基于SDN的云化物联体系架构研究
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作者:唐国纯
摘要：软件定义网络SDN（software Defined Networking）是一种新兴的基于软件的网络架构及技术，能够有效地融合当前的云化物联体系的各种应用。该文在深度梳理分析SDN架构，SDN实现方案与核心技术基础上，提出了一种基于SDN的云化物联体系应用架构。
关键词：SDN;云计算;物联网
中图分类号：TP311 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2020）13-0067-03
1背景
SDN（software defined Networking）是一种基于软件的新型网络体系结构和技术，它最大特点是控制平面和数据平面的松耦合，支持集中的网络状态控制，实现底层网络设备对上层应用的透明。在软件编程方面，SDN表现灵敏，极大地增强了网络自动管控方面的能力。伴随物联网与云计算方面的深度融合应用兴起，软件定义网络SDN可有力推进NaaS（Networkingas a Service）的应用，本文在深度梳理分析SDN架构，SDN实现方案与核心技术基础上，提出了一种基于SDN的云化物联体系的应用架构。
2SDN架构
目前，有多种SDN架构方案。典型的有：ONF从用户维度定义的SDN架构，ETSI（欧洲电信标准协会）从网络运营商维度提出的NFV（Network FunctionsVirtualization）架构，以及思科、IBM、微软等巨头联合推出的OpenDaylight的开源项目架构[2]。
2.1ONF发起的SDN架构
ONF希望通过网络抽象方式来促进迅速的业务创新。它从网络资源用户维度提出的SDN体系结构主要是三层和两个接口。应用层承担系统的多种业务领域应用。控制层重点承担数据平面资源的部署配置、网络的拓扑体系结构和相关的状态信息等。基础设施层重点承担数据处理，转发和状态采集。其结构如图1所示。
控制层与基础设施层由北向接口连接，与应用层经南向接口（比如ONF提出的OpenFlow标准）连接。
2.2 ETSINFV架构
从网络功能的虚拟化的维度，ETSI提出了其NFV标准架构，主要包括NFVI（NFV Infrastructure），管理和编排以及VNFs，如图2所示。
其中NFVI包含了虚拟化层以及物理资源，NFV主要负责将网络功能部署在通用硬件上，VNF对应的是具体的虚拟网络。“NFV的整体管理和编排”重要作用是承担“NFV编排”“VNF管理”以及“虚拟化化基础设施管理”三大功能。较典型的应用是开源的Openstack和商业的VMWare。VNF管理根据VNF描述来控制VNF的生命周期。虽然SDN控制器没有在ETSI参考框架中列出，但SDN控制器应该支持物理网络和虚拟网络的自动资源调度，同时兼容Overlay网络和多层数据流的统筹传递，适应SDN与非SDN网络的数据桥接。
2.3OpenI）aynght开源架构
目前OpenDaylight作为SDN应用体系结构中的中心组件之一，减少网络运营难度，其结构如图3所示架构。
OpenDaylight架构与ONF SDN类似，主要内容包括SDN控制器开发、南北向接口API的扩展、用于多个控制器关联的东西向协议实现等。
2.4 SDN架构的特征
从上分析，以上三种架构在定义上存在共性，SDN支持控制平面与转发平面的分离，有3个基本特性：1）集中控制：网络资源物理分散，逻辑集中，按需全局配置和调度。2）开放接口：通过开放南北接口，按需获取资源调度，解决了业务应用与网络资源的高校按需对接问题。3）网络虚拟化：由于南向接口的一致开放因素，使用者不必考虑底层物理转发设备的迥异问题，用户可以根据业务需要，灵活对逻辑网络进行按需定制，解决了多租户使用问题。 3SDN实现方案与核心技术
3.1SDN实现方案分析
围绕“控制平面和转发平面的分离、支持全局的软件控制”这一SDN核心理念问题，不同类型的厂商结合自身优势提出了多种实现方案，总体可分为三类：基于专用接口的方案、基于叠加的网络方案和基于开放协议的方案，如圖4所示。
其描述如下：1）基于专用接口的实现思想是在网络资源设备上构建专属API接口，从而完成对网络设备的全局配置。该方案代表是Cisco的onePK（one Platform Kit）。该方案显著优点是可以根据网络设备制造商现有的产品，对现有的网络部署进行小改动就可迅速实现部署。缺点是因接口与设备间的紧密耦合问题，制造商可锁定网络设备和能力。该方案是传统网络设备制造商为了在SDN浪潮来临时保持领先地位而做出的妥协。2）基于overlay网络的方案是通过建立叠加逻辑网络，构建虚拟化资源，使用户不再担心底层物理网络的差异问题。该方案优点是易于与虚拟化管理集成，缺点是因受到底层网络质量的影响，提高了网络结构的复杂性，使得数据处理的性能下降。3）基于专用开放协议的方案是目前SDN构建的重要设计思路，有影响力的架构是ONF SDN和ETSI NFV。该思路的优点是可剥离控制平面和转发平面，能够在逻辑上对资源进行全局控制。
3.2 SDN核心技术分析
SDN核心技术体系如图5所示。
其核心体系主要表现在交换机及南向接口技术，控制器及北向接口技术，应用编排和资源管理技术，主要介绍如表1所示。
4基于SDN的云化物联体系架构
网络即服务NaaS的概念起源于云计算，旨在给企业提供按需网络服务，以创建虚拟网络来支持应用程序，并提供灵活，可扩展的网络服务功能设计和部署。客户可以从基于策略的集中流量控制中获得运营优势，他们还可以享受更大的灵活性，资源优化，可伸缩性，网络效率和节省成本。此外，NaaS还提供了更强大的分析功能和灾难恢复选项，这些功能难以在单独的配置中部署。如果将软件定义网络SDN作为NaaS （Net-working as a Service）的应用重要组成部分，基于SDN的云化物联体系架构如图6所示。
总的来说，基于SDN的云化物联体系架构主要包括一平台和七层结构。一平台主要指云管理平台，七层分别是物理资源层，虚拟化平台层，NaaS网络资源服务提供层，IaaS资源服务提供层，平台资源PaaS，应用资源SaaS，SOA和微服务构建层。
5结束语
随着物联网与云计算的深度融合，软件定义网络SDN有力地推进NaaS（Networking as a Service）的应用。本文在深度梳理分析SDN架构，分析了SDN架构的特征，SDN实现方案与核心技术基础上，提出了一种基于SDN的云化物联体系应用架构，希望能给SDN的云化物联体系应用提供一定的参考。
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