。SDN控制器是基于OpenFlow等协议运行的，允许服务器告诉交换机向哪里发送数据包。事实上，SDN控制器可看作是一种网络操作系统，它不控制网络硬件，而是作为软件运行，这样有利于网络的自动化管理。基于软件的网络控制使集成业务的申请更容易。5.1SDN控制器的定义和体系结构概述图5-1所示是大多数SDN控制器的体系结构，从图中可以看出，它由基本功能层、网络基础服务层和应用服务层组成，下面主要对基本功能层和网络基础服务层进行说明。5.2SDN控制器的控制方式NOX是出现较早且被广泛使用的控制器，它能够提供一系列基本接口。用户可以通过NOX对全局网络信息进行获取、控制与管理，并能利用它提供的接口编写定制的网络应用。随着SDN规模的扩展，单一集中控制的控制器（如NOX）的处理能力受到限制，扩展困难，遇到了性能瓶颈，因此仅适合小型企业或科研人员等使用。网络中可采用两种方式扩展单一集中控制的控制器：一种方式是提高控制器自身的处理能力，另一种方式是采用多控制器。5.2SDN控制器的控制方式分布式控制器一般可采用两种方式进行扩展，分别是扁平控制方式（见图左）和层次控制方式（见图右）。5.3SDN控制器的3种类型本节主要介绍SDN控制器中比较常用的3种类型，分别是OpenDaylight控制器、Floodlight控制器和Ryu控制器。OpenDaylight处在SDN的控制面，具有拓扑管理、交换机管理、路径转发管理、主机管理和网络资源切片管理５个基础功能，支持OpenFlow、定位器/ID分离协议（Locator/IDSeparationProtocol，LISP）、边界网关协议（BorderGatewayProtocol，BGP)等，多个控制器之间可以采用集群的模式进行工作。5.3SDN控制器的3种类型图5-8所示为OpenDaylight的架构，这里将进行详细介绍。OpenDaylight自底向上分为４层，即南向接口协议层、服务抽象层、控制层及北向接口层，如图5-8所示。5.3SDN控制器的3种类型Floodlight是一个开源的、企业级的、采用Apache许可证的、基于Java的OpenFlow控制器，由开发者社区进行维护。设计Floodlight的目的是实现对数量日益庞大的交换机、路由器、虚拟交换机和支持标准OpenFlow协议的接入点的灵活控制。而其开源的特性也使其质量更可靠，更具有透明性。Floodlight不仅是一个SDN控制器，它还包含一系列模块化应用，而这些应用可以向上提供RESTAPI，从而帮助应用层的应用更好地管控整个网络。Floodlight是使用Java开发的，基于Java跨平台的特性，Floodlight可以运行在多种操作系统中，其较主要的运行环境是Ubuntu和macOS。5.3SDN控制器的3种类型Floodlight的架构如图5-10所示。5.3SDN控制器的3种类型Ryu是由日本NTT公司负责设计研发的一个开源SDN控制器。同POX一样，Ryu是完全用Python实现的，使用者可以用Python在其上实现自己的应用。Ryu支持OpenFlow1.0、OpenFlow1.2和OpenFlow1.3，并支持在OpenStack上的部署应用。Ryu采用了Apache许可证，一些版本实现了simple_switch、rest_topology等应用。5.3SDN控制器的3种类型Ryu的架构如图5-11所示。RyuSDN框架主要提供控制功能，通过北向接口的RESTAPI为SDN应用提供服务，供SDN应用调度和控制流量及网络；通过南向接口的OpenFlow等协议控制OpenFlow交换机，完成流量交互。5.3SDN控制器的3种类型Ryu的工作流程如图5-13所示。5.4SDN控制器的功能从整个SDN的架构来看，控制器处在整个架构中极核心的部分，上面承接应用，下面承接网络硬件设备。本节主要介绍SDN控制器的三大功能，即北向功能、南向功能，以及东、西向功能。5.4SDN控制器的功能北向接口是SDN应用层与SDN控制层之间通信的依据。使用北向接口协议可以直接调用控制器实现网络功能。作为网络服务提供者，北向接口可在异构网络中提供自己的服务，无须根据细节来更改、删除自己的服务，从而节省了大量的时间，能将主要的精力运用到自身网络服务的实现上。基于控制器的视角，面向应用的接口为北向接口，面向基础架构层的接口为南向接口。在SDN层次化控制器的场景下，控制器和控制器之间的接口也称为北向接口，如图5-15所示。5.4SDN控制器的功能5.4SDN控制器的功能SDN的南向功能需要对整个网络中的设备层进行管控与调度，包括链路发现、拓扑管理、策略制定、表项下发等。其中，链路发现和拓扑管理主要是指SDN控制器利用南向接口的上行通道对底层交换设备上报的信息进行统一监控和统计；而策略制定和表项下发是指SDN控制器利用南向接口的下行通道对网络设备进行统一控制。5.4SDN控制器的功能在开放了南、北向接口以后，SDN发展中面临的一个问题就是控制面的扩展性问题，即多个设备的控制面之间如何协同工作，这涉及SDN中控制面的东、西向接口的定