Sieci definiowane programowo (SDN) wyjaśnione w 5 minut lub mniej

Technologia SDN jest powszechnie uznawana za fundamentalną dla rozwoju innowacyjnych rozwiązań i aplikacji sieciowych.

Wzrost popularności treści multimedialnych, wszechobecność urządzeń mobilnych oraz rosnące zapotrzebowanie na usługi chmurowe wygenerowały konieczność posiadania bardziej adaptowalnych i sprawnych architektur sieciowych.

W związku z tymi trendami, charakteryzującymi się nieprzewidywalnymi wzorcami ruchu i nagłymi skokami zapotrzebowania na określone zasoby, tradycyjne modele sieciowe napotykają trudności w utrzymaniu tempa.

Konieczne stało się poszukiwanie alternatywnych rozwiązań, ponieważ skalowanie infrastruktury sieciowej w celu reagowania na takie wahania może być bardzo kosztowne i skomplikowane.

Sieci SDN zostały opracowane jako odpowiedź na ten problem, poprzez rozdzielenie warstwy sterowania od warstwy danych. Takie podejście umożliwia sieci automatyczną rekonfigurację w odpowiedzi na zmieniające się wymagania, co przekłada się na poprawę ogólnej wydajności i efektywności. Przyjrzyjmy się bliżej, czym właściwie jest SDN.

Czym jest SDN?

Sieci definiowane programowo (SDN) to nowoczesna koncepcja architektury sieciowej, która daje administratorom możliwość definiowania i kontrolowania zachowania urządzeń sieciowych za pomocą oprogramowania, zamiast ręcznej konfiguracji każdego urządzenia z osobna.

SDN często współdziała z wirtualizacją funkcji sieciowych (NFV), co dodatkowo podnosi elastyczność i rentowność sieci. Umożliwia to również centralizację inteligencji sieci, co usprawnia rozwiązywanie problemów i monitorowanie jej działania.

Architektura SDN

Architektura SDN zazwyczaj składa się z trzech głównych warstw: aplikacji, sterowania i danych.

Źródło zdjęcia: Sotirios Goudos

• Warstwa aplikacji: Jest to najwyższy poziom w architekturze SDN, którego zadaniem jest określenie pożądanego sposobu działania sieci. Aplikacje działające w tej warstwie mogą obejmować narzędzia do zarządzania ruchem, polityki bezpieczeństwa lub wirtualne nakładki sieciowe.
• Warstwa sterowania: Warstwa ta odpowiada za implementację zasad i reguł zdefiniowanych w warstwie aplikacji. Zazwyczaj jest realizowana przez centralny kontroler, który komunikuje się z urządzeniami sieciowymi w warstwie danych.
• Warstwa danych lub infrastruktury: Warstwa ta zawiera fizyczne urządzenia sieciowe, takie jak przełączniki i routery, które składają się na warstwę danych. Te urządzenia odpowiadają za przesyłanie ruchu sieciowego w obrębie sieci.

Interfejsy Northbound i Southbound umożliwiają komunikację pomiędzy poszczególnymi warstwami architektury. Integracja tych trzech warstw sprawia, że sieć działa w sposób skoordynowany i efektywny.

Jak działa SDN?

W sieci SDN warstwa sterowania i warstwa danych są od siebie oddzielone. Warstwa sterowania decyduje o sposobie przesyłania ruchu w sieci, a warstwa danych odpowiada za jego faktyczne przekazywanie zgodnie z tymi decyzjami.

Źródło obrazu: Jun Luo

Warstwa sterowania jest realizowana za pomocą centralnego kontrolera, czyli aplikacji działającej na pojedynczym serwerze lub ich zestawie. Kontroler ma globalny wgląd w sieć i wykorzystuje te informacje do podejmowania decyzji dotyczących przekierowywania ruchu. Komunikuje się z elementami warstwy danych, zwanymi „elementami przekazującymi” lub „przełącznikami”.

Przełączniki w sieci SDN są zazwyczaj „otwarte”, co oznacza, że mogą być kontrolowane i programowane przez oprogramowanie zewnętrzne, zamiast być trwale zaprogramowane z ustalonymi regułami przekazywania ruchu. W rezultacie kontroler może konfigurować przełączniki tak, aby przekazywały ruch w żądany sposób.

W celu sterowania przełącznikami, kontroler komunikuje się z nimi za pomocą API Southbound, czyli zestawu protokołów i interfejsów, które pozwalają kontrolerowi na przesyłanie instrukcji do przełączników i odbieranie od nich informacji o ich stanie. Kontroler wykorzystuje także API Northbound do komunikacji z aplikacjami i systemami wyższego poziomu, które korzystają z sieci, takimi jak aplikacje działające w chmurze.

W ten sposób kontroler pełni funkcję „mózgu” sieci, podejmując decyzje o kierowaniu ruchem i przekazując je do przełączników, które działają jako „mięśnie” sieci, realizując instrukcje otrzymane od kontrolera i odpowiednio przekierowując ruch.

Cechy SDN

Istnieje kilka kluczowych cech SDN, które odróżniają ją od tradycyjnych architektur sieciowych:

• Elastyczność: Zmiany w sieci można wprowadzać bez konieczności fizycznej rekonfiguracji urządzeń, co pozwala administratorom sieci na szybkie reagowanie na zmieniające się potrzeby i warunki.
• Programowalność: Możliwe jest programowe sterowanie zachowaniem sieci za pomocą interfejsów API lub innych narzędzi programistycznych. Ułatwia to automatyzację zadań sieciowych i integrację sieci z innymi systemami.
• Abstrakcja: W architekturze SDN warstwa sterowania jest oddzielona od warstwy danych, która przesyła ruch. Dzięki temu inżynierowie mogą łatwo modyfikować sposób działania sieci bez konieczności ingerowania w urządzenia przesyłające ruch.
• Wirtualizacja: Umożliwia również wirtualizację zasobów sieciowych, co pozwala administratorom na tworzenie sieci wirtualnych na żądanie. Może to być szczególnie przydatne w środowiskach przetwarzania w chmurze, gdzie zapotrzebowanie na zasoby sieciowe może być bardzo dynamiczne.

Poza wymienionymi cechami, zasadniczą korzyścią z zastosowania SDN jest możliwość symulowania fizycznej infrastruktury sieciowej w oprogramowaniu, co prowadzi do obniżenia całkowitych nakładów inwestycyjnych (CAPEX) i kosztów operacyjnych (OPEX).

Typy architektur SDN

Różne rodzaje sieci mogą wymagać odmiennego podejścia do SDN.

Na przykład rozległa sieć korporacyjna z wieloma różnymi typami urządzeń i złożoną topologią może odnieść korzyści z hybrydowej architektury SDN, która łączy elementy scentralizowanej i rozproszonej sieci SDN. Z kolei scentralizowany model SDN może dobrze sprawdzić się w przypadku mniejszej sieci o mniejszej liczbie urządzeń i prostszej topologii.

Konieczne jest dokładne przeanalizowanie różnych opcji i wybranie architektury, która najlepiej odpowiada potrzebom danej organizacji. W praktyce, SDN wykorzystuje głównie pięć różnych modeli architektury.

# 1. Scentralizowany SDN

W scentralizowanej architekturze SDN wszystkie funkcje kontroli i zarządzania są skupione w jednym centralnym kontrolerze, co umożliwia administratorom łatwe definiowanie i sterowanie zachowaniem sieci. Jednakże, takie podejście może również generować pojedynczy punkt awarii.

#2. Rozproszony SDN

W tym typie architektury funkcje sterowania są rozdzielone pomiędzy wiele kontrolerów, co zwiększa niezawodność, ale jednocześnie komplikuje zarządzanie siecią.

#3. Hybrydowy SDN

Hybrydowy model architektury SDN łączy elementy scentralizowane i rozproszone. Może wykorzystywać centralny kontroler do niektórych funkcji, a rozproszone kontrolery do innych, w zależności od potrzeb sieci.

#4. Nakładka SDN

Architektury nakładkowe wykorzystują wirtualne technologie sieciowe, takie jak VXLAN lub NVGRE, do tworzenia logicznej sieci na istniejącej sieci fizycznej. Umożliwia to administratorom tworzenie sieci wirtualnych, które można łatwo kreować, modyfikować i usuwać.

#5. Podkład SDN

Architektura podkładowa wykorzystuje istniejącą infrastrukturę sieciową do wspierania tworzenia wirtualnych sieci, które mogą wykorzystywać technologie takie jak MPLS lub routing segmentowy do tworzenia wirtualnych połączeń pomiędzy urządzeniami w sieci.

Zasoby edukacyjne

Wybór najlepszych materiałów do nauki koncepcji związanych z SDN może być trudny ze względu na mnogość dostępnych opcji. Pomocne może okazać się przetestowanie kilku różnych zasobów, aby wybrać ten, który najlepiej odpowiada twoim potrzebom.

# 1. Kurs praktyczny SDN

Jest to kurs oferowany na platformie Udemy. To doskonały sposób, aby zdobyć praktyczne doświadczenie w programowaniu sieci opartym na SDN i OpenFlow. Obejmuje również zaawansowane koncepcje OpenFlow, takie jak tablice liczników (QoS) i tabele grup (system równoważenia obciążenia, Sniffer).

Gorąco polecamy ten kurs wszystkim, którzy chcą poszerzyć swoją wiedzę o SDN i związanych z nią technologiach. Do rozpoczęcia kursu wystarczy podstawowa znajomość zagadnień sieciowych.

#2. SDN: Sieci definiowane programowo

Ta książka skupia się na kluczowych technologiach i protokołach SDN, takich jak OpenFlow, OpenStack i ONOS. Zawiera szczegółowe przykłady wykorzystania tych technologii do budowy i zarządzania sieciami.

Dodatkowo, oferuje cenne wskazówki dotyczące konfiguracji i zarządzania sieciami SDN, w tym rozwiązywania problemów i kwestii bezpieczeństwa.

#3. Uproszczone SDN i NFV

Ta książka przedstawia kompleksowy przegląd SDN i NFV, obejmujący ich zalety, technologie i zastosowania. Zawiera również przykłady i studia przypadków, które pomagają zilustrować kluczowe punkty i pokazują, jak te technologie są wykorzystywane w praktyce.

Autorzy doskonale wyjaśniają kluczowe koncepcje SDN i NFV w jasny i zrozumiały sposób, czyniąc książkę dostępną dla czytelników o różnym poziomie wiedzy technicznej.

#4. Sieci definiowane programowo

Ta książka stanowi szczegółowe wprowadzenie do SDN z perspektywy osób wdrażających i korzystających z tej technologii.

Książka jest bardzo pomocna w zrozumieniu architektury SDN, nawet dla osób początkujących. Omówione są również metody projektowania sieci przy użyciu standardów branżowych dla skalowalnego środowiska.

#5. SDN i NFV: podstawowe informacje

Jest to dobrze napisany i angażujący przewodnik, który dostarcza solidne podstawy z zakresu SDN i NFV i jest odpowiedni dla czytelników o różnym poziomie wiedzy technicznej.

Najlepszym sposobem na zrozumienie koncepcji SDN jest zdobycie praktycznego doświadczenia w pracy z narzędziami i technologiami SDN. Możesz spróbować skonfigurować proste środowisko SDN za pomocą narzędzi takich jak Mininet oraz kontrolera, takiego jak RYU, i eksperymentować z kontrolowaniem ruchu sieciowego za pomocą oprogramowania.

Podsumowanie

SDN odgrywa istotną rolę w obecnym środowisku cyfrowym, ponieważ zwiększa elastyczność i wydajność sieci.

W tradycyjnych sieciach warstwa sterowania i warstwa danych są ze sobą ściśle powiązane, co oznacza, że zmiany w warstwie sterowania wymagają również zmian w warstwie danych. Utrudnia to wprowadzanie zmian w sieci, zwłaszcza w przypadku dużych i złożonych struktur.

W przypadku SDN warstwa sterowania jest oddzielona od warstwy danych, co ułatwia programową kontrolę i optymalizację zachowania sieci. Jest to szczególnie przydatne w środowiskach, w których konieczne jest szybkie i łatwe wprowadzanie zmian w sieci, na przykład w środowiskach chmurowych, gdzie obciążenia mogą być szybko przydzielane i wycofywane.

Mam nadzieję, że ten artykuł okazał się pomocny w zrozumieniu idei sieci SDN i jej architektury.

Możesz być również zainteresowany tematem najlepszych narzędzi do monitorowania sieci bez agentów.