SDN在云计算中的应用与实践
定义
SDN全称为Software Defined Network，软件定义网络。在云计算中，让网络实现多种功能，包括：软件编排、开放API、构建云平台租户组网、支持云原生。使整个计算网络垂直开放，能够有效解决网络资源规模扩展受限、组网灵活性差的问题。
应用场景
租户网络tenant network
不同租户间的资源相互隔离，每个租户独享私有网络，一个租户可以在自己的私有网络内创建多个子网。租户可以创建虚拟路由器vrouter，将虚拟网络virtual network和外部网络external network连接起来。
跨数据中心网络
在传统大二层网络中，采用SDN技术，可以将分布在不同数据中心的资源，跨中心整合在同一个网络内。多用于跨数据中心业务容灾，或用于跨数据中心灵活调配资源。
网络虚拟化
通过SDN的可编程方式，可以在很短的时间内，实现交换机、路由器、防火墙、QoS、负载均衡等网络设备的整合。
平面划分
把公交车的行驶路线作为对比：由于乘客只关心目的站点的到达，所以只需记住乘坐X路公交车即可，不关心具体路线、交通状况等其他因素。
城市的公路、辅路、高架桥等基础设施为underlay网络；公交车的具体行驶路线为overlay网络。
underlay网络
物理网络，由交换机、路由器等设备组成，负责传递数据包，使用路由协议确定ip地址的连接。
overlay网络
逻辑网络，使用网络虚拟化技术，在物理基础设施之上构建的连接。
OpenFlow
在Open Networking Foundation SDN方案中，OpenFlow充当南向接口，就是控制平面control plane、数据平面data plane之间交互的协议。
流
Flow就是具有相同特征的数据包集合。例如，源mac地址1、目的mac地址2的所有数据包集合就可以视为一条流，可见流具有方向性。
流表
Flow Table由若干条流表项Flow Entry组成，用于指导OF交换机对收到的数据包进行转发，相当于统一了二层的mac地址表、三层的路由表。
流表项
匹配域Match Fields：定义以及匹配流表的依据，拥有多个可选字段，例如可以根据源ip地址、目的ip地址来定义一条流；
指令Instructions：处理流的动作，最普遍的动作集Action Set（添加、修改、清空）；
优先级Priority：流表项的优先匹配程度；
计数器Counters：统计该条流的信息；
生存时间Timeouts：流表项的有效存活时间；
Cookie：控制器设置的、用来过滤被动作集Action Set影响的流表项；
工作过程对比
传统网络
二层：生成arp表，数据包成功匹配，则基于目的mac地址转发，失败则向除入端口外其他所有端口转发；
三层：分布式路由协议，数据包成功匹配相应的路由规则，则基于目的ip地址转发，失败则丢弃；
结论：采用基于数据包独立转发的模式，设备不知道具体路径，发送给大致知晓的其他设备。
SDN
控制层：SDN控制器构建流表；
数据层：OF交换机先向SDN控制器查询流表，再转发数据包，匹配成功则基于匹配域（比如源地址、目的地址）转发；匹配失败时，则问询SDN控制器；
结论：基于流进行转发的，即对相同特征的数据包集合采用同样的处理，设备知晓最佳路径。
详细举例
1、OF交换机接收ip数据包；
2、OF交换机解析数据包头部并查询流表，由于流表为空，向控制器询问；
3、OF交换机向控制器发送Packet-In消息；
4、控制器计算主机1到主机2的路由；
5、控制器下发由FlowMod消息承载的流表信息，OF交换机加载流表；
6、控制器发送Packet-Out消息，指示OF交换机按照流表转发IP数据包；
7、OF交换机转发数据包；
vxlan
vxlan运行在数据面，负责数据包的封装和传输。使vm、pod可以在不同的物理数据中心之间迁移，而不需要改变其二层网络配置。
VTEP
隧道端点Tunnel Endpoints，运行vxlan的边缘设备，可以是网络设备、服务器、虚拟机、pod，是隧道的起点和终点，负责数据包的封装和解封装。
VNI
网络标识符Network Identifier，可以将一个VNI对应一个租户身份，容量空间总共有2^24=1600万个实例。
BD
桥域Bridge Domain，类似传统网络中采用vlan划分广播域。VNI与BD一一对应，一个BD就表示着一个桥域，同一个BD内的主机就可以进行二层互通。
BDIF
桥域接口Bridge Domain Interface，作为某BD的网关，提供三层转发接口。如果数据包从某二层广播域出去，必须经过BDIF。
NVE
网络虚拟化边缘节点Network Virtualization Edge，是实现网络虚拟化功能的物理设备。在三层网络建立的基础上，实现二层网络。
数据包结构
VTEP将运行在overlay的内层原始二层数据包（绿色），先添加vxlan包头（黄色），然后添加上外层UDP数据包头（蓝色），在underlay网络传输，到达目的VTEP，收到数据包后，依次剥离外层的ip包头、UDP包头，通过vxlan的VNI发送给对应的BD桥域，接收原始二层数据包。
抓包举例
可以看出：overlay的数据包通过VXLAN建立隧道后 ，从underlay网络的10.2.12.18传递到10.2.12.10，从而实现192.168.0.102、192.168.0.108的跨设备二层打通。
EVPN
evpn运行在控制面，负责虚拟网络的管理和控制，通过BGP协议来学习跨数据中心的mac地址、路由表，支持多租户隔离、高效的数据转发等。
路由类型
Type-2路由：用于通告mac地址。每个 Type-2 路由包含一个mac地址、一个vtep的ip地址，用于指示该mac地址所在的vtep；
Type-3路由：用于租户隔离，直接通告二层vlan信息，并不直接携带vxlan隧道的具体信息，但配合Type-2路由，间接地实现 VXLAN 隧道的建立和维护；
Type-5 路由：用于通告三层ip前缀信息。每个Type-5路由包含一个ip前缀和下一跳ip地址，用于指示路由信息。
二层mac地址
学习：EVPN通过BGP通告mac地址，使得不同数据中心的设备能够了解到对端的mac地址及其对应的VTEP；
分发：当一个数据中心内的设备发送一个arp请求或广播帧时，EVPN通过BGP协议将mac地址分发出去，从而实现跨数据中心的二层通信；
三层路由表
ip前缀（网段）学习：EVPN通过BGP学习不同数据中心之间的ip前缀信息；
路由分发：EVPN 可以将三层路由信息（ip前缀、下一跳）分发到其他数据中心，从而实现跨数据中心的三层通信；
原文地址：https://blog.csdn.net/hy19930118/article/details/143806650
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