SDN 是什么?

SDN 即软件定义网络,是一种网络设计的理念,或者可以简单地理解为是一个思想、一个框架。SDN 产生的出发点是为了缓解传统网络配置困难、迭代缓慢等问题。在 SDN 框架下,下一代网络具有可编程、可按需求定制、可集中管理以及自动化部署的功能。

SDN 的工作原理是什么

SDN 的核心工作原理是将网络设备的控制平面与数据平面分离和抽象。这种分离使得网络控制变得更加集中和智能化。

传统网络设备中,控制平面和数据平面是耦合在一起的。SDN 将它们分离开来,控制平面集中在一个逻辑中心,而数据平面分布在各个网络设备上。控制平面通过标准协议与数据平面进行交互和控制。

SDN 控制平面集中了整个网络的控制逻辑,可以对网络拓扑、流量等进行全局视图的管理和编排。同时,控制平面向上层应用程序提供了抽象化的网络视图和编程接口,使得网络可编程性大大增强。

SDN 与网络功能虚拟化 (NFV) 技术高度互补。NFV 实现了网络功能模块化,可以灵活部署和扩展虚拟网络功能。而 SDN 则为这些虚拟化网络功能提供了集中控制和编排能力。

SDN 为网络管理带来了全新的范式,如意图驱动网络等。网络管理员只需表达出高层次的网络意图,SDN 控制平面就可以自动翻译成底层具体的网络配置,从而大大简化了网络运维。

SDN 三大基本特征

集中控制

软件定义网络(SDN)的集中控制是指将网络控制平面与数据平面分离,将网络控制功能集中到一个逻辑控制器中。这种集中控制架构可以为网络管理员提供全局网络视图,帮助他们获取整个网络的资源信息,并根据不同业务需求进行资源的全局调配和优化。通过集中控制,用户可以利用软件程序对虚拟化的网络资源进行使用和维护,而无需对底层物理设施进行实地调整,从而大大提高了网络控制的便捷性和灵活性。集中控制是 SDN 的核心特征之一,使网络管理更加自动化、智能化和可编程化。

集中控制

开放接口

SDN 通过开放的应用程序编程接口(API)实现了网络与应用程序之间的无缝衔接。这些开放接口允许应用程序直接与网络控制平面进行通信,告知网络如何调配资源以更好地满足用户需求。开放接口使得网络资源可以按需编程和调用,极大地提高了网络的灵活性和可编程性。此外,用户还可以利用这些开放接口开发自己的个性化网络应用程序,按需调用网络资源,从而极大地缩减了产品的上线成本和周期。开放接口是 SDN 区别于传统网络的另一个关键特征,为网络带来了前所未有的创新和发展空间。

开放接口

网络虚拟化

网络虚拟化是 SDN 的另一个核心技术,它在单一物理网络基础设施之上模拟出多个逻辑隔离的虚拟网络。这些逻辑网络使得基础 IT 设施资源可与用户分隔两地,用户可以按需调用这些逻辑网络资源,不受地理位置的限制。同时,网络虚拟化还支持多租户共享物理网络资源,每个租户都可以拥有自己定制的虚拟网络,满足不同租户的网络需求。通过网络虚拟化,SDN 实现了网络资源的高度抽象和共享,提高了资源利用率,降低了网络运营成本。网络虚拟化技术为 SDN 带来了前所未有的灵活性、可扩展性和多租户支持能力。

网络虚拟化

SDN 的主要组件有哪些

软件定义网络(SDN)是一种新型网络架构,通过将控制平面与数据平面分离,实现网络控制与转发功能的解耦。SDN 的主要组件包括:

控制平面是 SDN 的核心组件,负责集中管理和控制整个网络。它通过与网络设备的数据平面进行交互,实现对网络流量的全局控制和管理。控制平面通常由一个或多个 SDN 控制器组成,可以使用各种编程语言和协议与网络设备进行通信。

数据平面由网络设备(如交换机、路由器等)的转发平面组成,负责实际转发网络流量。在 SDN 架构中,数据平面设备只负责简单的数据转发功能,而复杂的控制逻辑由控制平面集中管理。数据平面设备需要支持与控制平面的通信协议,如 OpenFlow 等。

北向接口是 SDN 架构中控制平面与应用层之间的接口,提供了一组 API,允许应用程序直接编程和控制网络。通过北向接口,应用程序可以获取网络状态信息,并根据需求动态调整网络行为。

南向接口是控制平面与数据平面之间的接口,用于控制平面向数据平面下发控制指令。常见的南向接口协议包括 OpenFlow、OVSDB 等。控制平面通过南向接口与数据平面设备进行交互,实现对网络流量的编排和控制。

SDN 的应用场景有哪些

软件定义网络(SDN)为各种创新网络应用提供了灵活、动态的解决方案,其应用场景广泛。

物联网(IoT)应用

SDN 能够消除无线网状网络(WMN)中路由信息的多跳泛洪需求,使 WMN 能够轻松扩展。这对于满足多样化的创新物联网应用需求至关重要。

物联网(IoT)应用

网络功能虚拟化(NFV)

SDN 与 NFV 高度互补。SDN 可用于 NFV 基础架构中,设置和配置互连虚拟网络功能(VNF)和物理网络功能(PNF)的覆盖网络,从而构建网络服务。

网络功能虚拟化(NFV)

网络流量优先级控制

SDN 允许网络管理员通过编程控制网络流量路由,确保关键应用(如视频通话)的网络质量。管理员可以编程使系统优先处理视频通话流量。

网络流量优先级控制

网络功能整合

SDN 能够整合防火墙、负载均衡器和流量分析器等网络设备功能,通过网络功能虚拟化提高整体网络性能。

网络功能整合

5G 网络部署

SDN 支持网络切片,使电信公司能够跨越密集的 5G 网络扩展网络容量,实现云中心 5G 核心网、无线接入网和边缘网络。

5G 网络部署

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SDN 网络有什么优势?

SDN (软件定义网络)是一种新型的网络架构,具有以下优势:

SDN 将网络设备的控制平面与数据平面分离,通过集中式控制器对网络进行统一管理和编程,实现对网络流量的灵活控制。这种分离使网络更加灵活和可编程。

在 SDN 框架下,网络资源是统一配置和管理的,可以减少网络维护人员的工作量,提高工作效率。SDN 控制器可以根据不同的任务需求快速重新配置网络,对网络架构进行灵活调整。

SDN 支持在物理网络基础设施之上构建多个虚拟网络,即网络切片。这些网络切片可以根据不同行业用户的需求进行灵活配置和快速组网,最大限度发挥网络切片的功能。

SDN 采用开放标准和接口,使网络设备和控制器可以来自不同供应商,避免了供应商锁定,提高了网络的灵活性和可扩展性。

SDN 控制器集中管理整个网络,可以通过编程方式动态调整网络策略和配置,实现自动化和智能化网络管理。

SDN 架构将网络控制与转发分离,使网络更加开放和灵活,有利于网络创新和新技术的快速部署。

总之,SDN 通过软件化、虚拟化和集中管理等手段,使网络变得更加灵活、可编程、自动化和智能化,满足未来网络发展的需求。

硬 SDN 与软 SDN 的区别

硬件 SDN

硬件 SDN (Software-Defined Networking) 是一种基于专用硬件设备实现的 SDN 解决方案。它需要有 SDN 控制器和 SDN 兼容的网络设备。SDN 控制器负责集中管理和控制整个网络,通过与网络设备进行通信,向它们下发相应的指令和策略,从而实现网络功能的编排和编程。硬件 SDN 的主要优势在于:

  • 高性能:专用硬件设备通常具有强大的网络转发和处理能力,可以提供高吞吐量和低延迟的网络服务。
  • 稳定可靠:硬件设备经过专业设计和优化,运行更加稳定可靠,适合于对网络性能和可用性要求较高的场景。

然而,硬件 SDN 也存在一些缺点:

  • 成本较高:采购和部署专用硬件设备需要较高的资本投入,性价比相对较低。
  • 技术门槛高:由于硬件 SDN 与传统网络配置存在差异,需要网络管理员具备较高的 SDN 技术水平。
硬件 SDN

软件 SDN

软件 SDN 是指在通用服务器上通过软件模拟网络设备的功能,实现 SDN 架构。与硬件 SDN 相比,软件 SDN 具有以下优势:

  • 高性价比:软件 SDN 可以在商用服务器上运行,无需购买专用硬件设备,降低了部署成本。
  • 灵活配置:软件 SDN 的配置和管理更加灵活,可以根据需求快速调整网络拓扑和功能。
  • 技术门槛低:软件 SDN 的部署和维护相对简单,技术要求较低。

但是,软件 SDN 也存在一些不足之处:

  • 性能有限:由于受制于通用硬件的性能,软件 SDN 的网络转发能力和吞吐量有一定限制。
  • 稳定性较差:软件 SDN 运行在通用操作系统之上,容易受到系统和应用程序的影响,稳定性不如专用硬件设备。
  • 故障恢复能力差:一旦软件 SDN 所在的服务器发生故障,网络功能将中断,故障恢复能力较差。
软件 SDN

SDN 面临的挑战是什么

如果跨层设计不当,可能导致代码难以维护和扩展。

无线网络的开放架构使网络面临各种攻击,可能导致拒绝服务(DoS)或分布式拒绝服务(DDoS)攻击。

SDN 在无线网络中需要消除路由信息的多跳泛洪需求,以便于网络扩展,这需要一种新的 SDN 架构来分离控制和转发平面。

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