SDN&VXLAN理论部分

目录

• SDN

• 传统网络
• SDN
• OpenFlow
• 南向和北向
• 华为SDN方案

• 虚拟化

• NFV
• 超融合

• VXLAN

• 传统Fabric网络架构
• 新型Overlay网络结构
• VXLAN

SDN

传统网络

在传统网络当中，管理员通过管理平面的一些协议，不管是http、ssh、telnet连接到控制平面当中做一些配置，比如说配置OSPF，然后OSPF进程会生成路由表，形成FIB表用于指导数据转发，这就是控制层面，有了这些表项之后，流量过来之后设备才会如何如何转发，而转发这一层就是上图当中的平面。我们可以从上向下来看待这三层比较好理解，最顶层是管理平面，中间是控制平面，最下面是数据平面。

传统网络设备控制平面和数据平面是在一起的，也可以说转发层面和控制层面是在一起的，网络设备要提供方便用户控制设备的命令或界面，这是控制层面，用户在控制层面操作之后生成转发平面的数据用来指导数据转发，传统的网络设备这两个层面都是在一起的，也被称做是紧耦合，而SDN是致力于将两个层面给分开，称做为解耦合，或转控分离。

慢慢就会遇到一些问题，网络领域是一个奇怪的领域，没有王者出来完全统一全局，各干各的，设备种类多、型号多、品牌多，这会导致一些问题：

1. 品牌型号多多，操作方法不一样，导致运维太困难
2. 运维太困难又导致对人员的要求高
3. 对人员的要求高又导致业务部署太慢

还有一个问题是传统网络很难搞的，那就是网络拥塞问题，传统网络当中并没有一个“智慧大脑”来统筹管理。各种协议都是“傻大个”，不会灵活变通，灵活变通要靠工程师来参与，比如说双链路场景当中，要么负载，要么主备，假如说我们采用主备，A链路带宽大一点，B链路带宽小一点，根据路由协议他选择A链路，可是最近A链路由于运营商问题一直波动，用户体验特别不好，但是路由协议并不会智能的将流量切换到B链路，除非A链路彻底挂了才会切换到B链路，它只会根据内部的算法进行路由转发，而内部算法是根据开销来计算的，计算出来的结果就是A链路，因为一般算法是很难将拥塞、可靠性也计算上，isis、ospf、bgp全都不行。

运营商非常希望有技术能解决传统路由协议这种“傻大个”的机制，因为如果它的宽带体验不好，老是出现波动，用户就不愿意再使用其业务了，运营商非常希望当一条链路不可靠时，用户的流量能切换到其它的链路上，别再傻傻的在原来那条不可靠的链路上传输了。运营商用BGP比较多，传统的BGP是不智能的，是“傻大个”，但BGP有一种变种叫BGP-LS，LS指链路状态，其实就是带链路状态的BGP，目的就是为了让BGP拥有像链路状态路由协议那样的全局视角，收集拓扑信息，能比较好的进行智慧路径转发。

为了更好的解决传输路由协议这种傻大个的问题，不仅仅有BGP-LS，还有了MPLS TE技术（流量工程），也是MPLS的一种应用（我们前面学到的是MPLS另一种应用VPN），TE即流量工程，流量工程的本身也是让网络拥有全局视角，能比较智慧的调度流量来解决网络拥塞的问题。

解决方案思路：

传统网络是软硬紧耦合，我们当前提追求是软硬解耦，可以简单理解为追求一个统一性，不管是个厂商的设备，哪种型号都最好统一使用一种操作方法，比如说NETCONF。

SDN

SDN不是一个协议，而是一种方法论，2006年才正式诞生，是非常新的。

软件定义网络 (SDN) 技术是一种网络管理方法，它支持动态、编程高效的网络配置，以提高网络性能和监控，使其更像云计算而不是传统的网络管理。 SDN旨在解决传统网络的静态架构。 SDN 试图通过将网络数据包（数据平面）的转发过程与路由过程（控制平面）分离，将网络智能集中在一个网络组件中。 控制平面由一个或多个控制器组成，它们被认为是 SDN 网络的大脑，其中包含了整个智能。

总结一下：

• 开放接口，方便编程控制
• 集中控制，有控制器来控制
• 转控分离

然而，在安全性、可扩展性和弹性方面，集中化有其自身的缺点，而这是 SDN 的主要问题。

自 OpenFlow 协议于 2011 年出现以来，SDN 通常与 OpenFlow 协议（用于与网络平面元素进行远程通信，以确定网络数据包跨网络交换机的路径）相关联。但是，自 2012 年以来，专有系统也使用了该术语。 其中包括 Cisco Systems 的开放网络环境和 Nicira 的网络虚拟化平台。 SD-WAN 将类似的技术应用于广域网 (WAN)。

解释一下上图，现在比较新的且高端的设备都是即支持被控制器管控，控制器直接下发流表，设备不需要设备，照做就可以了；同时这些设备也支持netconf协议，我们人类或控制器也可以基于这种方式去控制设备，但这种方式不如openflow来的更底层，更直接，Netconf还需要设备进一步的计算才能生成流表，所以说openflow才是真正转控分离协议，而netconf只能说是伪的。

OpenFlow

OpenFlow is a communications protocol that gives access to the forwarding plane of a network switch or router over the network.

• OpenFlow 是一种通信协议，SDN控制器与网络设备之间的通信协议，可以通过网络访问网络交换机或路由器的转发平面。
• OpenFlow 允许通过添加、修改和删除数据包匹配规则和操作来远程管理第 3 层交换机的数据包转发表。 这样，路由决策可以由控制器定期或临时做出，并转化为具有可配置生命周期的规则和操作
• OpenFlow 协议位于传输控制协议 (TCP) 之上，并规定使用传输层安全 (TLS)。 控制器应在 TCP 端口 6653 上侦听要建立连接的交换机。 OpenFlow 协议的早期版本非正式地使用端口 6633。一些网络控制平面实现使用该协议来管理网络转发元素。 OpenFlow 主要用于安全通道上的交换机和控制器之间。

南向和北向

上北下南

• NBI：north bound interface 北向接口
• SBI：south bound interface 南向接口

是以SDN控制器为中心，SDN用openflow协议来控制网络设备，SDN面对网络设备的的方向，可以看成是下层方向就是南向；控制SDN控制器的协议就是netconf，这是我们人类用来编程用的，主要用来控制SDN当中的控制器，可以看做是控制器的上层，从控制器向上这个方面就是北向。

注意哈：

• 南向openflow、OVSDB、其实也可以用netconf、resetconf
• 北向可以使用netconf，也可以resetful

OVSDB一种管理open vSwitch的openflow配置协议，vmware里面有一种交换机就是 vSwitch

还要注意一点，华为的虚拟交换机不能使用open vSwitch，因为华为的交换机不是开源的交换机，也不是标准虚拟机，而是分布式虚拟交换机。

华为SDN方案

两者都是细腰结构，SDN的腰在控制器上；

• 看上图，网络控制层就是SDN的控制器，华为的叫agile controller，vmware公司叫vcenter。
• 看上图的业务呈现层就是类似阿里云的云计算平台，用户在上面选择资源，业务呈现层将具体的请求发送给网络控制层，然后网络控制层再控制设备进行真正的资源分发，开源的平台就是openstack，华为自己的是叫fusionsphere openstack，其实是openstack的二次开发。

虚拟化

NFV

基本概念：

• Network functions virtualization 网络功能虚拟化；
• 网络功能虚拟化 (NFV)是一种网络架构概念，它利用 IT 虚拟化技术将整个类别的网络节点功能虚拟化为构建块，这些构建块可以连接或链接在一起，以创建和提供通信服务。
• NFV 依赖于传统的服务器虚拟化技术，例如企业 IT 中使用的技术。 虚拟化网络功能或 VNF 在一个或多个运行不同软件和进程的虚拟机或容器中实现，在商用现成 (COTS) 大容量服务器、交换机和存储设备甚至云计算基础设施之上， 而不是为每个网络功能定制硬件设备，从而避免供应商锁定。 例如，可以部署虚拟会话边界控制器来保护网络，而无需获得和安装物理网络保护单元的典型成本和复杂性。 NFV 的其他示例包括虚拟化负载平衡器、防火墙、入侵检测设备和 WAN 加速器等。
• 网络功能软件与定制化硬件平台解耦，实现灵活的网络架构，实现敏捷的网络管理、快速的新业务上线。

SDN和NFV的区别：

• SDN主要就是用来控制设备，而NFV说白了还是网络设备，只不过通过NFV的最终目的就是产生一个网络设备，只不过是虚拟的。
• SDN既然是用来控制设备的，一般是位于网络设备密集区域，比如说是局域网、企业网、园区网，方便运维。NFV的主要应用场景是运营商，不想再买各种各样的厂商的设备了，希望统一都用虚拟的，方便管理，注意，这里说的主要应用场景，你如果非要在企业里面实现NFV，也是可以的。
• SDN和NFV是可以整合的，SDN既然可以控制普通的网络设备，那控制NFV生成的虚拟网络设备也不在话下。

超融合

超融合包括了NFV

NFV仅仅是虚拟化了网络功能，那其它功能呢？计算、存储、安全都可以进行虚拟化，把计算、网络、存储、安全这些东西全都虚拟化之后放到一个平台之上，这种机制就叫超融合。注意，是一个平台，不是一台设备，一台设备没有冗余那太危险了，一般超融合设备都是多节点部署的，主打的就是一个all in one。

超融合是一种新兴的IT基础设施架构，它将计算、存储、网络和虚拟化等多个组件集成到一个单一的系统中。超融合的目标是提供更简单、更灵活、更可靠的数据中心架构，并降低部署和管理的成本和复杂性。

超融合的核心技术点主要包括以下几个方面：

1. 软件定义存储（SDS）：超融合采用SDS来提供存储服务，实现虚拟化存储资源的管理和分配。SDS将物理存储硬件抽象化成一个统一的存储池，并提供数据复制、快照、压缩、去重等高级功能。
2. 软件定义网络（SDN）：超融合采用SDN来提供网络服务，实现虚拟网络资源的管理和分配。SDN将网络控制和数据面分离，通过集中控制器来实现网络配置和管理，并提供流量监控、负载均衡等高级功能。
3. 虚拟化技术：超融合采用虚拟化技术来实现资源的隔离和虚拟化，以及实现虚拟机的部署、迁移和管理。
4. 集成管理平台：超融合采用集成管理平台来统一管理计算、存储、网络和虚拟化等多个组件。管理平台可以提供基于Web的用户界面、API接口、命令行工具等多种方式，方便用户对超融合系统进行配置、监控、故障排除和升级等操作。

超融合的概念主要定义为一个一体化的IT基础设施架构，它将计算、存储、网络和虚拟化等多个组件集成到一个单一的系统中。超融合通过采用软件定义存储、软件定义网络、虚拟化技术和集成管理平台等技术手段，实现了IT资源的集成、统一管理和高效利用，从而提高了数据中心的灵活性、可靠性和效率。

VXLAN

如果需要做实验用ENSP的CE交换机

传统Fabric网络架构

传统的网络架构就是FABRIC架构，如下所示：

在云计算时代不好用了，为什么？比如说你在西安有分支机构，要做虚拟机迁移到济南，结果移动过来之后不能用，因为网段不一样，网关都不一样，所以虚拟机上承载的业务肯定不能用，当有当西安的网段和济南的网络一样时，双方虚拟机相互迁移时业务才不会中断，这种使得双方一模一样的网络结构叫大二层技术，VXLAN就是大二层技术。

新型Overlay网络结构

overlay就是叠加网络的含义，这个含义很有理解呀，比如说GRE 它是在传统网络的基础上搞的，叠了一层，所以GRE就是是overlay网络，vxlan其实是也在传统网络上叠加的，所以vxlan也是overlay。

像常见的BGP、MPLS、GRE都是overlay网络

VXLAN

想要虚拟机大范围甚至跨地域实现动态迁移，就要求相关服务都纳入同一个二层网络，形成一个更大范围的二层网络，即大二层结构。

• BROADCOM就是博科，存储交换机里面的老大；
• VXLAN虽然是网络技术，但是起源和发展并不主要是网络厂商推动的，因为vxlan产生的主要原因是虚拟化迁移的问题，所以是虚拟化厂商牵头的，比如vmware，当然里面也少不了思科。
• 看一下上面的数据包，非常像是VPN技术，在外有报头的基础上再叠加vxlan的报头
• NVE：网络虚拟化边缘结点，实现网络虚拟化的网络实体，报文经过NVE封装后，NVE间就可以基于三层基础网络建立二层虚拟化网络。

• 注意：你看vxlan的报文实际是放在UDP里面的
• MAC IN UDP的意思将整个数据帧（二层）封装成新的报文里面，新的报文是由UDP支持的。

• 上图中的VNI其实就相当于vxlan当中的vlan-id做标识用的，代表不同的租户，24比特，解决了VLAN数量不足的问题。
• VTEP：vxlan的隧道端点，VXLAN隧道的起点和终点，对VXLAN进行封装和解封装，封装在EVE中，即可以是网络设备，也可以是服务器，它是VXLAN当中的绝对主角。VXLAN报文的源地址为源VTEP的IP地址，目标IP地址为目的端VTEP地址，一对VTEP地址就对应着一条VXLAN隧道。

如上图所示，不同区域里面的服务器使用网段要使用同一个VNI，如果不是一个VNI那就需要三层网关。