中国领先的IT技术网站
|
|

OpenFlow技术及应用模式发展分析

OpenFlow技术最早由斯坦福大学提出,旨在基于现有TCP/IP技术条件,以创新的网络互联理念解决当前网络面对新业务产生的种种瓶颈,已被享有声望的《麻省理工科技评论》杂志评为十大未来技术。

作者:老韩来源:弯曲评论|2011-05-23 14:16

OpenFlow扬帆起航

OpenFlow技术最早由斯坦福大学提出,旨在基于现有TCP/IP技术条件,以创新的网络互联理念解决当前网络面对新业务产生的种种瓶颈,已被享有声望的《麻省理工科技评论》杂志评为十大未来技术。它的核心思想很简单,就是将原本完全由交换机/路由器控制的数据包转发过程,转化为由OpenFlow交换机(OpenFlow Switch)和控制服务器(Controller)分别完成的独立过程。转变背后进行的实际上是控制权的更迭:传统网络中数据包的流向是人为指定的,虽然交换机、路由器拥有控制权,却没有数据流的概念,只进行数据包级别的交换;而在OpenFlow网络中,统一的控制服务器取代路由,决定了所有数据包在网络中传输路径。OpenFlow交换机会在本地维护一个与转发表不同的流表(Flow Table),如果要转发的数据包在流表中有对应项,则直接进行快速转发;若流表中没有此项,数据包就会被发送到控制服务器进行传输路径的确认,再根据下发结果进行转发。

OpenFlow扬帆起航

OpenFlow网络的这个处理流程,有点类似于状态检测防火墙中的快速路径与慢速路径的处理,只不过转发与控制层面在物理上完全分离。这也意味着,OpenFlow网络中的设备能够分布部署、集中管控,使网络变为软件可定义的形态。在OpenFlow网络中部署一种新的路由协议或安全算法,往往仅需要在控制服务器上撰写数百行代码。加州大学伯克利分校的Scott Shenker教授对此有着很到位的评价:“OpenFlow并不能让你做你以前在网络上不能做的一切事情,但它提供了一个可编程的接口,让你决定如何路由数据包、如何实现负载均衡或是如何进行访问控制。因此,它的这种通用性确实会促进发展。”

在得到学术界的普遍认可后,工业界也开始对这项新技术表达出浓厚的兴趣。OpenFlow已经在美国斯坦福大学、Internet2、日本的JGN2plus等多个科研机构中得到部署,网络设备生产商思科、惠普、Juniper、NEC等巨头也纷纷推出了支持OpenFlow的有线和无线交换设备,而谷歌、思杰等网络应用和业务厂商则已将OpenFlow技术用于其不同的产品中。就在半个月前,以OpenFlow为产品核心设计理念的初创企业Big Switch Networks成功完成了总额1375万美元的第一轮融资,标志着资本市场对这项新技术及其发展前景的充分认可。目前,OpenFlow的推广组织开放网络基金会(Open Networking Foundation)的成员基本涵盖了所有网络及互联网领域的巨头。

好用才是硬道理

使用新技术的代价往往十分高昂,好在OpenFlow具有足够的开放性,给在传统网络中的融合实现带来可能。清华大学信息技术研究院网络安全实验室在本届INFOCOM大会上现场展示的部署在清华大学信息楼内的LiveSec网络安全系统,就是一个非常好的范本。该系统在传统的以太网之上,通过无线接入技术和虚拟化技术引入了基于OpenFlow协议的控制层,显著降低了构建成本。

LiveSec网络安全系统包含三层架构:

LiveSec网络安全系统包含三层架构

以太网交换层: LiveSec基于传统的以太网络进行物理交换,所有的执行OpenFlow协议的接入设备通过传统以太网互联。

OpenFlow控制层: LiveSec使用支持OpenFlow协议的虚拟交换机(Open vSwitch)和无线路由器构成接入网络层。OpenFlow控制层构成LiveSec的逻辑拓扑,并由LiveSec控制器进行集中控制。

网络用户和服务节点: 网络用户通过无线路由器接入,服务节点通过虚拟交换机接入。所有接入流量在接入层受到LiveSec控制器的全局策略控制。

基于上述架构,LiveSec相对传统的安全部署模型具有多重优势。首先,该系统解决了安全设备的可扩展问题。通过全局细粒度的负载均衡,LiveSec支持安全设备在网络的任意位置进行增量式部署。新部署的节点会按照OpenFlow协议自行入网,并自动将控制权交由LiveSec控制器。所有的用户和服务节点均可在LiveSec网络内动态迁移,包括无线接入和虚拟机的无缝迁移。记者在展示现场尝试进行了基于虚拟机的服务节点动态加入网络的实验,当具有安全检测能力的虚拟机加入网络中时,LiveSec的可视化界面会显示出该虚拟机在网络中的拓扑及其具备的业务能力(如杀毒功能,协议识别功能等)。LiveSec控制器会依据新增节点的处理能力将需要安全处理的网络流量均衡到新的节点上,从可视化界面中也可以看到新增节点引起的链路流量变化。

传统网络中,安全设备一般被部署在边缘,对进出流量进行访问控制。

传统网络中,安全设备一般被部署在边缘,对进出流量进行访问控制。这种方式虽然成熟有效,对内网中的安全问题却无能为力。LiveSec创新的交互式访问控制特性则能很好地解决这一难题,由于系统提供了安全节点到控制器的信息交换通路,并针对安全事件设计了一套信息交换协议,LiveSec可以根据安全节点传来的安全事件,在用户接入层实施访问控制。这意味着,该系统做到了全网的点到点安全控制,任何攻击流量在不离开接入交换机的情况下就被扼杀在萌芽状态,内网安全的顽疾可以从根本上得到解决。

在OpenFlow网络中,控制服务器管控着所有的数据流,又能实时感知其他节点的状态,为可视化提供了足够的基础。

在OpenFlow网络中,控制服务器管控着所有的数据流,又能实时感知其他节点的状态,为可视化提供了足够的基础。记者在展示中看到,LiveSec结合OpenFlow协议以及应用层业务识别服务节点,将网络中所有的拓扑、流量、应用、安全变化都按照统一格式写入中央数据库,并在动态界面中实现了包括当前状态及历史事件回放在内的全网业务可视化。当使用无线设备的用户通过OpenFlow无线路由器接入后,立即会显示在系统的可视化界面中。该用户上网所涉及的应用层协议,也会实时显示在用户图标一侧。当用户访问不良网站或者进行攻击时,图标上会出现红色警示,LiveSec也会依据安全策略在用户接入端实时阻止用户的部分或所有流量。历史回放功能也相当实用,可以回放特定时间段内LiveSec的所有事件,攻击发起者包括地理位置在内的所有信息均可以通过数据库查找获取。

商业模式定成败

虽然OpenFlow网络从根本上解决了传统网络存在的很多问题,却也因标准化过程刚刚起步,缺乏大众化的、实用的落地方案,至今仍然多被用于各类实验性质的网络。在其发展的道路上,势必还要经历扩大用户规模和商业模式创新两大阶段。而纵观近年来IT行业巨头们的发展情况,缔造一个成功的商业模式,其重要性显然远远超过了技术创新。

在记者看来,LiveSec在某些技术以外环节上的创新,对OpenFlow的推广有着十分积极的意义。

在记者看来,LiveSec在某些技术以外环节上的创新,对OpenFlow的推广有着十分积极的意义。该系统将传统安全网关的数据平面拓展到整个网络之中,以全网内的OpenFlow交换设备作为数据转发平面。并且为了保证可扩展性并降低成本,保留了传统的以太网交换设备,仅通过引入支持OpenFlow协议的接入层网络来实现逻辑拓扑的全网可控。这意味着,有着一定研发能力的用户可以利用廉价的硬件平台和开源软件,自行搭建低成本的OpenFlow网络。据LiveSec团队负责人亓亚烜博士介绍,该校信息楼内实验网络的建设大量采用了传统的以太网交换机和无线接入点,OpenFlow控制层则由运行着开源的Open vSwitch模块的电脑和支持OpenFlow协议的第三方无线接入点固件DD-WRT实现,从而建立了一个低成本、高性能的OpenFlow网络。

未来的数据中心网络越来越趋向于由虚拟机和服务器群所组成,数据中心的交换架构则趋向扁平,使用高性能交换机群组或clos 网络甚至可以支持百万个节点的无阻塞互联。在这种情况下,网络服务质量及高可用性成为用户最为关心的问题。以LiveSec为代表的基于OpenFlow的网络操作系统支持网络设备的分布式部署,有效避免了单点失效问题。控制服务器的分布式部署,则可以利用分布式哈希技术同步全网拓扑和策略。当网络出现局部故障时,系统可以利用OpenFlow协议迅速构建全新的互联拓扑,甚至可以为不同的业务和应用分别构建不同的拓扑,以满足安全和服务质量的需求。这又是新的商业机会,试想一下,在OpenFlow网络的支持下,IaaS提供商可以为用户交付一个独一无二的网络,用户甚至可以自行设定数据流在本网内的路径和安全策略,而不仅仅是几个虚拟设备的控制权。

从系统实现模式的角度看,LiveSec的模式是构建网络操作系统(基于开源项目Nox),这个发展方向已经被许多业内人士所认同。不管对象是桌面还是网络,操作系统存在的根本意义都是管理设备和提供编程接口。众所周知,想发挥一块高性能显卡的处理能力,必须先安装该硬件的驱动。基于OpenFlow的网络操作系统也是如此,仍以LiveSec为例,所有OpenFlow交换设备和安全服务节点都可看作网络系统中的硬件设备,安全业务的实现则通过服务节点上的软件完成。当新的服务节点加入网络时,LiveSec控制器首先要知道这个节点能处理什么业务,以及如何与设备建立通信机制,才能让安全处理的执行者和决策者有效地互动起来。出于商业层面的考虑,这种机制的建立往往由服务提供者主动告知控制器,需要一个与电脑安装硬件驱动十分相似的过程。对网络管理者来说,这个步骤简化了部署及使用难度;而对设备制造商而言,这种方式也有利于将现有针对传统网络的产品快速移植到OpenFlow网络中。

受当前流行的运营模式影响,基于OpenFlow的网络操作系统也在加入更多的应用发行元素。当用户在控制台中添加服务如同在App Store获取应用般便捷时,OpenFlow网络的建设必然会步入高速发展阶段。实际上,这种发行模式与当前许多云安全服务的商务模式是可以无缝对接的,为云安全的落地提供了绝佳的渠道。以抗DDoS需求为例,在用户购买对象大量地由专用设备转向清洗服务的今天,供应商可以通过系统内置的发行体系为用户提供自助服务,然后按次数或处理能力收取费用;用户完全不必考虑现实中令人头疼的部署问题,只需通过“软件商店”下载安装相应服务,就能为OpenFlow网络添加抗DDoS的能力。

【责任编辑:佟媛微 TEL:(010)68476606】

点赞 0
分享:
大家都在看
猜你喜欢

热门职位+更多

读 书 +更多

数据挖掘:概念与技术

本书第1版曾被KDnuggets的读者评选为最受欢迎的数据挖掘专著,是一本可读性极佳的教材。它从数据库角度全面系统地介绍了数据挖掘的基本概念...

订阅51CTO邮刊

点击这里查看样刊

订阅51CTO邮刊
× Python一种神奇的语言