50亿，绍兴城市更新基金成立
06-18
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本文来自微信公众号“贤灶课堂”（xzclasscom）作者：魏煌松时至今日，谷歌在2019年公布的成果“利用SDN将广域网带宽利用率提高到接近%”，仍然是一个对于SDN的基准案例来说，也是一座难以逾越的高峰。
但事实上，当时使用的SDN控制器Onix早已退出历史舞台。
在今年的NSDI大会上，谷歌发表了一篇论文，详细介绍了其第二代SDN控制器Orion的设计原理、整体架构以及在生产网络中的应用。
虽然这篇论文最近才发表，但Orion已经在现网运行了四年，可谓“久经考验”。
今天的文章将分为几个部分，包括谷歌网络整体情况的介绍、第一代SDN控制器Onix的回顾以及谷歌新一代SDN控制器Orion的简要说明以及几个重要的设计注意事项。
图中显示了 Google 网络的概览。
Google的网络主要分为三个部分，B4、B2（也叫Espresso）和Jupiter。
其中，B4是谷歌数据中心互联网络，连接谷歌全球数据中心。
B2是Google面向互联网的网络，负责将用户服务从世界各地的POP点引入到数据中心。
Jupiter 是 Google 数据中心的内部网络。
这里补充一下Google网络承载的业务流量属性。
直到现在，很多运营商专家都表示，Google的流量基本上都是自己的业务，所以更可控，更适合SDN。
运营商网络的流量情况过于复杂。
事实上，随着谷歌产品线的扩张，尤其是云服务业务的增长，谷歌网络内部流量的不可预测性也在增加。
很大一部分流量已经不再是自己的事了。
谷歌的第一代SDN是谷歌的第一代SDN控制器Onix。
总体来说，有几点值得注意：首先，Onix本身是通过合作开发的，而不是自主开发的。
，其次，Onix的引入是一个循序渐进的过程，第三，Onix是一个单体程序。
Onix的研发是Nicara、NEC和Google之间的合作，甚至Nicara的专家也发挥了非常重要的作用。
但说到Orion，从论文来看，作者已经是全谷歌员工了。
可以说，谷歌的网络团队这几年成长迅速。
Onix投入生产的过程也是渐进的，大约花了三年时间才完成切换。
第一阶段是2016年推出的openflow交换机，但新型交换机的外部性能与传统交换机相同，只是网络协议操作是在控制器而不是设备本身完成。
第二阶段是长流切换过程。
直到今年年初，流量才完全切换到openflow网络上。
作为一个单一的程序，Onix 有许多无法解决的固有限制。
这也是Orion出现的原因。
单体程序在稳定性和开发速度方面都有很大的劣势。
以Google的能力，发布新版本需要5个月的时间。
这样的节奏显然与业务发展不相称。
Orion微服务版上线后，两周即可发布一个版本，预计将增加至一周。
分布式程序的稳定性大大提高，控制器完全崩溃的几率变得更小。
Orion的大局和Orion自身的工作模式可以用一个词来概括，那就是和解。
一方面，Orion接收网络管理员（人类或上层应用程序）的意图并逐层翻译。
另一方面，不断感知当前网络的实际运行状态，然后逐步调整网络的运行状态更接近管理层的意图。
从基本设计原理来看，它与 Kubernetes 几乎相同。
从架构的角度来看，Orion是一个典型的微服务应用。
最上层是各种具体的网络应用，比如负责域内路径计算的Routing Engine、负责BGP广播的Raven等。
中间核心层主要实现控制器的通用功能，包括集中的NIB数据库（也是消息队列功能）和负责处理配置、拓扑和流表生成的管理器，以及与路由器通信的OFE。
每个模块都是一个微服务，主要通过NIB承载的消息进行交互，这也保证了故障隔离和开发协调。
值得注意的是，Orion控制的所有路由器都只有openflow协议栈，没有传统协议栈。
BGP信息的广播和接收均在控制器上完成。
可以说SDN已经彻底实现了。
当然，出于安全考虑，Orion并不是一个集中的控制者，而是部署在不同的域中。
这最大程度地保证了网络的鲁棒性，同时牺牲了一些全局优势（例如更好的路径计算、更快的流表更新等）。
Orion的设计认为，作为超大规模生产网络的控制器，基于意图是必然的选择。
谷歌表示，宏观层面的意图比细粒度的流程更加稳定且不易出错。
因此，Orion本身被设计成一个控制器，对意图进行层层翻译和细化，最终将管理员的意图翻译成交换机可以识别的openflow原语。
Orion处理故障的原则也值得学习：积极处理小问题，而忽略大问题（不干扰数据表面的状态）。
如图所示，在数据流自上而下的三层路由器网络中，如果检测到两台路由器损坏，Orion就会将流量引流绕过损坏的路由器。
这是失败关闭的。
而如果感知到四个路由器全部损坏，Orion将不会执行任何操作并维持数据平面的当前状态，即故障静态。
这是因为一方面，Orion可以处理小问题而不影响当前的网络流量，但处理大问题会严重影响现有业务；另一方面，数据面出现大问题的几率其实很小，甚至更大的可能是管理通道或者控制器本身出现问题，所以大的误报的可能性很大。
-规模故障。
最后一点是关于管理渠道。
人们普遍认为带外管理将是一种更可靠的方法，因为它具有独立的管理通道。
但管理通道本身可能会被破坏，并且带外管理大量网元也会产生巨大的成本。
因此，Orion采取了带内管理和带外管理相结合的方式：一方面，只对重要设备进行带外管理，节省了大量成本；另一方面，带内管理和带外管理相互备份，避免管理通道损坏导致网元完全失控。
结论 网络运营追求的无非是安全和效率。
SDN本身就是为了效率而生的。
经过多年的行业实践，这一点没有太大争议，其效率提升也是实实在在的。
现在最大的争议主要集中在安全性和实施成本上。
考虑到网络的自然迭代，成本实际上不是问题，只是一个渐进的转变。
谷歌并不是一夜之间就更换了所有路由器。
至于安全性，我认为谷歌的论文和业界的其他实践已经回答了很多技术问题。
剩下的问题更多的是意识层面的：依靠算法来调度流量更安全，还是深夜进行两人切换更安全？是根据经验反复分析、层层检查得出的割接报告更可靠，还是软件自动计算的排水分析更准确？这些问题的答案并不明显，因为安全的定义很复杂。
这几年，笔者也做了一些网络智能方面的小工作。
总体来说，我们遇到了很多困难，取得了一定的成绩。
但我仍然坚信SDN是未来。
毕竟，人还是要有梦想的。
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