OpenFlow是最近剛走出大學(xué)實(shí)驗(yàn)室開始商業(yè)化的最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。在2011年拉斯維加斯Interop展會(huì)上，該技術(shù)一經(jīng)展示就引起了轟動(dòng)，這屆展會(huì)也被稱之為“OpenFlow展示會(huì)”。雖然該協(xié)議很簡單，但是它將會(huì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和價(jià)值160億美元的交換機(jī)市場產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

我們將回顧OpenFlow的起源和它能夠解決的各種問題，包括其目前的常用架構(gòu)，我們非常想知道OpenFlow為什么能夠被稱之為是一種顛覆性技術(shù)，為什么能夠讓網(wǎng)絡(luò)功能傳輸方式、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與運(yùn)作發(fā)生革命性變化。

起源

OpenFlow由斯坦福大學(xué)和加州大學(xué)伯克利分校領(lǐng)導(dǎo)的大學(xué)聯(lián)盟所發(fā)起，他們的初衷是讓研究人員可將企業(yè)級(jí)以太網(wǎng)交換機(jī)作為定制構(gòu)件用于大學(xué)的網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)。他們希望他們的服務(wù)器軟件能夠直接綱領(lǐng)性訪問交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)表，因此他們研發(fā)了OpenFlow協(xié)議。該協(xié)議自身非常小，雖然只有27頁規(guī)范(這已經(jīng)是非常小了)，但是卻非常強(qiáng)大，一套用于修改、轉(zhuǎn)發(fā)、排隊(duì)和剝離匹配數(shù)據(jù)包的基元。OpenFlow與用于網(wǎng)絡(luò)的x86指令集相似，可創(chuàng)建在軟件層上。

在OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中，L2交換機(jī)的許多控制平面功能，如生成樹協(xié)議、MAC地址學(xué)習(xí)等均由服務(wù)器軟件而不是交換機(jī)固件決定。早期研發(fā)人員在定義協(xié)議時(shí)想的更遠(yuǎn)，他們?cè)试SOpenFlow控制器和交換機(jī)執(zhí)行許多傳統(tǒng)的控制功能(如路由、防火墻和負(fù)載平衡)。

目前，OpenFlow協(xié)議已經(jīng)走出大學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并且得到了開放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)的支持。開放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)為非盈利性的行業(yè)機(jī)構(gòu)，其會(huì)員包括許多大型的設(shè)備廠商和芯片技術(shù)提供商，全球最大的幾家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營者如谷歌、微軟、雅虎、Facebook、德國電信和威瑞森等公司均是其董事會(huì)成員。

使用上的演化

三年前，OpenFlow完全由幾家大學(xué)和交換機(jī)廠商推動(dòng)。這幾家交換機(jī)廠商對(duì)研發(fā)提供了堅(jiān)定的支持。OpenFlow允許研發(fā)人員在生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)和信息中安全地測試全新的協(xié)議設(shè)計(jì)和理念。

三年前，OpenFlow的可編程性開始受到龐大的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)團(tuán)體的關(guān)注，這些團(tuán)體正在尋求一種能夠支持大型Mapreduce/Hadoop簇的方法。這些簇有著非常詳細(xì)的網(wǎng)絡(luò)需求：每個(gè)服務(wù)器之間需要平等的網(wǎng)絡(luò)帶寬，這一需求被外界稱之為“全截面帶寬”。

此后，公有云(IaaS)運(yùn)營者開始對(duì)OpenFlow架構(gòu)進(jìn)行調(diào)研，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)擁有大量虛擬機(jī)的租戶提出了相同的全截面帶寬需求，這些租戶的虛擬機(jī)被分散的部署在數(shù)據(jù)中心的許多機(jī)架上。這些IaaS提供商同樣受到了支持多租戶需求的推動(dòng)，由于規(guī)模和速度限制，這一需求已經(jīng)超出了傳統(tǒng)腳本和VLAN的能力。這一需求推動(dòng)了OpenFlow 應(yīng)用的研發(fā)和對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的研究。

如今，OpenFlow的多租戶網(wǎng)絡(luò)使用讓OpenFlow成功進(jìn)入到了大型數(shù)據(jù)中心、IaaS提供商和企業(yè)數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。

架構(gòu)組成

目前主要的OpenFlow解決方案包含一個(gè)三層架構(gòu)，第一層架構(gòu)由關(guān)鍵的具備OpenFlow 協(xié)議許可的以太網(wǎng)交換機(jī)組成。通常情況下，它們是具備OpenFlow功能的物理以太網(wǎng)交換機(jī)。我們還能看到一些具備OpenFlow功能的虛擬層/軟件交換機(jī)和路由器。今后這類設(shè)備肯定會(huì)越來越多。

然后是兩層服務(wù)器端軟件：OpenFlow控制器和OpenFlow軟件應(yīng)用建立在控制器頂端。

控制器是一個(gè)平臺(tái)，該平臺(tái)向下可以直接與使用OpenFlow協(xié)議的交換機(jī)進(jìn)行對(duì)話。向上，控制器可為OpenFlow軟件應(yīng)用提供大量功能，包括將交換機(jī)資源編入統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)視窗內(nèi)，為應(yīng)用提供協(xié)同和通用庫。

在頂層，OpenFlow軟件應(yīng)用為網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行實(shí)際控制功能，如交換與路由。應(yīng)用是寫在由控制器提供的統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)視窗和通用庫頂層的簡單軟件。因此，這些應(yīng)用能夠著重執(zhí)行特定控制算法，并能夠調(diào)整其下層的OpenFlow層以實(shí)例化網(wǎng)絡(luò)中的算法。

軟件架構(gòu)師對(duì)這個(gè)三層的OpenFlow架構(gòu)應(yīng)當(dāng)感到非常熟悉。比如， Web應(yīng)用服務(wù)器架構(gòu)：應(yīng)用在Web應(yīng)用服務(wù)器頂層，而Web應(yīng)用服務(wù)器又在數(shù)據(jù)庫層頂層。每一個(gè)較低的層都向上提供了一個(gè)抽象概念/API以簡體其上一層的設(shè)計(jì)。

目前，OpenFlow術(shù)語有兩個(gè)意思，可以指“OpenFlow協(xié)議”，明確指稱用于網(wǎng)絡(luò)的x86指令集，也可以指“OpenFlow架構(gòu)”，主要是交換機(jī)、控制器和應(yīng)用層。

變革

OpenFlow在網(wǎng)絡(luò)界一直是一個(gè)有爭議的話題，在某種程度上是因?yàn)槠湓缙谠Q它們的目標(biāo)是將交換硬件商業(yè)化。很明顯，協(xié)議需要交換硬件和控制器軟件之間進(jìn)行合作，但是該目標(biāo)并沒有得到相關(guān)交換合作伙伴的響應(yīng)。盡管存在爭議，但是開始關(guān)注OpenFlow的大多數(shù)公司已經(jīng)看到，OpenFlow是一個(gè)可加速創(chuàng)新并可實(shí)際區(qū)分硬件和整體解決方案的辦法。

大前景是，由于能夠快速創(chuàng)新——隨著軟件應(yīng)用與編程設(shè)備的整合而產(chǎn)生的新網(wǎng)絡(luò)功能，避開傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議?；ㄉ蠑?shù)年時(shí)間進(jìn)行批準(zhǔn)/實(shí)施的過程，因此OpenFlow和網(wǎng)絡(luò)界所推出的 “軟件定義網(wǎng)絡(luò)”將帶來革命性變化。由于軟件/硬件架構(gòu)采用了分層設(shè)計(jì)，因此提速是有可能實(shí)現(xiàn)的。

業(yè)內(nèi)正在受到這種架構(gòu)影響的最新例子是移動(dòng)行業(yè)和他們的應(yīng)用商店。在此之前推出的手機(jī)都是單打獨(dú)斗：手機(jī)、相關(guān)操作系統(tǒng)與應(yīng)用的推出都由單個(gè)公司負(fù)責(zé)，其推出的應(yīng)用常為通訊錄或是幾個(gè)游戲。如今，我們已經(jīng)進(jìn)入了“軟件定義移動(dòng)設(shè)備”的時(shí)代。新架構(gòu)為移動(dòng)應(yīng)用處于被明確定義的移動(dòng)研發(fā)框架的頂端，而這些框架提供了基礎(chǔ)硬件的抽象概念。這為那些經(jīng)常推出新應(yīng)用的公司創(chuàng)造了一個(gè)整體生態(tài)系統(tǒng)。我們中的大多數(shù)人都可以通過安裝大量自己需要的應(yīng)用來定制自己的設(shè)備，

現(xiàn)在讓我們將話題轉(zhuǎn)回到網(wǎng)絡(luò)，目前在整個(gè)行業(yè)中進(jìn)行這種變革的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。目前，OpenFlow已經(jīng)開始在一些準(zhǔn)備推出大量應(yīng)用的公司中部署。在未來幾個(gè)月或幾年內(nèi)，我們將看到新的生態(tài)系統(tǒng)圈內(nèi)的公司持續(xù)地向市場推出新的網(wǎng)絡(luò)軟件應(yīng)用，向用戶提供他們真正需要的東西?？傮w上，OpenFlow的前景一片光明，它們將吸引眾人的目光。

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