專欄文章

SDN 開源專案概述

詮隼科技/鄭仲翔

       在SDN網路技術出現以前，網路是由專用的硬體設備組成，由於廠商之間互通性差，當選擇一家網路設備商的產品建置網路，在大部分的情況下，擴增設備只能選擇同一家廠商，以達到完整的服務。這種情況導致電信商及企業在佈署網路上得花費龐大的建置成本(CAPEX)，且容易被單一廠商綁定。在運營成本(OPEX)上也是一個很大的開銷，大量的硬體設備卻沒有一套集中式管理，導致當網路需求變動時，需花費大量的維運人員與時間一一對網路設備做調整。

 由史丹佛大學Nick Mckeown教授為首的一群人，打算透過網路開源化的方式解決此問題，故提出了SDN概念。SDN透過集中化控制，將控制的部分集中於控制器，達成設備統一集中管理，以降低運營成本。另一方面，軟體與硬體拆分可以讓電信商及企業不被廠商綁定，他們可以選擇白牌(WhiteBox)硬體設備搭配開源的軟體專案來佈署網路，降低整體建置成本。由於控制層具有可編程的特性，可以將基礎網路的結構抽象化，以便用於多個應用程式與網路服務(例如：SDN雲端運算，電信網路等)。

        SDN也影響了電信網路的發展，5G網路預期可滿足超高畫質串流、IoT、自駕車等應用，掀起電信網路基礎架構的變革。與4G網路相比，受到SDN技術的影響，5G網路更具有客製化、彈性的網路部署方式，實現最佳化資源調度使用情境，成為企業專網首選。舉例來說在5G還沒問世之前，4G網路就已支援網路切片(Network Slicing)，但大多以硬體方式來完成網路切分的動作，執行上較缺乏效率也缺乏彈性。進到5G時代後，開始引進虛擬化技術，將4G行動核網功能，從傳統電信設備硬體中抽離，並以軟體方式在x86伺服器上來執行，再利用SDN技術來集中控管網路資源，使網路切片的執行更有效率與彈性。

   圖1、常見SDN開源專案

由於SDN擁有開源的特性，使建構整體SDN網路的開源專案充滿多樣性，大致上可分為三層：控制層、控制介面、資料層，如圖1所示，以下介紹常見的SDN開源專案：

控制層

ü   ONOS：

ONOS(Open Network Operating System)是一個以電信服務供應商角度所研發的開源SDN控制器，其目標為提供電信服務供應商可以同時處理上千萬個用戶的高可靠性、可擴展性及高性能的作業系統，並且提供完整的南北向抽象層，方便服務開發、除錯、維護及升級。在南向通訊協議除了可支援OpenFlow、Netconf外，還支援大部分控制器無法使用的P4Runtime。

ü   ODL：

ODL(OpenDaylight)是一個模組化的開放平台，可用於客製化與自動化任何規模的網路，支援SDN常見的通訊協議如OpenFlow、OVSDB、NETCONF、BGP 等等，並允許使用者利用第三方應用程式來滿足所有需求。其本身提供身份驗證、授權和計費(AAA)以及網絡設備的自動發現等功能，適合用於發展雲端和企業大規模NFV環境的需求。

資料層

ü   ONIE：

ONIE(Open Network Install Environment)旨在爲現代網絡硬體設備提供一個開放的安裝環境，可供使用者自由選擇網路作業系統(Network Operating System, NOS)。在ONIE出現之前，市售的交換器有預裝的NOS以及網路應用，但隨著SDN開源化，交換器邁向白盒與裸機的方式銷售，在一個沒有預裝NOS的情況下，對於使用者來說安裝網路作業系統變成了一個麻煩事。ONIE的出現，除了解決上述問題外，亦產生一個多樣網路硬體與NOS所組成的繁榮生態系統。

ü   ONL：

ONL(Open Network Linux)是一個開源軟體平台，其目的是為白牌交換器提供一套完整的網路作業系統，以及完整的API來讓不同軟體應用能夠輕易地移植至不同的網路設備上。目前基於ONL的網路解決方案已被眾多企業、資料中心採用，也有越來越多開源專案使用ONL作為專案的一部份，如CoRD、Stratum等。ONL最初是由Big Switch Networks於研討會提出，並被OCP(Open Compute Project)採納為他們的網路作業系統的參考。

ü   Stratum：

Stratum為白牌交換器建構一個開放且最低限度的產品化部署，透過下一世代SDN溝通介面(例如：P4Runtime、OpenConfig)來實現交換器的互換性與可編程性。由於擁有開放的特性，Stratum可避免當今被供應商版定的資料平面(即有專用的硬體介面與封閉的軟體API)，並使設備輕易的部屬至營運商網路中。Stratum提供完整的白牌交換器解決方案，以實現SDN的“軟體實現”的承諾。

ü   OVS：

OVS(Open vSwitch)是一個開源的虛擬交換器，也是實現網路虛擬化 SDN 的重要基礎，其目的是為了以更低的成本和更高的工作效率解決實體交換器存在的局限性。OVS 本身佔用的資源非常小，並且根據應用需求進行靈活的設定，除了可以對封包進行接收、分析與處理外，同時還支援標準的管理介面和協議，如 NetFlow，sFlow，SPAN，RSPAN 等。OVS 豐富的功能和稳定性使其被部署在各種應用環境，再加上雲端運算的快速發展，更使其成為了雲端網路中關鍵的元件之一。