SDN, eller mjukvarudefinierade nätverk, betraktas som en grundläggande teknologi för att driva innovation inom nätverkslösningar och applikationsutveckling.
Den ökade mängden multimediainnehåll, den bredare användningen av mobila enheter samt ett växande behov av molnbaserad databehandling har skapat ett starkt behov av mer anpassningsbara och effektiva nätverksstrukturer.
Dessa trender har lett till opålitliga trafikmönster och snabba ökningar i efterfrågan på specifika resurser, vilket har gjort det svårt för traditionella nätverksmodeller att hålla jämna steg med utvecklingen.
Det växte fram ett behov av ett nytt angreppssätt, eftersom det kan vara kostsamt och komplicerat att skala upp nätverksinfrastrukturen för att hantera dessa varierande krav.
SDN utvecklades som en lösning på detta problem genom att separera kontrollplanet från dataplanet. Detta möjliggör en automatisk omkonfigurering av nätverket för att svara på skiftande behov, vilket resulterar i förbättrad prestanda och effektivitet. Låt oss utforska konceptet bakom SDN i detalj.
Vad innebär SDN?
Mjukvarudefinierade nätverk (SDN) är en avancerad nätverksarkitektur som ger administratörer möjligheten att använda programvara för att definiera och styra nätverksenheters beteende, snarare än att konfigurera dessa enheter individuellt.
Det används ofta tillsammans med nätverksfunktionsvirtualisering (NFV) för att ytterligare förstärka nätverkets anpassningsförmåga och kostnadseffektivitet. Dessutom centraliseras nätverksintelligensen, vilket förenklar felsökning och övervakning.
SDN-arkitektur
En typisk SDN-arkitektur består av tre huvudsakliga nivåer: applikationsnivån, kontrollnivån och datanivån.
Bildkälla: Sotirios Goudos
- Applikationsnivå: Det här är den högsta nivån i SDN-arkitekturen och den har ansvaret för att fastställa det önskade beteendet hos nätverket. Applikationer inom denna nivå kan inkludera verktyg för trafikkontroll, säkerhetspolicyer eller virtuella nätverksöverlägg.
- Kontrollnivå: Denna nivå är ansvarig för att genomföra de riktlinjer och regler som definierats på applikationsnivån. Det implementeras vanligtvis via en central styrenhet som kommunicerar med nätverksenheterna på datanivån.
- Datanivå eller infrastrukturnivå: Denna nivå består av de fysiska nätverksenheterna, såsom switchar och routrar, som utgör själva dataplanet. Dessa enheter hanterar vidarebefordran av nätverkstrafik genom nätverket.
Kommunikationen mellan de olika nivåerna i arkitekturen underlättas via nord- och sydgående gränssnitt. Genom att integrera dessa tre nivåer kan nätverket arbeta samordnat och effektivt.
Hur fungerar SDN?
I ett SDN-nätverk är kontrollplanet och dataplanet separerade. Kontrollplanet tar beslut om hur trafiken ska vidarebefordras genom nätverket, medan dataplanet utför dessa beslut genom att vidarebefordra trafiken.
Bildkälla: Jun Luo
Kontrollplanet implementeras genom en central styrenhet, en mjukvaruapplikation som körs på en eller flera servrar. Styrenheten har en global överblick över nätverket och använder denna information för att fatta beslut om hur trafiken ska vidarebefordras. Denna process sker genom kommunikation med dataplanselementen i nätverket, som kallas ”vidarebefordrare” eller ”switchar”.
Dessa switchar i ett SDN-nätverk är i allmänhet ”öppna”, vilket innebär att de kan styras och programmeras med hjälp av extern programvara istället för att vara fastkodade med en förutbestämd uppsättning regler för trafikhantering. Detta möjliggör för styrenheten att konfigurera switcharna för att transportera trafik på det önskade sättet.
Styrenheten interagerar med switcharna genom ett sydgående API, som består av protokoll och gränssnitt. Genom dessa kan styrenheten sända instruktioner till switcharna och ta emot statusinformation. För att kommunicera med applikationer och system på högre nivå, till exempel molnbaserade applikationer, använder styrenheten nordgående API:er.
På detta sätt agerar styrenheten som nätverkets ”hjärna” genom att besluta hur trafiken ska vidarebefordras och sedan kommunicera dessa beslut till switcharna, som fungerar som nätverkets ”muskler” genom att utföra de instruktioner som tagits emot och vidarebefordra trafiken i enlighet med dem.
Kännetecken för SDN
Det finns flera centrala egenskaper hos SDN som skiljer det från traditionella nätverksstrukturer:
- Flexibilitet: Ändringar i nätverket kan göras utan att fysiskt konfigurera om enheter, vilket ger nätverksadministratörer möjlighet att reagera snabbt på förändrade krav och förhållanden.
- Programmerbarhet: Nätverkets beteende kan styras och programmeras genom API:er eller andra mjukvaruutvecklingsverktyg. Detta underlättar automatisering av nätverksuppgifter och integrering av nätverket med andra system.
- Abstraktion: I en SDN-struktur är kontrollplanet skilt från dataplanet. Detta ger ingenjörer möjlighet att enkelt ändra nätverkets funktionssätt utan att det påverkar själva enheterna för trafikhantering.
- Virtualisering: Det möjliggör också virtualisering av nätverksresurser, vilket ger administratörer möjligheten att skapa virtuella nätverk vid behov. Detta är särskilt fördelaktigt i molnbaserade miljöer där efterfrågan på nätverksresurser kan vara mycket dynamisk.
Utöver dessa fördelar ger SDN företag möjlighet att simulera sin fysiska nätverksinfrastruktur i mjukvara, vilket minskar de totala kapitalutgifterna (CAPEX) och driftskostnaderna (OPEX).
Typer av SDN-arkitekturer
Olika typer av nätverk kan kräva olika SDN-strategier.
Exempelvis kan ett omfattande företagsnätverk med många olika typer av enheter och en komplex struktur dra nytta av en hybrid SDN-arkitektur, som kombinerar inslag av både centraliserad och distribuerad SDN. Å andra sidan kan en centraliserad SDN-design vara väl lämpad för ett mindre nätverk med färre enheter och en enklare topologi.
Det är viktigt att noggrant bedöma de olika alternativen och välja den arkitektur som bäst passar organisationens behov. SDN använder huvudsakligen fem olika arkitekturmodeller.
#1. Centraliserad SDN
I en centraliserad SDN-arkitektur finns alla kontroll- och hanteringsfunktioner samlade i en enda central styrenhet, vilket ger administratörer möjlighet att enkelt definiera och kontrollera nätverkets beteende. Detta kan dock också skapa en enda felpunkt.
#2. Distribuerad SDN
I denna typ av arkitektur sprids kontrollfunktionerna över flera styrenheter, vilket ger en högre tillförlitlighet men också gör nätverkshanteringen mer komplex.
#3. Hybrid SDN
En hybrid SDN-arkitektur kombinerar element från centraliserad och distribuerad SDN. Den kan använda en central styrenhet för vissa funktioner och distribuerade styrenheter för andra, beroende på nätverkets behov.
#4. Överlagrings-SDN
Överlagringsarkitekturer använder virtuella nätverkstekniker, som VXLAN eller NVGRE, för att skapa ett logiskt nätverk ovanpå ett befintligt fysiskt nätverk. Detta ger administratörer möjlighet att skapa virtuella nätverk som enkelt kan skapas, ändras och raderas.
#5. Underläggs-SDN
Underläggsarkitekturen använder den befintliga nätverksinfrastrukturen för att stödja skapandet av virtuella nätverk med hjälp av tekniker som MPLS eller segmentrouting för att etablera virtuella länkar mellan nätverkets enheter.
Resurser för inlärning
Att välja de bästa resurserna för att lära sig om SDN-relaterade koncept kan vara en utmaning, eftersom det finns många olika alternativ. Det kan därför vara bra att experimentera med olika resurser för att hitta det som passar bäst för dig.
#1. SDN snabbkurs: Praktiskt tillvägagångssätt
Detta är en kurs som erbjuds på Udemy-plattformen. Kursen är ett utmärkt sätt att få praktisk erfarenhet av SDN och OpenFlow-baserad nätverksprogrammering. Den behandlar också avancerade OpenFlow-koncept, som mätartabeller (QoS) och grupptabeller (Lastbalanserare, Sniffer).
Vi rekommenderar starkt denna kurs till alla som vill fördjupa sig i SDN och de olika tekniker som används. Grundläggande nätverkskunskaper räcker för att komma igång med kursen.
#2. SDN: Mjukvarudefinierade nätverk
Denna bok fokuserar på SDN:s nyckelteknologier och protokoll, som OpenFlow, OpenStack och ONOS. Den innehåller detaljerade exempel på hur dessa tekniker kan användas för att bygga och hantera nätverk.
Den ger också värdefulla råd om hur man konfigurerar och hanterar SDN-nätverk, inklusive felsökning och säkerhetsaspekter.
#3. SDN och NFV förenklat
Denna bok ger en omfattande översikt av SDN och NFV, inklusive deras fördelar, tekniker och tillämpningar. Den använder praktiska exempel och fallstudier för att illustrera nyckelpunkter och visa hur dessa tekniker används i praktiken.
Författarna har lyckats förklara grundläggande koncept inom SDN och NFV på ett tydligt och koncist sätt, vilket gör boken lättförståelig för läsare med olika tekniska nivåer.
#4. Mjukvarudefinierade nätverk
Denna bok ger en grundlig introduktion till SDN från de personers perspektiv som implementerar och använder tekniken.
Boken är till stor hjälp för att förstå den fullständiga SDN-arkitekturen, även för nybörjare. Den beskriver också hur nätverket är designat med hjälp av industristandarder för en skalbar miljö.
#5. SDN och NFV: Grunderna
Detta är en välskriven och engagerande guide som ger en gedigen grund inom SDN och NFV, lämplig för läsare med olika tekniska bakgrunder.
Det bästa sättet att lära sig om SDN är genom praktisk erfarenhet av att arbeta med SDN-verktyg och -tekniker. Du kan försöka konfigurera en enkel SDN-miljö med hjälp av verktyg som Mininet och en styrenhet som RYU, och experimentera med att styra nätverkstrafiken med programvara.
Sammanfattning
SDN är ett viktigt verktyg i dagens digitala miljö, eftersom det gör nätverk flexiblare och effektivare.
I traditionella nätverk är kontrollplanet och dataplanet tätt sammanlänkade, vilket innebär att ändringar i kontrollplanet också kräver ändringar i dataplanet. Detta kan göra det komplicerat och tidskrävande att justera nätverk, särskilt i stora och komplexa nätverk.
Med SDN abstraheras kontrollplanet från dataplanet, vilket gör det enklare att styra och optimera nätverkets beteende via programmering. Detta är särskilt värdefullt i miljöer där det finns ett behov av att snabbt och enkelt kunna göra ändringar i nätverket, till exempel i molnmiljöer där arbetsbelastningar snabbt kan implementeras och avvecklas.
Jag hoppas att den här artikeln har varit till hjälp för att ge dig en djupare förståelse för SDN och dess arkitektur.
Du kanske också vill undersöka de bästa nätverksövervakningsverktygen utan agenter.