云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)與SDN：技術(shù)架構(gòu)與實現(xiàn)

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前言
第1章　云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn) 1
1.1　傳統(tǒng)的3-Tier架構(gòu) 1
1.2　設(shè)備“多虛一”——虛擬機框 2
1.2.1　Cisco VSS 2
1.2.2　Juniper VC與H3C IRF 4
1.3　高級STP欺騙——跨設(shè)備鏈路聚合 4
1.3.1　Cisco vPC 4
1.3.2　Juniper MC-LAG和Arista M-LAG 6
1.4　變革3-Tier——向Leaf-Spine演進(jìn) 6
1.5　初識大二層 9
1.6　插敘——虛擬機的接入 10
1.6.1　VEB 10
1.6.2　Cisco VN-TAG 11
1.6.3　VEPA 12
1.6.4　VEB性能優(yōu)化 13
1.7　消除STP——Underlay L2MP 14
1.7.1　TRILL 15
1.7.2　SPB 17
1.8　Cisco私有的大二層——FabricPath 19
1.8.1　整體設(shè)計 19
1.8.2　控制與轉(zhuǎn)發(fā)過程分析 21
1.8.3　其他技術(shù)細(xì)節(jié) 25
1.9　Juniper私有的大二層——QFabric 25
1.9.1　整體設(shè)計 26
1.9.2　集中式的控制機制 29
1.9.3　控制與轉(zhuǎn)發(fā)過程分析 30
1.10　Brocade私有的大二層——VCS 32
1.10.1　整體設(shè)計 33
1.10.2　控制與轉(zhuǎn)發(fā)過程分析 33
1.10.3　其他技術(shù)細(xì)節(jié) 35
1.11　跨越數(shù)據(jù)中心的二層——DCI優(yōu)化 36
1.11.1　Cisco OTV 36
1.11.2　HUAWEI EVN與H3C EVI 38
1.12　端到端的二層——NVo3的崛起 39
1.12.1　VxLAN 39
1.12.2　NvGRE 41
1.12.3　STT 42
1.12.4　Geneve 43
1.13　新時代的開啟——SDN入場 45
1.14　Overlay最新技術(shù)——EVPN 46
1.14.1　傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對SDN的反擊 46
1.14.2　組網(wǎng)與數(shù)據(jù)模型 47
1.14.3　控制信令的設(shè)計 48
1.15　Underlay最新技術(shù)——Segment Routing 55
1.15.1　SID與Label 56
1.15.2　控制與轉(zhuǎn)發(fā)機制 57
1.15.3　SDN 2.0？ 60
1.16　本章小結(jié) 62
第2章　雜談SDN 63
2.1　SDN與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)——新概念下的老問題 63
2.2　轉(zhuǎn)控分離——白盒的曙光 66
2.2.1　芯片級開放 68
2.2.2　操作系統(tǒng)級開放 71
2.2.3　應(yīng)用級開放 75
2.2.4　機箱級開放 76
2.2.5　白盒的“通”與“痛” 77
2.3　網(wǎng)絡(luò)可編程——百家爭鳴 78
2.3.1　芯片可編程 78
2.3.2　FIB可編程 80
2.3.3　RIB可編程 83
2.3.4　設(shè)備配置可編程 85
2.3.5　設(shè)備OS和控制器可編程 88
2.3.6　業(yè)務(wù)可編程 88
2.4　集中式控制——與分布式的哲學(xué)之爭 89
2.4.1　在功能上找到平衡點 90
2.4.2　在擴展性和可用性上找到平衡點 91
2.5　回歸軟件本源——從N到D再到S 94
2.5.1　模塊管理 94
2.5.2　模塊間通信 95
2.5.3　接口協(xié)議適配 96
2.5.4　數(shù)據(jù)庫 97
2.5.5　集群與分布式 98
2.5.6　容器與微服務(wù) 99
2.6　本章小結(jié) 100
第3章　SDDCN概述 101
3.1　需求 101
3.1.1　自動化與集中式控制 101
3.1.2　應(yīng)用感知 103
3.2　整體架構(gòu) 105
3.2.1　實現(xiàn)形態(tài) 105
3.2.2　功能設(shè)計 107
3.3　關(guān)鍵技術(shù) 107
3.3.1　網(wǎng)絡(luò)邊緣 107
3.3.2　網(wǎng)絡(luò)傳輸 110
3.3.3　服務(wù)鏈 112
3.3.4　可視化 115
3.3.5　安全 117
3.3.6　高可用 120
3.4　本章小結(jié) 122
第4章　商用SDDCN解決方案 123
4.1　VMware NSX 123
4.1.1　從NVP到NSX 124
4.1.2　NVP控制平面設(shè)計 125
4.1.3　NVP數(shù)據(jù)平面設(shè)計 125
4.1.4　NVP轉(zhuǎn)發(fā)過程分析 126
4.1.5　NSX-V整體架構(gòu) 128
4.1.6　NSX-V管理平面設(shè)計 129
4.1.7　NSX-V控制平面設(shè)計 130
4.1.8　NSX-V數(shù)據(jù)平面設(shè)計 132
4.1.9　NSX-V轉(zhuǎn)發(fā)過程分析 132
4.1.10　NSX-MH與NSX-T 139
4.2　Cisco ACI 140
4.2.1　整體架構(gòu) 141
4.2.2　管理與控制平面設(shè)計 142
4.2.3　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 145
4.2.4　轉(zhuǎn)發(fā)過程分析 152
4.2.5　議ACI與SDN 154
4.3　Cisco VTS 155
4.3.1　整體架構(gòu) 156
4.3.2　管理與控制平面設(shè)計 158
4.3.3　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 159
4.4　Juniper Contrail 162
4.4.1　整體架構(gòu) 164
4.4.2　管理與控制平面設(shè)計 167
4.4.3　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 173
4.4.4　轉(zhuǎn)發(fā)過程分析 175
4.5　Nuage VCS 176
4.5.1　整體架構(gòu) 178
4.5.2　管理平面設(shè)計 179
4.5.3　控制平面設(shè)計 179
4.5.4　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 180
4.6　Arista EOS與CloudVison 181
4.6.1　整體架構(gòu) 183
4.6.2　管理與控制平面設(shè)計 185
4.6.3　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 187
4.7　HUAWEI AC-DCN 187
4.7.1　整體架構(gòu) 187
4.7.2　管理平面設(shè)計 189
4.7.3　控制平面設(shè)計 189
4.7.4　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 193
4.8　Bigswitch BCF與BMF 194
4.8.1　整體架構(gòu) 195
4.8.2　BCF控制平面設(shè)計 196
4.8.3　BMF控制平面設(shè)計 201
4.8.4　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 205
4.9　Midokura Midonet 207
4.9.1　整體架構(gòu) 207
4.9.2　控制平面設(shè)計 210
4.9.3　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 213
4.10　PLUMgrid ONS 217
4.10.1　整體架構(gòu) 217
4.10.2　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 219
4.10.3　控制平面設(shè)計 221
4.10.4　轉(zhuǎn)發(fā)過程分析 222
4.11　Plexxi Switch與Control 225
4.11.1　整體架構(gòu) 225
4.11.2　數(shù)據(jù)平面設(shè)計 227
4.11.3　控制平面設(shè)計 229
4.12　Pluribus 230
4.12.1　Server Switch設(shè)計 231
4.12.2　Netvisor設(shè)計 232
4.12.3　再議數(shù)據(jù)中心SDN 235
4.13　本章小結(jié) 236
第5章　開源SDDCN：OpenStack Neutron的設(shè)計與實現(xiàn) 237
5.1　網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ) 237
5.1.1　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)類型 238
5.1.2　VLAN網(wǎng)絡(luò)類型中流量的處理 239
5.2　軟件架構(gòu) 242
5.2.1　分布式組件 242
5.2.2　Core Plugin與Service Plugin 243
5.3　WSGI與RPC的實現(xiàn) 245
5.3.1　Neutron Server的WSGI 245
5.3.2　Neutron Plugin與Neutron Agent間的RPC 247
5.4　虛擬機啟動過程中網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)實現(xiàn) 248
5.4.1　虛擬機的啟動流程 248
5.4.2　Nova請求Port資源 250
5.4.3　Neutron生成Port資源 250
5.4.4　Neutron將Port相關(guān)信息通知給DHCP Agent 252
5.4.5　DHCP Agent將Port相關(guān)信息通知給DHCP Server 252
5.4.6　Nova拉起虛擬機并通過相應(yīng)的Port接入網(wǎng)絡(luò) 252
5.5　OVS Agent的實現(xiàn) 253
5.5.1　網(wǎng)橋的初始化 253
5.5.2　使能RPC 255
5.6　OVS Agent對Overlay L2的處理 256
5.6.1　標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)發(fā)機制 256
5.6.2　arp_responder 258
5.6.3　l2_population 260
5.7　OVS Agent對Overlay L3的處理 261
5.7.1　標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)發(fā)機制 261
5.7.2　DVR對東西向流量的處理 262
5.7.3　DVR對南北向流量的處理 267
5.8　Security-Group與FWaaS 268
5.8.1　Neutron-Security-Group 268
5.8.2　FWaaS v1 269
5.8.3　FWaaS v2 269
5.9　LBaaS 270
5.9.1　LBaaS v1 270
5.9.2　LBaaS v2 271
5.9.3　Octavia 271
5.10　TaaS 272
5.11　SFC 274
5.12　L2-Gateway 275
5.13　Dynamic Routing 277
5.14　VPNaaS 279
5.15　Networking-BGPVPN與BagPipe 280
5.15.1　Networking-BGPVPN 280
5.15.2　BagPipe 280
5.16　DragonFlow 282
5.17　OVN 287
5.18　本章小結(jié) 290
第6章　開源SDDCN：OpenDaylight相關(guān)項目的設(shè)計與實現(xiàn) 291
6.1　架構(gòu)分析 291
6.1.1　AD-SAL架構(gòu) 292
6.1.2　MD-SAL架構(gòu) 293
6.1.3　YANG和YANG-Tools 294
6.1.4　MD-SAL的內(nèi)部設(shè)計 294
6.1.5　MD-SAL的集群機制 296
6.1.6　其他 298
6.2　OpenFlow的示例實現(xiàn) 298
6.2.1　OF交換機的上線 299
6.2.2　l2switch獲得PacketIn 301
6.2.3　l2switch下發(fā)PacketOut和FlowMod 302
6.3　OpenStack Networking-ODL 303
6.3.1　v1 303
6.3.2　v2 304
6.4　Neutron-Northbound的實現(xiàn) 306
6.4.1　對接Networking-ODL 306
6.4.2　RESTful請求的處理示例 306
6.5　Netvirt簡介 307
6.5.1　OVSDB-Netvirt和VPNService的合并 307
6.5.2　Genius 309
6.6　Netvirt-OVSDB-Neutron的實現(xiàn) 311
6.6.1　net-virt分支 311
6.6.2　net-virt-providers分支 317
6.7　Netvirt-VPNService的實現(xiàn) 321
6.7.1　elanmanager 323
6.7.2　vpnmanager 326
6.8　SFC的實現(xiàn) 328
6.8.1　sfc-openflow-renderer分支 328
6.8.2　sfc-scf-openflow分支 335
6.9　VTN Manager的實現(xiàn) 336
6.9.1　neutron分支 337
6.9.2　implementation分支 339
6.10　本章小結(jié) 342
第7章　開源SDDCN：ONOS相關(guān)項目的設(shè)計與實現(xiàn) 343
7.1　架構(gòu)分析 343
7.1.1　分層架構(gòu) 344
7.1.2　分層架構(gòu)的實現(xiàn) 345
7.1.3　模塊的開發(fā) 347
7.1.4　分層架構(gòu)存在的問題 347
7.1.5　數(shù)據(jù)存儲與集群 348
7.1.6　其他 349
7.2　OpenFlow的示例實現(xiàn) 349
7.2.1　OF交換機的上線 350
7.2.2　fwd獲得PacketIn 352
7.2.3　fwd下發(fā)PacketOut和FlowMod 356
7.3　ONOSFW的實現(xiàn) 359
7.3.1　vtnmgr分支 359
7.3.2　sfcmgr分支 363
7.4　SONA的實現(xiàn) 365
7.4.1　openstacknode分支 366
7.4.2　openstacknetworking分支 368
7.5　CORD簡介 371
7.5.1　R-CORD的架構(gòu) 372
7.5.2　R-CORD的控制與轉(zhuǎn)發(fā)機制 373
7.6　本章小結(jié) 376
第8章　學(xué)術(shù)界相關(guān)研究 377
8.1　拓?fù)?377
8.1.1　FatTree 377
8.1.2　VL2 379
8.1.3　DCell 380
8.1.4　FiConn 382
8.1.5　BCube 384
8.1.6　MDCube 385
8.1.7　CamCube 387
8.2　路由 388
8.2.1　Seattle 388
8.2.2　FatTree 391
8.2.3　VL2 393
8.2.4　PortLand 396
8.2.5　SecondNet 400
8.2.6　SiBF 401
8.2.7　SPAIN 402
8.2.8　WCMP 404
8.2.9　OF-based DLB 406
8.2.10　Flowlet與CONGA 406
8.2.11　Hedera 408
8.2.12　DevoFlow 409
8.2.13　MicroTE 409
8.2.14　Mahout 410
8.2.15　F10 410
8.2.16　DDC 411
8.2.17　SlickFlow 412
8.2.18　COXCast 413
8.2.19　Avalanche 415
8.3　虛擬化 416
8.3.1　NetLord 416
8.3.2　FlowN 418
8.3.3　FlowVisor 420
8.3.4　ADVisor 421
8.3.5　VeRTIGO 423
8.3.6　OpenVirteX 424
8.3.7　CoVisor 426
8.4　服務(wù)鏈 427
8.4.1　pSwitch 427
8.4.2　FlowTags 428
8.4.3　Simple 430
8.4.4　StEERING 432
8.4.5　OpenSCaaS 434
8.4.6　SPFRI 435
8.5　服務(wù)質(zhì)量 437
8.5.1　NetShare 437
8.5.2　Seawall 438
8.5.3　GateKeeper 439
8.5.4　El