網(wǎng)絡革命：軟件定義網(wǎng)絡與網(wǎng)絡虛擬化

【編者按】網(wǎng)絡經(jīng)過多年的發(fā)展，已經(jīng)來到“后Cisco”時代，軟件定義網(wǎng)絡、網(wǎng)絡虛擬化等名詞已經(jīng)來到大家眼前，本文中著重介紹了傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構與SDN網(wǎng)絡的異同，網(wǎng)絡虛擬化的發(fā)展狀況，可以看到，SDN廠商們正在摩拳擦掌，由于“我們通常總是高估在接下來兩年中產(chǎn)生的變化，而低估了未來十年將要發(fā)生的變化”，傳統(tǒng)企業(yè)需要積極面對未來網(wǎng)絡運營形態(tài)的變化，本文作者從網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型和技術轉(zhuǎn)型兩方面深入討論了網(wǎng)絡行業(yè)未來的方向。

以下為原文：

網(wǎng)絡行業(yè)整裝待發(fā)，亟待改變

目前，以太網(wǎng)已經(jīng)在每一個數(shù)據(jù)中心中扮演者舉足輕重的角色，它將每一家公司連接到互聯(lián)網(wǎng)之上。網(wǎng)絡世界每一個重大改變都需要大量時間，雖然大眾對于標準和新技術的接受能力在提高，新技術的普及也需要花費超過十年時間。 企業(yè)在發(fā)展過程中需要應對不斷增長的對縮減預算的需求，企業(yè)員工需要自動化的IT基礎設施來簡化操作流程，而網(wǎng)絡世界的聲音主要集中在如何從傳統(tǒng)以太網(wǎng)向軟件定于網(wǎng)絡與網(wǎng)絡虛擬化的新架構遷移。既然網(wǎng)絡世界已經(jīng)被Cisco統(tǒng)治多年，現(xiàn)在的問題是：這些新技術對傳統(tǒng)網(wǎng)絡的影響力有多大？客戶是否有足夠的意愿更換廠商去采用這些新技術么？

Ethernet Fabrics（以太光網(wǎng)絡），作為生成樹協(xié)議架構網(wǎng)絡的替代品，其具有可擴展、高帶寬的架構，而SDN與其說是一個產(chǎn)品，不如說是一種架構。Juniper和Arista這些年在其產(chǎn)品線中提供了一些可編程特性。首先我們來看一下SDN是如何與傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構的區(qū)別（接下來的兩部分通過 Joe Onisick的圖表和描述詮釋了 具體區(qū)別）

傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構圖中，最重要的一點是控制層與數(shù)據(jù)層分離。每一層都有不同的任務，層與層在一起提供了整個數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)、路由功能。這里，控制層負責了設備的配置和數(shù)據(jù)流程序化選路。當你管理一臺交換機時，你實際上是在和交換機的控制層打交道。像路由表、生成樹協(xié)議這些東西都是由控制層計算出來的。這些表的構建來源于如BPDU（網(wǎng)橋協(xié)議數(shù)據(jù)單元，用于運行STP的交換機之間交換信息的消息真）、Hello包等消息幀的傳遞，根據(jù)這些消息幀，交換機來決定可用的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。一旦這些數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)路徑確定，這些路徑信息將向下發(fā)送至數(shù)據(jù)層，通常存儲于硬件之上。數(shù)據(jù)層面通常選用最新的由控制層面?zhèn)鬏斶^來的路徑信息進行消息轉(zhuǎn)發(fā)。這種模式在傳統(tǒng)上來講是十分高效的，硬件的決策過程是非常快速的，整體的延遲可控并且控制層面可以處理繁重的配置需求。

這種方法是沒有任何問題的，我們關注的是可擴展性。為了證明可擴展性的問題，我們以服務質(zhì)量（QoS）為例。QoS允許根據(jù)幀中的特征，根據(jù)調(diào)度需求，優(yōu)先轉(zhuǎn)發(fā)特定數(shù)據(jù)幀。這從某種程度上減輕了特定流量在網(wǎng)絡擁堵時所帶來的數(shù)據(jù)傳輸延遲。舉個例子，對延遲敏感的語音和視頻流量通常被定為高優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)以保證用戶體驗。流量優(yōu)先級通常是基于數(shù)據(jù)幀中的服務等級（CoS）或區(qū)分服務代碼點（DSCP）標簽來決定的。這些幀必須在數(shù)據(jù)幀進入網(wǎng)絡時被統(tǒng)一確定，隨之相對應的規(guī)則也必須在網(wǎng)絡中設定一致，這種需求在傳統(tǒng)多層交換網(wǎng)絡中會變得很笨拙，因為每一臺設備都需要有相同的配置信息。

為了說明當前網(wǎng)絡管理上的挑戰(zhàn)，我們想想看，在網(wǎng)絡中的每個設備節(jié)點的每個端口上，管理員都需要單獨配置，這樣的工作非常耗時，易出錯且笨拙。

此外，在數(shù)據(jù)恰當分類和路由的網(wǎng)絡中還存在著挑戰(zhàn)。例如，現(xiàn)在我們有兩種完全不同的數(shù)據(jù)流量，一種是iSCSI流量，一種是語音流量。iSCSI作為存儲流量，通常數(shù)據(jù)包都是全尺寸大小的，甚至有時會出現(xiàn)巨型數(shù)據(jù)幀；而語音流量則通常是以一個個的小型的數(shù)據(jù)包傳輸?shù)摹４送猓瑑煞N流量還有不同的傳輸需求：語音流量對延遲非常敏感，這是為了保證語音的通信質(zhì)量，而iSCSI則對延遲低敏感，但是需要更多帶寬。傳統(tǒng)網(wǎng)絡中幾乎沒有任何工具能夠區(qū)分這兩種流量并且根據(jù)流量類型不同選擇不同數(shù)據(jù)通路以滿足兩種流量的特定需求。這些問題都是SDN希望去解決的。

SDN中的三大元素

• 管理數(shù)據(jù)幀、包轉(zhuǎn)發(fā)和應用策略的能力
• 動態(tài)應用策略和管理網(wǎng)絡的能力
• 可編程能力

注意：為了實現(xiàn)SDN，網(wǎng)絡架構不需要必須開放，標準化，與其他網(wǎng)絡可交互等特性。一個合適的SDN可以僅滿足定義和需求即可。

一個SDN架構必須有能力大規(guī)模編程操作數(shù)據(jù)幀或數(shù)據(jù)包流量。通常，SDN中的硬件通常被設計為匯聚的（設備有能力承載所有數(shù)據(jù)類型，包括一些希望存在的存儲流量）、大型的、低延遲的數(shù)據(jù)傳輸管道，通常這些硬件被叫做fabric。SDN架構本身將從網(wǎng)絡層視角，提供網(wǎng)絡和網(wǎng)絡流的集中管理能力。

這種架構是由將控制與數(shù)據(jù)層設備分離，并為控制層提供可編程接口這種方式實現(xiàn)的。數(shù)據(jù)層設備由控制層接受轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，并將規(guī)則應用在ASIC硬件之上。這些ASIC可以是傳統(tǒng)ASIC，也可以是根據(jù)功能和性能需求自定義的轉(zhuǎn)發(fā)芯片。下圖詮釋了這些元素之間的關系：

在圖中，SDN控制器提供控制層功能，數(shù)據(jù)層則有物理交換設備提供。這些設備可以是新的也可以是裝載特定固件的現(xiàn)存設備，這取決于特定供應商和物理架構模型。圖中架構一個最主要的優(yōu)勢在于，對于控制層面，全局的可見性更大。除了每一個數(shù)據(jù)層設備依賴于其他鄰居設備獲取網(wǎng)絡拓撲情況，一個單獨的控制層將具有全網(wǎng)的連接狀態(tài)。這種架構提供了對全網(wǎng)的路由，安全和QoS等配置，但同時也需要可編程特性。另外一個主要的特點在于集中控制，集中控制器獲取實時應用數(shù)據(jù)流更加容易，并且可以集中針對數(shù)據(jù)進行決策。

圖中僅僅展示了SDN架構的一小部分，其主要關注在物理架構與服務器位置。此外，這種架構可以將虛擬機環(huán)境整合進SDN網(wǎng)絡中。這樣，無論物理還是虛擬設備都可以統(tǒng)一進行控制策略管理，這種整合可以通過虛擬機管理器中可被SDN控制器管理的虛擬以太網(wǎng)橋來實現(xiàn)。下圖具體說明了這種解決方案的邏輯架構。

圖中清晰地描述了虛擬網(wǎng)絡系統(tǒng)與物理網(wǎng)絡系統(tǒng)整合的解決方案。這種架構異常重要，因為無論是物理數(shù)據(jù)層還是虛擬數(shù)據(jù)層都被控制層統(tǒng)一管理，當一臺虛擬機進行遷移時，他可以不管下層網(wǎng)絡架構。這種特性對于策略虛擬化環(huán)境非常重要，因為如果實現(xiàn)更細粒度的控制，控制策略可以放在虛機端口上，并在虛擬機出外網(wǎng)之前一直生效。

注意：上面兩個圖均為SDN架構的概念圖。除了單獨控制節(jié)點的解決方案，還有很多其他架構，本文中描述的是最普遍應用情況。

在架構中，控制層中的集中控制、可編程接口可以由更加復雜的智能控制進程取代，以滿足流量優(yōu)化、安全、維護等復雜需求。流量可以根據(jù)網(wǎng)絡變化進行彼此獨立轉(zhuǎn)發(fā)。

SDN廠商崛起

正如很多人所說的，隨著微軟的隕落，“后PC”時代到來。那么隨著“后Cisco”時代的到來，SDN勢將撐起一片天。

Cisco――最近其針對自身開放網(wǎng)絡環(huán)境（ONE）做出一個重大的戰(zhàn)略決策――詳見“ Mike Fratto 談論計算機網(wǎng)絡”

Broadcom――SDN也放大了自定義廠商與傳統(tǒng)芯片廠商的競爭。Cisco當然主要應用自主生產(chǎn)的芯片，而其他以太網(wǎng)交換機廠商則偏向于應用Broadcom或其他廠商的芯片。在最近的Dell 存儲論壇會議上，Broadcom 架構與網(wǎng)絡 CTO，Nick Ilyadis 主要討論了網(wǎng)絡軟件化（包括SDN）在現(xiàn)在IT系統(tǒng)架構中的地位。 閱讀詳情。

Brocade――其發(fā)布了自身在 SDN的發(fā)展藍圖，同時包括 支持OpenFlow和以太Fabrics網(wǎng)絡的地位。

HP――宣布支持OpenFlow，HP網(wǎng)絡CTO，Saar Gillar討論了SDN的生態(tài)系統(tǒng)，并透露出HP正在計劃開發(fā)OpenFlow控制器， 閱讀詳情。

Dell――正在通過收購擴大自身在網(wǎng)絡市場的競爭力。Dell 網(wǎng)絡GM Dario Zamarian解釋了Dell如何與SDN接軌， 閱讀詳情。

Juniper 網(wǎng)絡――發(fā)布 最新SDN計劃

Arista 網(wǎng)絡――發(fā)布 最新SDN計劃

IBM――發(fā)布 SDN白皮書，著重增強IBM網(wǎng)絡競爭力

網(wǎng)絡虛擬化

在討論網(wǎng)絡未來形態(tài)的過程中，絕大多數(shù)廠商都將終點放在了SDN。協(xié)議將不再是用戶所真正需要的；企業(yè)IT需求的提高需要技術，培訓和組織架構的變革。Wikibon 從Nicira得到這樣一個頗受矚目的答案：Nicira通常被視為SDN初創(chuàng)企業(yè)，源于其創(chuàng)始人在OpenFlow的發(fā)展中扮演了重要角色，但是Nicira的解決方案主要集中在控制層面，其更像是服務器虛擬化而非網(wǎng)絡虛擬化，它提供了應用與物理層間的虛擬化層。而隨著VMware的VMotion，微軟的動態(tài)遷移技術的提出，這些特性也允許創(chuàng)建的虛擬機池可以動態(tài)部署和遷移。網(wǎng)絡虛擬化則實現(xiàn)了在多種虛擬機管理平臺間保持了這種靈活度，可以將任何虛擬機遷移至任何地方。這種特性將對傳統(tǒng)網(wǎng)絡廠商帶來巨大沖擊，這不僅僅是技術將脫離硬件，其更能夠充分利用新的物理架構（如刀片服務器集群一樣）。Nicira的網(wǎng)絡虛擬化的三個目標在某種程度上，是對SDN的一種互補：

• 1. 軟件與硬件解耦，二三層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)將分離
• 2. 重新定義物理與虛擬
• 3. 網(wǎng)絡自動化，允許操作靈活化

然而，話說回來，大多數(shù)SDN的解決方案還處于研發(fā)階段，Nicira的24個客戶中包括了一些大型網(wǎng)絡，電信和云服務提供商（AT&T、eBay、Fidelity、NTT 和 Rackspace）。Nicira的解決方案主要面向大規(guī)模網(wǎng)絡部署環(huán)境，這也是與OpenFlow應用場景最大的區(qū)別。Nicira的DVNI（ 分布式虛擬化網(wǎng)絡架構）構建了 網(wǎng)絡虛擬化平臺（NVP），通過 Open vSwitch 將虛擬機與網(wǎng)絡解耦。網(wǎng)絡虛擬化技術同時還應用了如 VXLAN，NVGRE 或  STT（ 無狀態(tài)傳輸隧道協(xié)議，Nicira正在使用，處于IETF起草階段）等隧道協(xié)議。當SDN業(yè)內(nèi)正在討論網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型時，Nicira的視角已經(jīng)向超大規(guī)模下一代網(wǎng)絡系統(tǒng)方向看去。

為未來網(wǎng)絡做準備

雖然現(xiàn)在SDN或網(wǎng)絡虛擬化還沒有達到預期的高度，企業(yè)的CIO們?nèi)孕枰堰@些變化放到企業(yè)發(fā)展未來的藍圖中。在未來的幾年里，這些技術將從經(jīng)營模式角度幫助企業(yè)順利轉(zhuǎn)型。所以，對于IT從業(yè)者來說，擁抱這些技術永遠都不算早，這能使他們在這些技術到來的時候幫助自身轉(zhuǎn)型而不是被他們淘汰。對于網(wǎng)絡管理人員，可以通過“ 工程師將拖后網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型么？”這篇文章從運維角度了解網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型。正如Bill Gates對技術變化的理解：我們通常總是高估在接下來兩年中產(chǎn)生的變化，而低估了未來十年將要發(fā)生的變化。”

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