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  • SDN前瞻 传统网络的缺陷

    引言


    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:

    • 传统网络部署管理困难。
    • 分布式架构瓶颈出现。
    • 流量控制难真正实现。
    • 设备不可编程

    现在的网络厂商


    • 种类繁多的网络厂商。

    如何对网络设备进行操作?


    • 从图中可以看到,不同厂商的网络设备混杂在一起使用。
    • 但是不同厂商的网络设备要通过不同的方式进行部署(一般是通过Web和命令行),这就使得,对目前这种鱼龙混杂的网络进行统一配置,是一件很困难的事情。
    • 但是它们的底层协议相同,互操作没有问题。

    如何管理这么多网络设备?


    • 目前我们通过搭建在服务器上的网管软件来管理。
    • 比如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
    • 主流的SNMP(网络管理协议),更多侧重于监控,而不是分配和部署。也就是说,如果网络出出现故障,通过网管报警,还是需要人为修理。

    问题一:传统网络布署和管理非常麻烦


    网络设备间如何协同工作?


    • 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。
    • 协议的逻辑基础:
      1. 邻居建立
      2. 信息共享
      3. 选择路径
    • 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。
    • 说白了就是接力棒式的流程,你交给我,我交给他。
    • 每个设备都有独立的CPU,独立运算。
    • 协议是 网络设备的语言,相当于人类沟通的语言。

    如果网络发生动荡,设备如何交互?


    • 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。

    当流量暴增或拓扑暴增时...


    • 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。
    • 数据中心网(互联网公司)、电信网(运营商),需要变革的意愿最强。

    问题二:分布式架构瓶颈


    网络带宽分配如何解决?


    • 目前的负载均衡,并不是真正的负载均衡!下面的案例很大可能出现!

    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。

    • 这张拓扑时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。

    流量可视化难!


    • 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。
    • 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。
    • 理想化模型如下

    问题三:流量控制是棘手难题!


    能否自定义设备的转发策略?


    • 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)。
    • 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

    能否将软件运行在设备上?


    • 我们买来设备的时候,里面的协议已经被订好。我们不能通过安装软件的方式来增加设备的功能。就算能的话我们也要通过重装OS等复杂的手段来实现。

    问题四:无法按需,不可编程


    总结:这些需求催生了SDN。

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