隨著網(wǎng)絡、通信和計算機系統(tǒng)的大規(guī)模應用和發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心也迅速發(fā)展，尤其在云服務時代，運營商需要提供海量寬帶供給應用，此外還有新增的面向工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)應用，使得愈來愈多的應用及業(yè)務處理匯聚到云端數(shù)據(jù)中心，使云計算數(shù)據(jù)中心的規(guī)模急劇增長形成超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心。隨著數(shù)據(jù)中心服務器、網(wǎng)絡規(guī)模的日益龐大，越來越復雜的應用業(yè)務交互，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心架構與技術已經(jīng)不能滿足企業(yè)用戶對數(shù)據(jù)中心高效、智能、便捷的需求，SDN應運而生。

云數(shù)據(jù)中心SDN技術架構

云計算提出了資源池化的思想，虛擬化技術的發(fā)展打破了基礎設施的物理邊界，因此資源池中需要維護的虛擬機數(shù)量有了指數(shù)級的提升。數(shù)據(jù)中心管理員需要通過管控平臺監(jiān)視網(wǎng)絡中的通信模式，并且自動調(diào)整虛擬網(wǎng)絡連接或移動虛擬機，以優(yōu)化網(wǎng)絡的整體性能，或分配某些虛擬機并且配置專用網(wǎng)絡帶寬，以便在非高峰時間將存儲數(shù)據(jù)移動到存儲歸檔。因此，基于SDN的云計算數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡是未來云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的發(fā)展趨勢。

SDN提出了采用軟件定義網(wǎng)絡的思路，具有轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離、控制邏輯集中、網(wǎng)絡資源抽象化/虛擬化、網(wǎng)絡能力開放化等特點，完美契合數(shù)據(jù)中心大規(guī)模網(wǎng)絡的自動化和集中式控制、靈活組網(wǎng)多路徑轉(zhuǎn)發(fā)、虛擬機部署和智能遷移、虛擬多租戶、IaaS等需求。云數(shù)據(jù)中心SDN方案簡要視圖如圖1所示。SDN控制器分別對交換機、服務器、虛擬機進行管理。

圖1 云數(shù)據(jù)中心SDN方案簡要視圖

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的基礎設施提供業(yè)務承載的高速通道，采用兩層Spine-Leaf（CLOS）的扁平化Fabric架構。Spine節(jié)點與Leaf節(jié)點間全連接，Spine節(jié)點僅用作轉(zhuǎn)發(fā)，Leaf節(jié)點作為L2/L3層邊界。在這種架構下，網(wǎng)絡全互聯(lián)形成的大量等價路徑既保證了鏈路的冗余可靠，又提高了整個Fabric網(wǎng)絡的吞吐量；扁平的網(wǎng)絡結構保證了任意節(jié)點間較高的連接速率，同時對任意類型流量均擁有????低的時延。

數(shù)據(jù)面采用VxLAN技術，使用MAC-in-UDP封裝來延伸L2層網(wǎng)絡，充分利用L3網(wǎng)絡的多路徑負載均衡ECMP、快速收斂和高可靠性等特點，同時VxLAN使用24bit的VNI段標識二層網(wǎng)絡，可支持16M的網(wǎng)絡分段，解決了VLAN標簽(4096)日益不足的缺陷。VTEP是VxLAN的隧道端點設備，負載VxLAN報文的封裝和解封裝。

軟件Overlay SDN網(wǎng)絡

軟件Overlay SDN方案的技術架構主要思想是通過SDN控制進行集中策略分發(fā)和管控，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的虛擬化管理和靈活調(diào)度及自動化部署。Underlay基礎網(wǎng)絡以VxLAN-Overlay技術來實現(xiàn)網(wǎng)絡資源抽象化和虛擬化，實現(xiàn)網(wǎng)絡服務和資源與物理位置解耦，為數(shù)據(jù)中心構建大二層邏輯網(wǎng)絡，滿足了云計算對網(wǎng)絡資源池化的要求，此方案的架構如圖2所示。

圖2 軟件Overlay SDN方案架構

Overlay SDN方案可以在現(xiàn)有網(wǎng)絡的架構上疊加虛擬化技術，其大體框架是在基礎網(wǎng)絡不進行大規(guī)模修改的條件下，實現(xiàn)應用在網(wǎng)絡上承載，并能與其它網(wǎng)絡業(yè)務分離。Overlay的網(wǎng)絡基于IP的基礎網(wǎng)絡技術實現(xiàn)了物理網(wǎng)絡向云和虛擬化網(wǎng)絡的延伸，使云資源池化能力可以擺脫物理網(wǎng)絡的重重限制，是實現(xiàn)云網(wǎng)融合的關鍵。

簡而言之，在云計算虛擬化的驅(qū)動下，基于主機虛擬化的Overlay技術出現(xiàn)，從更靠近應用的邊緣來提供網(wǎng)絡虛擬化服務，其目的是使虛擬機的部署與業(yè)務活動脫離物理網(wǎng)絡及其限制，使得云計算的網(wǎng)絡形態(tài)不斷完善。主機的vSwitch支持基于IP的Overlay之后，虛機的二層訪問直接構建于Overlay之上，物理網(wǎng)不再感知虛機的諸多特性，由此，Overlay可以構建在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，????可以跨越數(shù)據(jù)中心之間。因此，SDN控制器加上網(wǎng)絡Overlay的技術架構得到了廣泛的認可和部署。

硬件Underlay SDN網(wǎng)絡

硬件Underlay SDN網(wǎng)絡包含云平臺和硬件SDN控制器，通過控制器插件集成OpenStack Neutron，與Neutron協(xié)同完成網(wǎng)絡的編排和控制，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的計算、存儲、網(wǎng)路資源的虛擬化與資源池化。

在云計算環(huán)境下，業(yè)務能力的彈性擴展和多租戶支持能力成為關鍵。采用虛擬機實現(xiàn)的虛擬網(wǎng)絡設備可以方便地在需要時增加，不需要時減少，彈性很強；通過定義私有封裝，可以很方便地攜帶租戶信息，因此可以有很強的多租戶支持能力，此方案的架構如圖3所示。

圖3 硬件Underlay SDN方案架構

各廠家硬件設備及控制器，可以按需接入Neutron管理硬件設備，而vSwitch虛擬網(wǎng)元由Neutron負責管理，實現(xiàn)物理和虛擬網(wǎng)絡的解耦?？刂泼嫱瓿删W(wǎng)絡建模和網(wǎng)絡實例化，協(xié)同虛擬與物理網(wǎng)絡，提供網(wǎng)絡資源池化與自動化；同時構建全網(wǎng)絡視圖，對業(yè)務流表實現(xiàn)集中控制與下發(fā)，這是實現(xiàn)SDN網(wǎng)絡控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離的關鍵部件。且引入MP-BGP EVPN控制面來通告NLRI（Host/Prefix）???????由信息，能有效抑制BUM報文。

SDN控制器支持南向多樣化控制協(xié)議，如NX-API、Netconf、SNMP等可編程協(xié)議管理網(wǎng)絡，解決云數(shù)據(jù)中心廠家綁定問題，同時通過SDN控制器北向Restful API向上與云平臺無縫對接，提供抽象的虛擬化網(wǎng)絡服務，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源池化、抽象化、自動化部署等功能。

云數(shù)據(jù)中心需要與之相適應的“云計算網(wǎng)絡”，網(wǎng)絡虛擬化正成為變革傳統(tǒng)網(wǎng)絡的高地，網(wǎng)絡的價值正不可阻擋地向軟件轉(zhuǎn)移。SDN技術為數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡提供了智能、集中控制的全局優(yōu)化，開放可編程，端到端QoS，網(wǎng)絡快速修復的能力。通過高可靠數(shù)據(jù)中心SDN控制器完成控制面的配置和管理，避免了大規(guī)模的組播部署，同時集中部署模式可加速網(wǎng)絡和安全基礎架構的配置。同時業(yè)務可在任意位置靈活部署，解決網(wǎng)絡虛擬化后相關的網(wǎng)絡自動開通問題。