SDN前瞻 传统网络架构的危机：危机“四”起

sunren

　　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