SDN، رويکرد جديدي بر شبکه هاي کامپيوتري

تاریخ: 95/11/23

شبکه‌هاي مبتني‌بر نرم‌افزار (SDN) رويکردي بر شبکه‌هاي رايانه‌اي است که به ادمين‌هاي شبکه اجازه مي‌دهد تا خدمات شبکه را از طريق کوچک‌سازي سطوح پايين عملکردي مديريت کنند.

SDN براي حل اين مشکل ارائه شده است که معماري استاتيک شبکه‌هاي سنتي نمي‌تواند از رايانش ديناميک و مقياس‌پذير و نيازهاي ذخيره‌سازي محيط‌هاي کامپيوتري مانند ديتاسنترها  پشتيباني کند. اين موضوع با تفکيک و قطع ارتباط سيستمي ميسر مي‌شود که تصميمات مرتبط با محل ورود ترافيک (سطح کنترل) از سيستم‌هاي زيربنايي که ترافيک را به سمت مقصد منتخب هدايت مي‌کنند (سطح داده). SDN از زمان ظهور پروتکل «اپن‌فلو» در سال 2011 (براي ارتباطات از راه دور با عناصر سطح شبکه به‌منظور تعيين مسير بسته‌هاي شبکه در ميان سوئيچ‌هاي شبکه) با اين پروتکل مرتبط مي‌شد؛ اما از سال 2012، بيشتر شرکت‌ها از اپن‌فلو به‌عنوان راه‌حل يگانه رويگردان شده و از تکنيک‌هاي مختلف ديگري بهره مي‌برند. اين تکنولوژي‌ها شامل «محيط شبکه‌باز سيسکو» و فناوري «پلتفرم مجازي‌سازي شبکه نيسيرا» هستند. SD-WAN نوعي فناوري WAN (شبکه‌هاي ناحيه گسترده) است که به‌نوعي نمود اجرايي يک شبکه مبتني‌بر نرم‌افزار است.

 مفهوم

 شبکه‌هاي مبتني‌بر نرم‌افزار (SDN) معماري ديناميک، قابل مديريت، مقرون‌به‌صرفه و سازگارپذير براي کاربري‌هاي با پهناي بالا و ديناميک امروزي طراحي شده‌است. معماري‌هاي SDN عملکردهاي هدايت‌کننده و کنترل شبکه را تفکيک کرده و باعث مي‌شود تا کنترل شبکه به‌طور مستقيم قابل برنامه‌ريزي باشد و زيرساخت‌هاي بنيادي از خدمات شبکه و اپليکيشن‌ها جدا شود.

 پروتکل «اپن‌فلو» عنصري بنيادي براي ايجاد راهکارهاي SDN است. معماري SDN:

 به‌طور مستقيم قابل برنامه‌نويسي است: کنترل شبکه به‌دليل منفک شدن از عملکردهاي هدايت‌کننده به‌طور مستقيم قابل برنامه‌نويسي است.

 چابک است: تفکيک کنترل از هدايت‌گري به ادمين‌ها اجازه مي‌دهد تا جريان حاضر در سطح شبکه را به‌صورت پويايي مطابق با نيازهاي موجود تنظيم کنند.

 مديريت مرکزگرا دارد: هوش شبکه (به‌صورت منطقي) در کنترلرهاي مبتني‌بر نرم‌افزار SDN جمع شده‌اند تا نماي جامعي از شبکه را ارائه کنند که اپليکيشن‌ها و موتورهاي خط‌مشي آن را به‌صورت يک سوئيچ منفرد و منطقي مي‌بينند.

 قابليت پيکربندي از طريق برنامه‌نويسي دارد: SDN مديران شبکه را قادر مي‌سازد تا منابع شبکه را از طريق برنامه‌هاي SDN به‌صورت پويا و سريعي پيکربندي، مديريت، امن و بهينه سازد که خودشان مي‌توانند اين برنامه‌ها را بنويسند، زيرا که اين برنامه‌ها به نرم‌افزارهاي مالکيتي وابستگي ندارند.

 مبتني‌بر استاندارد آزاد بوده و سازنده منحصربه‌فردي ندارد: در صورت اجراي آن با استانداردهاي آزاد، SDN طراحي شبکه و عمليات را ساده‌تر مي‌کند زيرا دستورات از طريق کنترلرهاي SDN و نه تجهيزات چندگانه و داراي سازنده مشخص و پروتکل‌هاي مختلف ارائه مي‌شوند.

 نياز به يک معماري جديد شبکه

انفجار تجهيزات و محتواي موبايل، مجازي‌سازي سرور و پيشرفت خدمات ابري ازجمله روندهايي هستند که صنعت شبکه را براي بازبيني معماري‌هاي سنتي شبکه، مجاب کرد. اکثر شبکه‌هاي متداول به‌صورت سلسله مراتبي، تشکيل‌شده از سطوح مختلف سوئيچ‌هاي اترنت در ساختار درختي ايجاد شده‌اند.

در محيط‌هايي که رايانش مشتري- سرور غالب است، اين نوع بازده بالايي دارد، اما چنين معماري استاتيکي براي نيازهاي در حال تغيير ديتاسنترهاي سازمان‌ها، دانشگاه‌ها و محيط‌هاي تجاري ديگر در مورد ذخيره‌سازي و رايانش پويا، به‌هيچ‌وجه نمي‌تواند مناسب باشد. برخي از روندهايي که باعث تشديد نياز به يک پارادايم جديد شبکه مي‌شوند، شامل:

 تغيير الگوهاي ترافيکي

در ديتاسنترهاي سازماني، الگوهاي ترافيک به‌طور چشمگيري تغيير يافته‌اند. برخلاف اپليکيشن‌هاي مشتري-سرور که حجم اصلي ارتباطات بين يک مشتري و يک سرور رخ مي‌دهد، اپليکيشن‌هاي امروزي به ديتابيس‌ها و سرورهاي مختلفي دسترسي پيدا کرده و ترافيک سريع «شرق-غرب» ماشين به ماشيني را پيش از بازگشت داده به دستگاه کاربر انتهايي در الگوي کلاسيک «شمال-جنوب»، ايجاد مي‌کند. هم‌زمان کاربران با دسترسي همه‌ساعته از همه‌جا به داده‌هاي شرکتي از طريق اپليکيشن‌هاي متنوع، الگوهاي رايج ترافيک را برهم مي‌زنند. سرانجام اينکه، بيشتر مديران ديتاسنترهاي سازماني مدل رايانش تجهيزات را در سر مي‌پرورانند که مي‌تواند دربردارنده يک ابر خصوصي، ابر عمومي يا ترکيبي از هر دو باشند که باعث افزايش ترافيک در سطح شبکه‌هاي ناحيه گسترده شود.

 کاربردي‌سازي آي‌تي

همه‌روزه تعداد کاربران بيشتري قصد دسترسي به شبکه شرکت از طريق دستگاه‌هاي شخصي موبايل نظير گوشي‌هاي هوشمند، تبلت‌ها و نوت‌بوک‌ها دارند. آي‌تي مجبور است تا در عين حفظ داده‌هاي شرکتي و مالکيت معنوي و تطابق با الزامات، نيازهاي دسترسي از روي اين تجهيزات را به شکلي دقيق و مطلوب برآورده کند.

 ظهور خدمات ابري

سازمان‌ها با آغوش باز استفاده از خدمات ابري عمومي و خصوصي را پذيرفته‌اند و با اين کار موجب رشد چشمگير اين خدمات شدند. واحدهاي کسب‌وکار سازمان‌ها هم‌اکنون خواستار سرعت در دسترسي به اپليکيشن‌ها، زيرساخت و ديگر منابع آي‌تي در هر زماني که اراده کنند، هستند. براي پيچيده کردن هرچه بيشتر اوضاع، طرح‌هاي آي‌تي براي خدمات ابري بايد در محيطي با امنيت، سازگاري و الزامات مميزي بالا و در کنار سازمان‌دهي مجدد کسب‌وکار، تثبيت‌سازي و ادغام‌هايي صورت پذيرند که در هرلحظه مي‌توانند تصورات پيشين را باطل کنند. تأمين ويژگي خود‌خدمتي در ابرهاي عمومي و خصوصي نياز به مقياس‌بندي انعطاف‌پذير رايانشي، ذخيره‌سازي و منابع شبکه دارد که بهتر است ازنقطه‌نظر اجماعي و با ابزارهاي رايج انجام پذيرد.

 «داده بزرگ» يعني پهناي باند بيشتر

کار با داده‌هاي بزرگ يا مجموعه عظيم داده‌ها نياز به پردازش حجم فوق‌العاده‌اي از اطلاعات روي هزاران سرور دارد که همه اين سرورها بايد با يکديگر ارتباط مستقيم داشته باشند. ظهور مجموعه‌هاي عظيم داده، تقاضا براي افزايش ظرفيت شبکه‌ها در ديتاسنترها را بال برده‌است. اپراتورهاي شبکه ديتاسنترهاي فوق مقياس‌پذير با وظيفه بسيار مشکل مقياس‌پذيري شبکه‌هايي که قبلاً اندازه نداشتند و تأمين اتصال بدون وقفه از هر نوع آن، روبه‌رو هستند.

اجزاي معماري

 اپليکيشن SDN (SDN App)

اپليکيشن‌هاي SDN برنامه‌هايي هستند که به‌صورت بي‌پرده، مستقيم و به‌صورت برنامه‌نويسي‌شده، الزامات شبکه خود و رفتار شبکه مطلوب را از طريق رابط مسير شمال (NBI) به کنترلر SDN گزارش مي‌کنند. علاوه‌بر اين، ممکن است براي فرايندهاي تصميم‌گيري داخلي خود از نماي خلاصه‌شده شبکه بهره بگيرند. يک اپليکيشن SDN از يک منطق اپليکيشن SDN و يک يا چند درايور NBI تشکيل شده‌است. اپليکيشن‌هاي SDN به همين دليل خود ممکن است در معرض لايه ديگري از کنترل شبکه خلاصه شده قرار گرفته و از عوامل NBI يک يا چند NBI سطح بالاتري ارائه دهند.

 کنترلر SDN

بخشي است که از لحاظ منطقي مرکزگراست و وظيفه‌اش ترجمه الزامات لايه اپليکيشن SDN به مسيرهاي داده SDN و ارائه نماي خلاصه‌شده از شبکه براي اپليکيشن‌هاي SDN است که مي‌تواند شامل آمار و رويدادها باشد. کنترلر SDN از يک يا چند عامل NBI، منطق کنترل SDN و درايور رابط کنترل داده-سطح (CDPI) تشکيل شده است. تعريف آن به‌صورت بخشي مرکزگرا به‌صورت منطقي، جزييات اجرايي مانند تجميع کنترلرهاي چندگانه، اتصال سلسله مراتبي کنترلرها، سطوح ارتباطي بين کنترلرها، مجازي‌سازي يا لايه‌لايه کردن منابع شبکه را رد يا تأييد نمي‌کند.

 مسيرداده SDN

مسيرداده SDN وسيله منطقي براي شبکه است که رويت و کنترل کامل را روي توانمندي‌هاي هدايت‌کنندگي و پردازش داده تحت خود دارد. نمود منطقي آن مي‌تواند تمام يا بخشي از منابع اوليه فيزيکي را دربر گيرد. مسيرداده SDN داراي يک عامل CDPI و مجموعه‌اي از يک يا چند موتور هدايت‌کننده و عملکرد پردازش ترافيک صفر يا بيشتر است. اين موتورها و عملکردها مي‌توانند تنها شامل هدايت‌کنندگي ساده بين رابط بيروني مسيرداده يا پردازش ترافيک داخلي يا اتمام عملکردها باشد. يک يا چند مسيرداده SDN را مي‌توان درون يک عنصر (فيزيکي) شبکه جاي داد؛ ترکيبي يکپارچه از منابع ارتباطي که به‌صورت يک واحد مديريت مي‌شوند. مسيرداده SDN را همچنين مي‌توان در عناصر فيزيکي مختلف شبکه تعريف کرد. اين تعريف منطقي به‌هيچ‌عنوان جزييات اجرايي مانند مپينگ منطقي به فيزيکي، مديريت منابع مشترک فيزيکي، مجازي‌سازي يا لايه‌لايه کردن مسيرداده SDN، توانايي عمليات مشترک با شبکه‌هاي غير SDN، توانايي پردازش داده که مي‌تواند عمليات لايه 4 تا OSI7 را شامل شود، رد يا تأييد نمي‌کند.

 کنترل SDN به رابط داده-سطح (CDPI)

SDN CDPI سطح رابط بين يک کنترلر SDN و يک مسيرداده SDN است که مي‌تواند حداقل کنترل برنامه‌نويسي شده تمام عمليات هدايت‌کنندگي، بيان توانمندي‌ها، گزارش آمار و اعلان رويدادها را انجام دهد. بخشي از جنبه‌هاي تأثيرگذاري SDN به اجراي CDPI به‌صورت آزاد و عمومي و به شکل سازگار پذير وابسته است.

 رابط‌هاي مسير شمال (NBI)

 NBIهاي SDN سطح ارتباطي بين اپليکيشن‌هاي SDN و کنترلرهاي SDN هستند و معمولاً نمايي خلاصه‌شده از شبکه ارائه داده و بيان مستقيم رفتار شبکه و الزامات را سبب مي‌شوند. ممکن است در هر سطحي از خلاصه‌سازي (عرض جغرافيايي) و در سراسر مجموعه‌هاي مختلف عملکردي (طول جغرافيايي) ديده شوند. بخشي از جنبه‌هاي تأثيرگذاري SDN به توانايي ايجاد اين سطوح ارتباطي به‌صورت آزاد و عمومي و به شکل سازگار پذير وابسته است.

 

منبع: بولتن خبری پیشرو نگار هدف