SDN前瞻 传统网络架构的危机:危机“四”起

本文基于SDN导论的视频而成:SDN导论

在网络发展速度如此之快的今天,传统网络的架构充满了危机,主要有这四个问题(3+1)。

1)传统网络的部署和管理 非常困难
2)分布式网络架构凸显瓶颈
3)流量控制十分棘手

4)可编程性

本文从以上三个角度出发,结合视频内容和自己的理解进行一个阐述。

为什么要介绍传统网络架构的危机?只有在了解了传统网络架构的不足与缺陷之后,才能更好的理解SDN新型网络 “新”在哪里,优在哪里。

网络产商的分类

1)综合厂商/全栈厂商:提供交换机,路由器,防火墙,无线等技术产品 和 整体的解决方案。比如Cisco,Huawei,H3C等等。
2)安全厂商:对外提供防火墙,入侵检测,入侵防御,安全网关,防止病毒等等技术产品。比如Checkpoint。
3)流控厂商:提供流量控制产品。比如F5,Randware。

如何对网络设备进行操作?

不同的厂商所生产的网络设备,需要不同的方式进行调试和配置。
一般通过命令行和Web界面。

我们的网络,大部分是混合型网络,各大厂商的网络设备鱼龙混杂。
这就使得,对一个网络中不同的厂商生产的网络设备进行 统一 的调试和配置,是一件困难又复杂的事情。

但是好在底层有 路由选择协议等等用于路由器交换信息的协议,使得 不同厂家生产的路由器互相交流 是没有问题的。因此客户采购网络设备的时候,可以根据自身的需要 选择合适的方案。

关键点:网络厂商的不同,造成了网络设备的不同,给网络的管理和配置带来了非常大的困难。

目前,我们是如何管理这么多的网络设备呢?

如何统一来管理这么多的 不同品牌的网络设备呢?是通过 在服务器上搭建的网管软件。

比如学校利用的就是网管软件,架设在服务器中;网管软件生成网络的拓扑图,知道哪一台PC在哪里,出现故障能够进行报警。

关键:网管服务器 是目前主流的网络设备管理方案,网络设备(路由器,交换机,防火墙等等)和 网管系统(H3C iMC等等) 部署SNMP协议:这是一种 侧重监控网络 的协议。
通过网管系统能够对全网进行 可视化拓扑发现,配置管理,链路质量检测等等。

网管系统一般部署于安全管理区域。

SNMP协议:简单网络管理协议,侧重监控,而不是配置和部署。
当某一台网络设备发生故障的时候,SNMP协议监控到了这一异常,发出警告;用户通过网管软件的警告,来获知相关错误信息,通过远程登录或者是下机房 进行命令行配置和调试。

注意:网管软件起到的只是一个监视器的作用,真正去修改配置解决问题 还是需要我们自己手动。

引出我们的第一个问题:传统网络的部署和管理 非常困难!

网络产商杂乱;网络设备种类多,数量也多;配置和管理的 命令不一致。 -> 配置难,管理烦


不同的网络设备是如何协同工作的?

网络设备之间,大部分都是采用 路由交换协议等 网络协议 来进行信息的交互。比如 OSPF/BGP/MPLS 等。
这些协议大部分的逻辑基础,都是【邻居建立 -> 信息共享 -> 选择路径】这样的工作流程。

这句话很重要:大部分网络采用的是 典型的分布式网络架构:设备和设备之间相互交流路由信息,然后根据这些信息建立拓扑信息库,按照一些选路的算法计算路径。

举个例子:OSPF,建立邻居关系之后,交换第一类LSA,建立拓扑数据库,然后把数据库的内容作为SPF/Dijkstra算法的输入,确定最短路径,然后添加到路由表项中。

每一个设备都会进行独立的计算,相当于都具有一个独立的大脑与一个独立的转发硬件。

协议是 网络设备的语言,相当于人类沟通的语言。

关键:不同的网络设备之间 通过协议进行交流,大部分协议都是通过 建立关系->信息共享->选择路径 这三个步骤来实现的。
分布式网络架构,实现的是 网络设备与网络设备互相交流本地的信息。比较典型的代表是 OSPF的分区域。

与现在的SDN最大的区别就是:传统的网络,每一个底层设备(路由器,交换机等等)都有一个独立的大脑;而SDN除了控制器有大脑,转发层的 交换机 就是个傻逼。

如果网络发生动荡,设备怎么进行交互?

网络设备以 接力棒 的形式不断告诉下一跳邻居设备,然后将故障的链路删除。
但是可能会有多余的重复的信息。

当流量 暴增 时,网络拓扑 膨胀 时···

现在的云计算,大数据等互联技术的发展,导致网络中的流量越来越多,几乎以指数增长的形式上升,这使得底层网络设备的数量不断增加,压力越来越大,路由收敛的时间越来越长,效率越来越低。

在所有的网络类型中,数据中心网络(互联网公司),电信网络(运营商) 网络压力最大,改革的意愿最强。
因此,SDN新型网络的主要引导者及其标准的指定者,是 运营商 和 互联网公司(主要)。

关键:网络数据膨胀,路径就会出现故障,有可能出现环路,这导致了路由收敛的时间(所有路由器更新路由表项的时间)非常之漫长。

如今,上千上万台交换机在传统网络的底层工作,硬件方面的变革(就像我上一篇随笔提到的那样)无法继续满足人类的需求。因此,网络的整体设计,需要从底层,甚至从设计思想上面做出变革。

引出第二个问题:分布式网络-接力棒模式 凸显瓶颈!路由表更新太慢了!网络设备需要分配的资源太多了!这个理念需要革新了!

分布式 可以理解为是 传递接力棒 的模式:你传递给它,它再传递给另外的网络设备。
网络设备独立计算,网络设备和网络设备之间 接力棒式 的交换路由信息,以及它的分布式架构 -> 凸显瓶颈:独立计算导致计算量庞大,每一台网络设备需要分配的资源多;分布式导致路由汇聚缓慢,路由器更新路由表项慢 等等

这也就说明了,原有的 分布式设计网络的理念 需要进行革新。


传统的网络带宽是如何分配的呢?关键词:负载均衡

数据的负载均衡 在传统的网络中并没有很好的解决:前往同一个目的地的带宽相同的路径A和B,有可能 A 95%的带宽都用于承担数据了,压力非常大,而 路径B 的带宽则只有20%利用率。
这在数据中心里是非常容易发生的一件事情,当非常多的数据进来的时候,并没有完全的实现路径的负载均衡,这就很可能出现这种很危险的情况:某一个设备,在某一个瞬间压力过大崩溃了。

因此,当今网络最大的一个问题之一,就是 流量的可视化。现在的 流量控制网络设备,并不能做到对全网,全链路进行流量控制,进行合理的负载均衡。

有人可能会问,为什么不使得所有的 交换机和流量控制网络设备,实时监控和共享链路状态信息:是否拥塞,这样的话就能构建成一幅实时的流量图,根据这个流量图来进行流量控制?
虽然这个想法很不错,但是很遗憾,目前并没有一项技术能够支持构造实时的流量图:大部分流量控制设备都是独立进行控制的。

关键:负载均衡 和 流量的可视化,是传统网络难以解决的问题。
如果实现了流量的可视化,实现了负载均衡,那么就可以节省 为了负载均衡 而购买的网线/接口的钱,网络更加稳定,设备压力没有那么大,网络程序员的生活也就越来越美好了呢。

流量全局可视化难!

1)常规的网管软件,只能对故障进行监视,无法实现全网全局的链路状态检测。
2)常规的流量控制软件,只能实现区域化的流量控制,以及区域化的流量可视化。

理想的,也就是SDN所实现的,是通过软件上的按键,或者编写一段代码,把 带宽利用高的链路 的一部分信息,转移到 带宽利用率低的,相对来说网络拥塞不是那么严重的链路上面去。
It‘s perfect!

引出第三个问题:流量控制 是 棘手难题!带宽静态分配,流量可视化难!


第四个问题 -> 转向新的内容 是传统网络不曾涉及的 可编程性

能否自定义网络设备的转发策略

  • 传统的网络设备,工作方式是固定的:不修改目的IP地址和源IP地址,交换机根据MAC地址表进行转发,路由器根据路由表转发(不修改目的IP地址,不修改源IP地址,只修改MAC地址)。

  • SDN,根据业务需求,也就是客户需求,对转发设备的策略进行 自定义,这和传统固定的转发策略大为不同:传统是厂商决定,用户很难对固定的策略做出改变;而SDN允许用户通过编程的方式,来实现自定义转发策略,达到一些特定的目的。

能否将这个软件应用到网络设备上面?

目前市面上买来的网络设备,大多不支持;就算允许的话,也需要配置与该软件配套的操作系统。

老规矩:无法按需,不可编程!

第四个问题:无法按需!不可编程!吃硬不吃软!


小结:

本部视频导论 介绍了 传统网络的局限性,主要从四个方面对它的不足进行了描述:这四个方面,每一个方面都相互联系,难以解决。

  • (1)统一管理配置 不同厂商生产的 不同网络设备 难!
  • (2)“接力棒模式” -分布式的网络设计理念 过时了!路由器更新速度 太慢了!资源分配 太多了!
  • (3)流量控制,负载均衡,网络拥塞,流量可视化 这些迫在眉睫的问题 怎么解决?网络时时刻刻都在发送拥塞,数据传输效率低下,网络设备容易崩溃!压力太大了!
  • (4)要是能让程序员以他喜欢的方式:编程 自定义一个转发策略,或者 产品狗今天提出了一个网络需求,程序员能够通过软件的形式,以代码或者是图形界面的按钮 来控制网络设备,那该多好啊!传统网络定的规矩太死板了!

总而言之,传统网络的设计理念(分布式,不可按需,流量控制,不可统一配置)与目前的需求 格格不入!
我们需要更换我们固定的思维,来重新思考如何设计网络架构,以满足当代人们的需求。

这就进入了SDN的内容。

2016/9/3

To improve is to change, to be perfect is to change often.
posted @ 2016-09-03 20:01  Wasdns  阅读(1357)  评论(0编辑  收藏  举报