面向抽象的網(wǎng)絡模型-sdn

1、<p>　　面向抽象的網(wǎng)絡模型-SDN</p><p>　　摘要：在網(wǎng)絡的最新進展中，網(wǎng)絡可編程界出現(xiàn)了一個新的名字既SDN，并且它已經(jīng)為網(wǎng)絡數(shù)據(jù)配置做了良好的鋪墊。SDN提供一個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面的抽象模型，并且通過開放的API達到與控制平面分離的目的。另一方面，對于網(wǎng)絡基礎設施，通過各大運營商創(chuàng)造了網(wǎng)絡功能虛擬化組來激勵虛擬化技術(shù)的進步，并且將其作為在歐洲電信標準協(xié)會的一個行業(yè)規(guī)范化組織。NFV的目標是如

2、何定義網(wǎng)絡功能，如防火墻和負載均衡或者是其他的數(shù)據(jù)和控制平面的在移動或者固定的網(wǎng)絡中的功能，可以被虛擬化和作為高容量的服務器軟件，而不是使用專門的硬件。我們認為SDN和NFV是網(wǎng)絡計劃中不可或缺的部分，他們占據(jù)了很重要的位置，因此可以采取通用抽象模型定義的優(yōu)點，既為了轉(zhuǎn)發(fā)模型又為了網(wǎng)絡功能。這樣的模型將能夠允許互操作性和均勻性，同時作為一個協(xié)議，控制，管理網(wǎng)絡數(shù)據(jù)路徑的協(xié)調(diào)性，和各自的網(wǎng)絡數(shù)據(jù)功能。通過本文定義和設計了一種通過引用網(wǎng)絡抽

3、象模型來構(gòu)建模塊化的方法，并且演示了一個初始化驗證概念的實施過程。</p><p><b>　　介紹</b></p><p>　　網(wǎng)絡可編程性是兩個學校的主要目標，他們在90年代末00年代初在網(wǎng)絡研</p><p>　　究領域占有很重要的地位，活動的可編程網(wǎng)絡，當前網(wǎng)絡的可編程性已經(jīng)得到了最新的關注和創(chuàng)新，其研究重心在于軟件定義網(wǎng)絡。</

4、p><p>　　SDN是一種重新定義網(wǎng)絡架構(gòu)的行為，其中開放的接口被作為北向接口，控制平面和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面相分離，通過開放的協(xié)議來協(xié)調(diào)南向接口，SDN的關鍵要素在于控制和轉(zhuǎn)發(fā)平面相互分離的抽象概念。</p><p>　　為了強化SDN的發(fā)展動力，在2012年10月，一些主要的運營商，在德國的Darmdtadt聯(lián)合起來，起草了網(wǎng)絡功能虛擬化白皮書。從本質(zhì)上講，白皮書清楚的說明了運營商希望通過網(wǎng)絡功

5、能虛擬化和部署相關設備達到降低運營成本和資本支出的目的。</p><p>　　隨著云計算和虛擬化基礎架構(gòu)中的數(shù)據(jù)中心的的出現(xiàn)，在網(wǎng)絡功能方面其他的的彈性因素是非常重要的比如OPEX和CAPEX對運營商和服務提供商來說，然而保持跟蹤虛擬化網(wǎng)絡功能如負載均衡器和防火墻或其他的任何數(shù)據(jù)或控制平面功能需要業(yè)務流程的生命周期，配置和管理機制，同時也需要一種方式來集成和部署到網(wǎng)絡。</p><p>　

6、　我們已經(jīng)在NFV方面針對NFV的抽象化進行了相關討論并成立相關工作組，尤其是在管理和業(yè)務流程組我們認為有必要為網(wǎng)絡功能建立參考抽象模型，這種模式將提供一個點的網(wǎng)絡功能開發(fā)和應用者之間有較好的的分離能力，類似于SDN，以及未來網(wǎng)絡功能。</p><p>　　SDN和NFV可能不會立即密切相關起來，但是我們認為SDN和NFV是解決更大的的網(wǎng)問題中的一部分，網(wǎng)絡設備的生命周期。一個網(wǎng)絡設備的生命周期包括分配資源來啟動

7、設備，設備的初始化管理，控制和管理該設備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，關閉設備并且釋放資源，SDN牽扯到控制設備的配置，而NFV則涉及到其他部分。</p><p>　　在NFV的支持下新型網(wǎng)絡的實例化是SDN和NFV的共同作用的產(chǎn)物，另一方面，隨著網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡功能的集成，轉(zhuǎn)發(fā)流量到新的實例化的網(wǎng)絡功能也成為SDN的一部分。同時NFV也可以用傳統(tǒng)的網(wǎng)絡管理方式工作，SDN將提供必要的工具用于NFV的快速部署以及后期配置。為此，SDN

8、和NFV成為彼此促進創(chuàng)新并且進一步為所有網(wǎng)絡資源操作者提供一個通用的模型的補充，網(wǎng)絡功能和網(wǎng)絡功能基礎設施以及各自的需求粒度都被控制模塊所控制。</p><p>　　逐漸的，理解抽象參考模型對SDN和NFV的顯得尤為重要，同時預測SDN和NFV之間的緊密聯(lián)系，我們認為需要一個網(wǎng)絡抽象模型的標準以便于來指導SDN和NFV的發(fā)展，特別是當我們考慮更多的粒狀數(shù)據(jù)包處理功能被部署在由虛擬化網(wǎng)絡功能組成的虛擬化網(wǎng)絡基礎設施

9、的時候。</p><p>　　擁有一個模型將會促使我們針對每一種特殊的工作使用對應的協(xié)議去控制網(wǎng)絡設備的生命周期從而代替那種具有菜單欄式體系結(jié)構(gòu)協(xié)議，比如：一個為了基礎設施規(guī)定，另一個為了網(wǎng)絡規(guī)定。此外，它將允許更容易的集成新的轉(zhuǎn)發(fā)能力和網(wǎng)絡功能，使工具橫跨SDN和NFV并且允許應用程序如創(chuàng)建全球網(wǎng)絡管理員，這樣的模式是必須開放的，可擴展的和足夠的靈活性，以便于從SDN和NFV領域描述元素。</p>

10、<p>　　本文提出了對SDN和NFV的制定統(tǒng)一參考并且提出了一個初步的有限的原型化概念。本文結(jié)構(gòu)如下：在接第一部分我們簡要介紹了SDN和NFV，之后我們描述了描述了我們的目的以及NAM的版本。在第二部分，我們描述了NAM的實例化，并且我們展示了研究的可替換的實例化的框架。最后我們提出了一個實施的證明性的概念，討論了我們未來工作領域的相關內(nèi)容，這項工作的一部分已經(jīng)呈現(xiàn)在第三未來的網(wǎng)絡研討會ETSI</p>&l

11、t;p><b>　　軟件定義網(wǎng)絡</b></p><p>　　在介紹里面已經(jīng)討論到，SDN是針對老式的傳統(tǒng)網(wǎng)絡提出一種新的可編程的</p><p>　　網(wǎng)絡模型。SDN的本質(zhì)是指具有軟件編程能力的網(wǎng)絡設備所構(gòu)成的網(wǎng)絡。SDN和網(wǎng)絡可編程性的概念隨著云計算的到來再度出現(xiàn)，這絕不是一種巧合。網(wǎng)絡可編程性以及統(tǒng)一規(guī)范性是有待解決的問題。SDN整個發(fā)展過程中，除了為解決

12、網(wǎng)絡云的配置問題，更多的是受到了人們對于網(wǎng)絡、設備和服務的發(fā)展及控制和管理的迫切需求的驅(qū)使。SDN通過向明確了需求的應用程序或者服務提供接口來解決這個問題。</p><p>　　SDN的關鍵要素就是轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離的思想，它定義了公共的抽象模型，這種模型通過將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和一個或者更多的協(xié)議相配合從而達到控制和配置的目的。這樣一個抽象概念可以將前面提及的那些平面分離，并且會使供應商之間的兩個平面以及互操作性有更快的革新

13、與發(fā)展</p><p>　　在控制層面網(wǎng)絡控制系統(tǒng)對網(wǎng)絡有一個寬泛的視角并且可以執(zhí)行控制層的相關功能，例如路由功能，網(wǎng)絡控制系統(tǒng)將會向用戶提供開放的應用程序接口。</p><p>　　在SDN的社團中對SDN的研究日漸活躍，最典型的代表組織或者網(wǎng)絡創(chuàng)新公司比如ONF，IETF，IRTF，和一些開源項目Opencontrail，F(xiàn)loodight和linux組織的Opendaylight項目

14、。 </p><p><b>　　網(wǎng)絡功能虛擬化</b></p><p>　　正如在介紹中說道一些運營合作起草了該白皮書，NFV嘗試解決三個問題，</p><p>　　第一，減少購買物理設備的代價比如昂貴的防火墻，這樣的設備可能會部署地稀疏一點，就如同基于感知到的利用和實際上未充分利用的起重裝置，來增加整個的能量消耗，第二，允許設備快速更新并且

15、減少部署周期，從而為用戶提供新的服務。第三，整體的減少管理者所需要的動態(tài)設備的數(shù)量。</p><p>　　NFV的主要問題是解決網(wǎng)絡功能虛擬化并且利用虛擬化平臺搭建軟件平臺，例如虛擬的物理機，虛擬的linux 容器（名字空間），每一個基礎模塊的大量設備，NFV適用于任何數(shù)據(jù)平面的包處理進程和基于移動或者固定的網(wǎng)絡的控制功能，比如將會允許運營商按照他們的意蘊設計，實施，運行，解除網(wǎng)絡功能，通過利用基于基礎設施資源的

16、必要量降低能耗。例如NFV針對用戶的服務和有彈性的需求必須有能力提供提供網(wǎng)絡的柔韌性。</p><p>　　在NFV中這樣定義NFs：“一個在網(wǎng)絡基礎設施中的功能模塊，他很好的額定義了網(wǎng)絡的外部接口，和網(wǎng)絡功能行為，在實踐過程中，一個網(wǎng)絡功能在今天通常是一個節(jié)點或者物理機，這個NF定義了大量的基于包進程的應用程序，比如交換，路由，針對更加復雜的網(wǎng)絡如系統(tǒng)的線路和無線網(wǎng)絡。</p><p>

17、　　在NFs功能被充分定義的情況下，它將需要大量的規(guī)格標準說明書，和不同的應用程序接口，除非為NFs申請一個公共的抽象模型，這種模型將會有效的促進NFs框架的創(chuàng)新和發(fā)展，同時這種NFs也必須表達出對于未來的NFs的兼容性。</p><p>　　正如我們在介紹里面討論的，NFV同時也需要處理NFs的管理生命周期，也就是說，這些NFs如何實例化，集成的數(shù)據(jù)通路一旦部署，配置最后解除。從本質(zhì)上來講，NFV一旦部署它必須

18、被集成到一個自動化的和簡單便捷的數(shù)據(jù)路徑，以便于流量通過，并且有NF處理。</p><p>　　為了在各種不同的廠商提供的應用程序接口所構(gòu)成的的網(wǎng)絡環(huán)境中實現(xiàn)自動化，需要有一個公共抽象的模型。同時在一體化和配置方面也NFV需要依賴SDN的配合。</p><p>　　值得注意的是在NFV正在進行的工作過程中MANO組將會提供一個高水平的框架并且也提供關于NFs的信息模型。MANO將會解決“e

19、nd-to-end 網(wǎng)絡拓撲，例如VNFs的合理位置的安排，保持追蹤VNF實例的源分配過程”比如：然而這些工作都只是初步狀態(tài)并且也都充滿了挑戰(zhàn)。</p><p>　　我們目前的方法是與MANO的工作對其，從兩方面來完成它。首先通過一個固有的模式來結(jié)合SDN的功能，并且允許Orchestrator NFC能夠無縫集成到網(wǎng)絡中。其次，通過為定義網(wǎng)絡功能模塊提供數(shù)據(jù)模型，同時通過open-agnostic 協(xié)議來打開網(wǎng)