漫談一下SDN網(wǎng)絡(luò)

2015-09-21 08:51 作者：admin 瀏覽量：

　　IaaS就是為用戶提供隔離的操作系統(tǒng)資源，對(duì)外可以以虛機(jī)、容器、VPC等外在形式表現(xiàn)出來。操作系統(tǒng)資源主要由計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)三大資源組成，所以Neutron的職責(zé)應(yīng)該是為用戶提供隔離的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，也即NaaS(Network as a Service)。

　　對(duì)于網(wǎng)絡(luò)來說：

　　二三層一般叫網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌牡狡邔咏芯W(wǎng)絡(luò)服務(wù)(即網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如防火墻，負(fù)載均衡，入侵檢測系統(tǒng)，入侵防護(hù)，深度包檢測，數(shù)據(jù)緩存，廣域網(wǎng)加速等)。（網(wǎng)絡(luò)維護(hù)公司)

　　網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇梢杂蓛煞N技術(shù)實(shí)現(xiàn)，一是Overlay技術(shù)，一是新興的OpenFlow流技術(shù)。實(shí)現(xiàn)上二者在控制平面/轉(zhuǎn)發(fā)平面所做的事情的思想是一樣的。我們以O(shè)verlay舉例來控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面的實(shí)現(xiàn)思想。

　　轉(zhuǎn)發(fā)平面，NaaS是為每一個(gè)用戶提供用戶隔離的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，一般使用標(biāo)簽來隔離，如傳統(tǒng)的vlan，但它需要修改物理交換機(jī)，部署麻煩。于是，后來一般使用overlay技術(shù)，如gre, vxlan，nvgre, Geneve, stt，mpls over udp/gre等，同樣使用標(biāo)簽segmention id來隔離用戶網(wǎng)絡(luò)流量，即通過自定義二層幀，通過UDP或QUIC或TCP Fast Open或IP或者別的什么上層協(xié)議傳送到遠(yuǎn)端，再由遠(yuǎn)端解析這個(gè)自定義幀。這個(gè)幀是自定義的，所以格式就五花八門，于是，市場上就出現(xiàn)了眾多的SDN產(chǎn)品，但其技術(shù)本質(zhì)都是差不多的。于是，有人就想統(tǒng)一這個(gè)幀的格式，于是就有了Geneve。overlay的本質(zhì)有兩個(gè)頭，一個(gè)是外部管理網(wǎng)段的頭，一個(gè)是內(nèi)部租戶網(wǎng)段的頭，這樣天然為IPv4實(shí)現(xiàn)了NAT之類的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換。

　　Overlay網(wǎng)絡(luò)可以分為兩層，一是物理網(wǎng)絡(luò)，一是構(gòu)建在物理層上的虛擬overlay網(wǎng)絡(luò)。(it外包) 

　　物理網(wǎng)絡(luò)不需要和用戶信息關(guān)聯(lián)，它只是負(fù)責(zé)提供一個(gè)IP矩陣實(shí)現(xiàn)所有物理設(shè)備之間的單播IP可達(dá)性，并提供segmention id功能實(shí)現(xiàn)租戶隔離。而虛擬overlay網(wǎng)絡(luò)則會(huì)包含租戶的信息，即類似于VPN為每一個(gè)租戶都生成自己的路由信息，也叫轉(zhuǎn)發(fā)路由實(shí)例(VRF)，例如在MPLS主干網(wǎng)上的流量在IP地址前都會(huì)添加一個(gè)全局唯一的路由標(biāo)志符(Route Distinguisher, RD)形成唯一的VPN-IPv4地址來識(shí)別不同租戶的流量。PE路由器不應(yīng)該交換全網(wǎng)所有租戶的路由，所以通過手工設(shè)定路由目標(biāo)(Route Targe, RT)來設(shè)置從CE路由器向PE路由器導(dǎo)入導(dǎo)出哪些路由。只有所帶RT標(biāo)記與VRF表中任意一個(gè)Import RT相符的路由才會(huì)被導(dǎo)入到VRF表中。RT使得PE路由器只包含和其直接相連的VPN的路由，而不是全網(wǎng)所有VPN的路由，從而節(jié)省了PE路由器的資源，提高了網(wǎng)絡(luò)拓展性。

　　控制平面，那么導(dǎo)入導(dǎo)出哪些路由完全可以由上層控制平面通過規(guī)則來設(shè)定，這種通過路由方式將虛機(jī)流量導(dǎo)流到底層IP隧道矩陣的做法天然將廣播隔離在了一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，可以省略像Neutron DRV ARP responser特性。也可以天然地讓計(jì)算節(jié)點(diǎn)也具備三層功能隨意設(shè)置局域隔離的網(wǎng)關(guān)(fan, opencontrail都是這么干的)。這層還要做地址學(xué)習(xí)功能。

　　對(duì)于openflow來說，控制平面應(yīng)該集中全局的VM, PORT, CONTROL, SWITCH的映射拓?fù)潢P(guān)系，這樣便可以計(jì)算給不同CONTROL上的不同SWITCH上的不同的PORT上的VM下發(fā)合適的流表(dragonflow就是這么干的)。還可以在邊緣出口路由器處運(yùn)行Quagga等動(dòng)態(tài)路由協(xié)議通過BGP或iBGP收集到動(dòng)態(tài)路由結(jié)合ARP路由通過一些規(guī)則轉(zhuǎn)換成流表，如下列是RouteFlow的轉(zhuǎn)換規(guī)則：

　　Route =IP + MASK [Rede]+IP[Gateway]+Interface

　　ARP= IP[Host]+MAC[Host]+Interface

　　路由表轉(zhuǎn)換成流表：

　　Match: DST_MAC + DST_IP + SUBNET_MASK

　　Actions:

　　Re-Write [SRC_MAC (Interface)], Re-Write [DST_MAC (Nexthop)]

　　Forward [Port-out(Interface)]

　　在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面方面的性能方面，可以采用用戶態(tài)協(xié)議棧，通過DPDK在用戶態(tài)直接操作硬件網(wǎng)卡，并且構(gòu)建用戶態(tài)socket供上層調(diào)用。還可以引入Linux 4.x switchdev避免二層交換時(shí)引發(fā)CPU中斷從而為SR-IOV網(wǎng)卡提供交換加速功能。

　　所有SDN產(chǎn)品的大致思想都脫離不了上面的點(diǎn)。現(xiàn)在對(duì)照它，我們可以發(fā)現(xiàn)Neutron有很多不足之處：

　　先說nova-network, 它的multi-host功能可以讓每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)同時(shí)具備網(wǎng)絡(luò)三層功能，我們知道，一個(gè)子網(wǎng)是不能出現(xiàn)相同IP的網(wǎng)關(guān)的，而多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)是可能出現(xiàn)相同子網(wǎng)的虛機(jī)的。所以對(duì)于multi-host而言對(duì)于同一個(gè)子網(wǎng)每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上網(wǎng)關(guān)的IP都是不一樣的，這樣簡化了設(shè)計(jì)，但是問題是浪費(fèi)了IP地址。

　　Neutron的DVR可以干同樣的事情，每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)上相同子網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)都是相同的，但是通過流表來確保這個(gè)網(wǎng)關(guān)局部隔離。缺點(diǎn)是這種設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度較高。

　　kubernetes則是事先假設(shè)每一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)使用不重復(fù)的子網(wǎng)，這樣也就避免了計(jì)算節(jié)點(diǎn)上出現(xiàn)相同子網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的問題，簡化了設(shè)計(jì)。

　　Neutron為二層提供了ML2插件來支持不同廠商的二層設(shè)備，在三層沒有提供插件只提供了一個(gè)L3-agent來支持三層設(shè)備，在四到七層提供了高級(jí)服務(wù)框架來支持不同的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。其缺點(diǎn)有：

　　北向API層做得太爛，如ACL，如QoS，如VPN等高級(jí)服務(wù)的API始終做不好或者因?yàn)橛写倘兜拇a評(píng)審機(jī)制而發(fā)展滯后。

　　分得層數(shù)太多，尤其是將二層和三層分開了，這樣不利于讓所有節(jié)點(diǎn)同時(shí)具備三層功能。特別對(duì)于一些不分層的新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)如SDN是不適合的。二層和三層插件應(yīng)該合并適應(yīng)于SDN技術(shù)。

　　三層沒有插件，只有一個(gè)l3-agent。應(yīng)該有插件結(jié)構(gòu)，支持不同廠商的三層設(shè)備，特別是一些支持ACL的三層設(shè)備，支持跨廣域網(wǎng)的三層支持如MPLS VPN等.(北京it外包) 

　　四到七層的服務(wù)鏈功能做得不好，同時(shí)，它的API只適合傳統(tǒng)的基本iptables服務(wù)鏈插入模型，不適合SDN基于流表的服務(wù)模型。

　　SDN的本質(zhì)是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面與集中控制平面相分離，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)這塊主要是基于新興的openflow流以及基于overlay隧道技術(shù)，但其技術(shù)本質(zhì)也是一樣的。overlay會(huì)對(duì)二層數(shù)據(jù)幀進(jìn)行自定義，我們可以隨心所欲地改寫，添加兩個(gè)包頭，一個(gè)是內(nèi)部包頭對(duì)應(yīng)虛機(jī)網(wǎng)段，一個(gè)是外部包頭對(duì)應(yīng)管理網(wǎng)段，天然進(jìn)行內(nèi)外網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換。overlay層只負(fù)責(zé)通過隧道進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，另外，其隧道最好是支持segmention id的有利于租戶間的隔離。控制平面首先要是集中的，它會(huì)記錄網(wǎng)絡(luò)和租戶間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過提供一些規(guī)則容易通過上面控制底層的流量轉(zhuǎn)發(fā)，如虛機(jī)出來的流量如何進(jìn)入隧道，如果是經(jīng)過路由那可以通過路由將廣播只限制在一臺(tái)物理機(jī)上，也可以像VPN一樣針對(duì)每個(gè)用戶建立路由轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)例，也可以像DVR一樣直接響應(yīng)需機(jī)的ARP請(qǐng)求和地址學(xué)習(xí)等。

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