SDN助力數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的真正池化

隨著云計算技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)能力上的不足越來越明顯，主要體現(xiàn)在兩個方面，一是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的支持能力不足，二是不支持業(yè)務(wù)自動化部署和靈活編排。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)引入SDN控制器，基于集中控制、轉(zhuǎn)控分離的架構(gòu)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源全局集中管控、智能調(diào)度，提高了網(wǎng)絡(luò)資源利用率；基于開放可編程的接口，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的自動化快速開通部署。

SDN助力數(shù)據(jù)中心真正池化

SDN數(shù)據(jù)中心為多租戶提供虛擬、隔離、可擴展、自管理的NaaS（Network as a Service)，SDN助力云計算數(shù)據(jù)中心實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的真正池化，使數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)在云計算時代實現(xiàn)網(wǎng)隨云動。

SDN控制器在數(shù)據(jù)中心的引入，極大提升了數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的承載和服務(wù)能力。但同時，SDN控制器作為整個數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的“大腦”，其高可靠部署對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運行非常重要。

SDN控制器的高可靠性分為兩個層面，分別是設(shè)備層面的高可靠和業(yè)務(wù)層面的高可靠。設(shè)備層面的高可靠是指SDN控制器設(shè)備硬件、軟件本身具有主備冗余的高可靠，在單一硬件和軟件模塊故障時SDN控制器依然能穩(wěn)定可靠運行。業(yè)務(wù)層面的高可靠是指SDN控制器對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)配置的高可靠下發(fā)以及業(yè)務(wù)配置數(shù)據(jù)的高可靠存儲，比如配置事物全局一致性、南向數(shù)據(jù)一致性等功能。

SDN控制器的部署有單節(jié)點、單集群的部署，也有能滿足更高可靠性的異地災(zāi)備的主備集群部署。本文從單集群和主備集群的規(guī)劃與部署兩個方面，較詳細地闡述了SDN控制器高可靠規(guī)劃、部署與實現(xiàn)。

SDN控制器單集群規(guī)劃與部署單集群內(nèi)部，北向模塊、數(shù)據(jù)庫、南向模塊應(yīng)至少提供一主一備的冗余部署。

單集群部署的SDN控制器，要求集群內(nèi)節(jié)點服務(wù)器數(shù)量≥3臺，節(jié)點劃分為Leader和Follower的角色。Leader節(jié)點負責集群內(nèi)各節(jié)點業(yè)務(wù)的統(tǒng)一調(diào)度管理，當有節(jié)點故障的時候，Leader節(jié)點負責將故障節(jié)點下的設(shè)備進行重新分配。Leader節(jié)點故障時，F(xiàn)ollower經(jīng)選舉比較，優(yōu)先級最高的Follower角色轉(zhuǎn)換成Leader節(jié)點。

北向Portal模塊應(yīng)能通過主備冗余方式或者多活方式，對外為北向應(yīng)用、協(xié)同層或云平臺提供統(tǒng)一的浮動IP，通過北向接口接收應(yīng)用、協(xié)同層的控制信息。

Portal模塊通過輪詢方式將北向接收到的指令發(fā)放給集群內(nèi)節(jié)點，由集群內(nèi)節(jié)點計算處理，并通過南向接口完成向設(shè)備配置的下發(fā)。

北向的負載均衡調(diào)度模塊應(yīng)能動態(tài)檢測各節(jié)點北向接口狀態(tài)，當檢測到某節(jié)點的北向接口狀態(tài)異常時，能標記該節(jié)點為不可用，并出發(fā)節(jié)點異常告警，停止北向請求到該節(jié)點的發(fā)放。當北向接口檢測到節(jié)點恢復(fù)正常后，能重新標記為可用，并重新將節(jié)點加入到北向請求接收的隊列當中。

集群內(nèi)控制器南向模塊應(yīng)能至少支持建立控制器節(jié)點到轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備間的一主一備雙連接，即轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備能和集群內(nèi)兩個控制器節(jié)點建立連接，默認通過主連接管理轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，當主連接的控制器節(jié)點故障時，自動切換到備連接管理轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，同時將備連接切換為主連接，并重新再給該設(shè)備建立一個備連接。

控制器集群內(nèi)應(yīng)能支持配置事物全局一致性，即一個業(yè)務(wù)配置涉及集群內(nèi)多個節(jié)點、數(shù)據(jù)庫節(jié)點、網(wǎng)絡(luò)控制節(jié)點、轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備節(jié)點時，應(yīng)確保每個節(jié)點都能成功，如果中間某個節(jié)點異常，則全部配置事物回滾。

SDN控制器應(yīng)支持南向數(shù)據(jù)一致性，即當控制器和南向轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間出現(xiàn)配置不一致時，控制器能進行南向差異發(fā)現(xiàn)和差異修復(fù)，從而實現(xiàn)控制器和南向轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備配置一致。要求控制器能定期進行差異化監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)差異時，能主動觸發(fā)告警通知用戶，用戶查看和確認后，由用戶發(fā)起以控制器為準或者以轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備為準的差異化修復(fù)。

SDN控制器應(yīng)支持系統(tǒng)備份功能，定期將控制器系統(tǒng)數(shù)據(jù)生成快照，并將快照信息備份存放到遠端服務(wù)器。當控制器系統(tǒng)出現(xiàn)不可恢復(fù)的故障時，可以使用歷史系統(tǒng)快照信息重新部署一套存有全部配置信息的相同控制器。

SDN控制器應(yīng)支持集群節(jié)點替換功能，集群內(nèi)某節(jié)點損壞（譬如服務(wù)器損壞，無法恢復(fù)），可以單獨使用新的服務(wù)器替換該故障節(jié)點。

SDN控制器集群部署在云計算數(shù)據(jù)中心場景時，應(yīng)規(guī)劃在管理網(wǎng)中，SDN控制器通過管理網(wǎng)和軟硬件轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備通信，下發(fā)流表、策略等。因此在云計算數(shù)據(jù)中心場景要求管理網(wǎng)獨立規(guī)劃，和業(yè)務(wù)網(wǎng)物理隔離，保證SDN控制器和轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間的高質(zhì)量連接。

SDN控制器支持主備集群的容災(zāi)部署為進一步提高SDN控制器的可靠性，SDN控制器除了單集群部署，還應(yīng)能支持主備集群的容災(zāi)部署方式。主備集群部署在不同的地域。正常情況下，主控制器集群工作處理業(yè)務(wù)，備集群運行但不處理業(yè)務(wù)。主備集群容災(zāi)部署時，主集群業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫與容災(zāi)備集群數(shù)據(jù)庫應(yīng)實現(xiàn)同步備份。

主備控制器集群間建立心跳連接，當主控制器集群故障時，可自動或手動完成容災(zāi)切換。要求心跳間隔、心跳超時個數(shù)閾值可配置，心跳超時后觸發(fā)告警或者觸發(fā)自動主備倒換的動作可配置。

SDN控制器主備集群部署建議架構(gòu)如圖所示。

圖? SDN控制器主備集群部署建議架構(gòu)

為增強系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，在規(guī)劃時建議不開啟故障時主備自動切換和故障恢復(fù)時的自動回切，建議人工手動方式進行切換。管理員在接收到心跳超時告警時，人工確認主備集群的工作狀態(tài)，必要時進行主備集群切換；故障恢復(fù)后，需要進行回切時，應(yīng)該在確認系統(tǒng)狀態(tài)后，在業(yè)務(wù)低峰時段進行回切。

主備集群部署時，控制器集群北向?qū)覱penstack云平臺或者協(xié)同編排層，要求在Openstack云平臺或者協(xié)同編排層上配置主備集群的IP地址，并且定期檢查主備集群的角色、狀態(tài)。當檢測到集群主備狀態(tài)變化并確認后，能自動或人工修改主備角色狀態(tài)。建議在檢測到集群狀態(tài)變化時，觸發(fā)告警，在人工確認后，修改主備角色狀態(tài)。

主備集群間帶寬和時延應(yīng)滿足集群需求，要求集群互聯(lián)預(yù)留帶寬≥1Gbit/s，集群互聯(lián)時延≤10ms。10ms內(nèi)異地容災(zāi)部署效果最好，超過10ms后可能會導致容災(zāi)數(shù)據(jù)丟失。當集群互聯(lián)時延＞10ms時，認為備集群位置不具備集群部署條件，不建議進行主備集群部署，應(yīng)進行備集群位置重選以符合主備集群部署條件。