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2013年02月07日

淺談SDN

文章來源：懇懋科技 技術部副總 Richard Chiang    


         SDN ( Software Defined Networking ) 是最近炒的火熱話題之一，用軟體定義的網路？聽起來有些玄念。在介紹 SDN 本質內容前，我們先看一下目前的網路環境，各個網路元件 ( 如Router / Switch ) 都有其自家的硬體，自家私有的網路作業系統，藉此平台上開發出各式各樣的網路機能(如防火牆、入侵偵測或動態路由…等等 ) ，最後形成各網路元件唯一溝通的管道只有在 TCP / IP 為主的各項傳輸協定，共通管理的界面也只有簡易的 SNMP，而且標準的 SNMP 管理物件則相當有限，目前基本網路元件內部組成如下圖所示：



        在 TCP / IP 網路使用的數十年來，在核心技術及傳送方式並没有太大的變化；相對地，在行動裝置上 App Store 的興起，形成了在開放的作業平台下，誰都可以貢獻自己的程式及創意，大大超越並豐富了行動裝置原生的能力，以致在電腦及網頁應用服務上皆參考此一 App Store 的模式，開放平台讓全世界的人都可以參與，也造就了使用者，程式開發商及系統平台業者三贏的局面。另外，因在傳統網路上的硬體封閉，也造成網路的演進緩慢。
有鑑於此，美國史丹佛大學在 2008 年的未來網路研究計畫中提出了一項以 OpenFlow 為基底，而建造出了一個軟體定義網路 ( SDN ) 的雛型。後來也被 Google 廣泛運用來打造內部資料中心的 SDN 架構，將原本只有 30 ～ 40％ 的網路頻寬使用率，大幅提升了近三倍，高達95% 的使用率，換句話說，Google 就算使用相同的網路設備和線路，可以承載的網路流量也變成了 3 倍。因此，Google 還計畫要將承載使用者流量的骨幹網路，也轉換成這個全新的 SDN 網路架構。
OpenFlow 的基礎網路示意如下圖所示，



Controller 與 Flow Switch 之間需先建立安全通道連接，通道之間以 SSL 加密技術加密，確保傳送之間的安全。網路管制端可藉由 OpenFlow 協定所提供的開放原始碼與交換器硬體溝通， 經由 OpenFlow 路由表的設定來決定封包的傳送路徑。OpenFlow 的轉送表格與一般 Routing Table 相仿，但增強了許多欄位以作為處理之用，其本架構如下所示：




        各網路節點的交換判斷的功能皆經由 OpenFlow 傳送需求給 Controller ，由 Controller 來決定應該如何處理並轉送此封包。因此整個網路的智能皆在 Controller 上，網路節點只有一般封包進入及轉送的功能，因此只要在 Controller 上創建不同的應用程式，則能自動地告訴網路節點所產生不同的網路機能，如 Firewall、IPS、Router、Load Balancer 等等。
因此非常容易達成或擴充任何其它網路機能，更重要的是只要網路元件支援 OpenFlow，任何元件皆能被統一納管，成為整體網路服務的一部份，因為與硬體無關，進而也不會被單一的網路元件廠商綁住。卻可以用更經濟實惠的價格，輕鬆擁有各式各樣豐富的網路機能。
此一  OpenFlow 的概念並非創舉，在電信網路的領域早有此一作法，將控制流 ( signaling ) 與資料流 ( media ) 分開，形成了信令網路及媒體網路兩大網域，示意圖如下所示：

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