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SDN入门学习

一 SDN概念理解

软件定义网络SDN（Software Defined Network）起源于2006年斯坦福大学的Clean State研究课题。2009年，Mckeown教授正式提出了SDN概念。

SDN是一种网络设计理念，或者一种推倒重来的设计思想。只要网络硬件可以集中式软件管理，可编程化，控制转发层面分开，则可以认为这个网络是一个SDN网络。所以说，SDN并不是一个具体的技术，不是一个具体的协议，而是一个思想、一个框架。狭义的SDN是指的“软件定义网络”，广义的SDN的概念还延伸出了：软件定义安全、软件定义存储等等。可以说，SDN是一个浪潮，席卷整个IT产业。

SDN时代，网络工程师/网络运维/IT运维人员对网络部署的方式，需要从“作坊式”的“手码”配置，慢慢变成采用脚本语言/编程语言等方式对网络进行“编程式”部署，更快更好的响应业务需求。

需要了解的一些概念：
OpenFlow是属于数据链路层的一种网络通信协议，能够控制网络设备的转发平面（forwarding plane），改变网络数据包所走的网络路径。OpenFlow网络由OpenFlowswitch（OpenFlow交换机）、FlowVisor（网络虚拟化层）和Controller（控制器）三部分组成。OpenFlow交换机进行数据层的转发；FlowVisor对网络进行虚拟化，将物理网络划分成多个逻辑网络，从而实现虚网划分，它为管理员提供了通过定义流规则，而不是调整路由器和交换机配置的方式来管理网络，是openflow交换机和控制器之间的一个透明代理；Controller对网络进行集中控制管理，实现控制层的功能

NFV（network function virtulization，网络功能虚拟化）是指一种操作框架，目的是为了将部署在COTS硬件上的、在虚拟基础架构中的VNF软件设备编排和自动化起来，然后进行VNF设备的全生命周期管理。VNF（virtualized network function）通常是指路由器、防火墙、负载均衡等网络设备的软件化。大多数时候，VNF是作为虚机被部署在基于Linux命令行KVM虚拟机上，或者部署在基于VMware vSphere hypervisor的商用现成（COTS）的硬件上。PNF（physical network function，物理网络功能）是指在专用硬件上的传统网络设备。CNF（cloud-native network function，云原生网络功能）是指容器化的VNF和可以成为微服务中的容器网络和服务网格。欧洲电信标准化协会（ETSI）和Linux基金会（LF）都在积极地开发和培育NFV框架的参考架构和标准体系。ETSI管理下的OSM（Open Source MANO）和LF管理下的ONAP（Open Network Automation Platform）是目前由服务运营商和网络厂商们所支持的、最重要的开源NFV项目。在ETSI NFV架构中，NFV MANO提供核心操作功能，并由四个部分组成：NFV编排器（VNF Orchestrator）、VNF管理器（VNF Manager）、虚拟化基础设施管理器（VI Manager，Virtualized Infrastructure Manager）以及这些功能模块与其他操作系统之间的互通。

NFV框架示意图如下所示：

二 SDN组织

ONF：Open Networking Foundation 开放网络联盟，2011年成立，是最早的SDN组织，创始成员主要是Google、Facebook、微软等互联网成员，旨在推动SDN标准化，制定并发布Openflow技术标准。

ODL：Opendaylight成立于2013年4月，由Cisco、IBM、juniper、Vmware、Intel等发起，成员主要是网络厂商，旨在打造一个开源的SDN平台框架，提供开源的网络操作系统，目前核心就是做了行业默认标准的Opendaylight控制器。

ONOS：Open Network Operating System 开放网络操作系统，2014年11月成立，创始成员主要是AT&T、NTT、华为等，成员主要是运营商，旨在为运营商用户提供一个开源的网络控制器，目前核心就是做了面向运营商的ONOS控制器，与ODL竞争。

NFV：Network Function Virtualization网络功能虚拟化，成立于2012年10月，有AT&T、英国电信、德国电信、中国移动等成员提出，成员主要来自运营商，该组织致力于IT设备虚拟化，以提高运营能力降低运维成本等。

SDN组织发展过程，由互联网成员发起、网络厂商排斥、运营商观望，变成现在互联网成员积极探索协议开发、网络厂商主动拥抱开发SDN控制器、运营商逐步介入参与研究。

三 SDN案例

SDN网络的标杆，最成功案例google B4网络，2010年开始实施，2012年初步完成，该网络架构充分利用了SDN的核心思想，引入openflow交换机，采用分布式控制器架构，将流量环境密集复杂的数据中心之间的WAN链路利用率从30%提高接近100%。该项目谷歌充分发挥了极强的软件能力，使用自研的交换机为物理基础，架设在数据中心出口搭建起SDN平台，然后将流量引入SDN平台进行集中管理（旧的TE平台仍然保留，如果出现SDN平台出现问题，流量则切换到旧平台），展示出了全球数据中心流量拓扑，进行集中管控，相比SDN概念，该工程同时也是一个庞大的流量工程。谷歌的成功案例使得到当前2020年SD-WAN依旧是网络潮流方向。

SDN发展初期，ONF过于理想化态度，试图推翻所有网络协议的导致走了很多弯路。现阶段ONF开始注重于OpenFlow协议的研发；网络厂商主动拥抱SDN理念，关注用户需求，逐步开放IT设备接口，研发SDN控制器；

IEEE、IEIF、SDN等标准组织去除了与OpenFlow的必然联系，扩展出了SDN广义概念，泛指基于开发接口实现软件可编程的各种基础网络架构，进而将具备控制转发分离、逻辑集中控制、开放API3个基本特征的网络。

四 SDN测试环境

为了加深SDN认知，搭建一套SDN测试环境，了解Openflow+ODL一些基本功能。

基于Ubuntu+Mininet+Opendaylight的SDN测试环境。

一、安装的操作系统版本是16.04.1-Ubuntu 64位

二、安装mininet

参考Mininet官方：http://mininet.org/download/

选择源码安装mininet：
1）首先安装git

#apt-get update

#apt-get install git

2）获得mininet的源码

#git clone git://http://github.com/mininet/mininet

3）打开mininet文件夹，选择其中一个版本安装

#cd mininet

#git tag #查看可用版本

#git checkout -b 2.3.0d6 #选择一个2.3.0d6版本

4）开始安装

#cd util #进入mininet里的util文件夹

#install.sh –a #选择全部安装

5）测试

#mn –test pingall

安装成功。

三、安装opendaylight

ODL官网https://www.opendaylight.org，我们选择Carbon版本进行安装测试。ODL的karaf环境运行在java上，选择java version “1.8.0_261″。目前最新的ODL版本Magnesium需要安装java11。

1）下载ODL（Carbon）

#wget https://nexus.opendaylight.org/content/repositories/public/org/opendaylight/integration/distribution-karaf/0.6.4-Carbon/distribution-karaf-0.6.4-Carbon.tar.gz

2）解压压缩包

#tar –zxvf distribution-karaf-0.6.4-Carbon.tar.gz

3）修改一些参数

#cd distribution-karaf-0.6.4-Carbon/etc

#vim org.apache.karaf.management.cfg

修改：

rmiRegistryHost=127.0.0.1

rmiServerHost = 127.0.0.1

4）进入karaf，安装一些功能组件

#cd distribution-karaf-0.6.4-Carbon/bin

#./karaf

按顺序安装以下功能组件

feature:install odl-testconf

feature:install odl-l2switch-switch-ui

feature:install odl-mdsal-apidocs

feature:install odl-dluxapps-applications

5）通过Web界面进入opendaylight

打开浏览器，输入网址：http://<yourMachineIP>:8181/index.html

用户名和密码都是admin

四、通过python自定义网络拓扑配置，关联ODL。

Python编写拓扑的范例在/mininet/examples目录下，比如可以通过在目录下搜索 #grep -r bandwidth 查询带宽的编写配置方法。

（1）python文件放在这个目录下

#cd mininet/custom

（2）示例编写了个双数据中心的交换网络：

root@wyq:/usr/local/mininet/custom# cat topo-qjcd.py

#!/usr/bin/python

#build topo

“””Custom topology example

mn –custom /usr/local/mininet/custom/topo-qjcd.py –topo mytopo –controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 –switch ovsk,protocols=OpenFlow10

Adding the ‘topos’ dict with a key/value pair to generate our newly defined

topology enables one to pass in ‘–topo=mytopo’ from the command line.

“””

from mininet.topo import Topo

from http://mininet.net import Mininet

from mininet.node import RemoteController,CPULimitedHost

from mininet.link import TCLink

from mininet.util import dumpNodeConnections

class MyTopo( Topo ):

“Simple topology example.”

def __init__( self ):

“Create custom topo.”

# Initialize topology

Topo.__init__( self )

L1 = 2

L2 = L1 * 2

L3 = L2

c = []

a = []

e = []

# add core ovs

for i in range( L1 ):

sw = self.addSwitch( ‘c{}’.format( i + 1 ) )

c.append( sw )

# add aggregation ovs

for i in range( L2 ):

sw = self.addSwitch( ‘a{}’.format( L1 + i + 1 ) )

a.append( sw )

# add edge ovs

for i in range( L3 ):

sw = self.addSwitch( ‘e{}’.format( L1 + L2 + i + 1 ) )

e.append( sw )

# add links between core and aggregation ovs

for i in range( L1 ):

sw1 = c[i]

for sw2 in a[i/2::L1/2]:

self.addLink(sw2, sw1, bw=10, delay=’5ms’, loss=10, max_queue_size=1000, use_htb=True)

self.addLink( sw2, sw1 )

# add links between aggregation and edge ovs

for i in range( 0, L2, 2 ):

for sw1 in a[i:i+2]:

for sw2 in e[i:i+2]:

self.addLink( sw2, sw1 )

#add hosts and its links with edge ovs

count = 1

for sw1 in e:

for i in range(2):

host = self.addHost( ‘h{}’.format( count ) )

self.addLink( sw1, host )

count += 1

topos = { ‘mytopo’: ( lambda: MyTopo() ) }

（3）执行该配置，并调用本地的ODL控制器环境

#mn –custom /root/mininet/custom/topo-qjcd.py –topo mytopo –controller=remote,ip=127.0.0.1,port=6633 –switch ovsk,protocols=OpenFlow10

（4）打开浏览器，输入网址：http://<yourMachineIP>:8181/index.html，登录到ODL，可以看到定义的网络拓扑结构、节点配置等相关信息。

五 SDN学习小结

1、学习到的知识

（1）SDN是什么，SDN历史发展至现状如何？

（2）Mininet、Opendaylight、Onos是什么，用来干嘛，如何使用？

（3）openflow、NVF、VNF是什么？两者有什么区别？

2、现阶段SDN对于企业应用

现阶段SDN发展趋于平稳，市场细分领域SD-WAN和NVF这两块较为活跃。SD-WAN得益于谷歌B4的成功案例，试图推翻MPLS技术，同时大型互联网企业、运营商基本都有流量工程的需求。NVF得益于近几年云服务、云计算的大力发展（服务器经过虚拟化后集中管理、快速恢复故障等，网络设备为何不可）。Openflow和Opendaylight则依然任重道远。

相对企业而言，如果没有多数据中心流量工程或者大规模云服务需求，则基本不会用到SDN相关技术。但可以学习SDN的一些思维理念，加强自动化运维能力，提高运维效率。

参考文档

谷歌B4网络论文《B4 Experience with a Globally-Deloyed Softwar Defined WAN》

解析Google基于SDN的B4网络https://zhuanlan.zhihu.com/p/263564058

Mininet实验指导https://www.cnblogs.com/a1164520408/p/9628916.html

HREF=”https://blog.csdn.net/wuliangtianzu/article/details/82689347“

HREF=”https://xiaoer.blog.csdn.net/article/details/105230800“

HREF=”https://blog.csdn.net/weixin_39490421/article/details/80621960“

HREF=”https://blog.csdn.net/muyuxiaoxiang/article/details/79238959“

HREF=”https://blog.csdn.net/louiey/article/details/77583028“

HREF=”https://docs.opendaylight.org/en/stable-magnesium/getting-started-guide/index.html“

HREF=”https://www.sdnlab.com/15128.html“