SDN控制器究竟在干啥?
一提到SDN，大家就會想到南北向接口，南向接口負責和交換機的交互，北向接口負責和各種應用的交互，SDN控制器穩坐中間，運籌帷幄，決勝千里。在博主看來，這只是SDN的冰山一角。對這個問題比較全面的闡述出現在OpenStack Silicon Valley上Martin Casado的一次演講。雖然這次演講的主題是數據中心的策略管理(Policy for the Cloud Frontier)，但Martin在演講中定義的三個方面卻實實在在是所有SDN系統需要解決的最基本的三個問題。
1. 南向接口
這個方面很好描述，交換機來自不同的廠家，控制器來自不同的廠家，如何讓它們互聯互通?本質上，這不是一個技術問題，而是不同廠商的利益問題。ONF的OpenFlow和OF-Config，Cisco的OpFlex，甚至有些廠家使用XML/Json + REST API。根據目前的情況，要建立南向接口標準困難重重。
OpenFlow + OF-Config是目前最好的選擇，標準相對而言最完善，開源的實現最完整并且已經有廠家開始開始支持OpenFlow1.3和1.4了?；贠penFlow的系統已經在Google得到了部署[link]。
對于OpFlex和ACI，博主還呈觀望態度。如果沒有Cisco之外的其他交換機廠商支持，用戶仍然會陷入vendor lock-in的窘境，希望通過SDN節省成本可能會比較困難。
對于采用XML/Json + REST API作為南向接口，博主并沒有特別強烈的偏好。不少云服務提供商的網絡就是用REST API從控制器向交換機推送配置的。唯一的問題是：這種集中的配置管理其實只是包裝在傳統網絡上面的一個feature，交換機之間仍然通過傳統的二層三層協議互聯互通。這種方案不會節省網絡部署和運維的成本，相反，由于這個新的feature，企業可能還要購買額外的軟件，聘請額外的工程師圍繞這個新feature進行開發和維護。這也從一個側面解釋了為什么有些企業部署所謂的SDN之后，成本反而增加：它們SDN的不徹底。
2. 分布式的狀態管理
也許大家會問：SDN都集中控制了，哪里需要分布式的狀態管理呢?但事實上，這是一個非常棘手的問題。博主會在之后的文章里詳細討論這個問題，這里給大家舉個例子先：試想在SDN網絡中的一條link突然斷了，交換機將這個事件通知了SDN控制器。SDN控制器決定將所有經過這條link的流轉移到另外一條路徑上，換言之，僅僅斷掉一條link，新舊路徑上的每一個交換機都需要做出相應的更新。更復雜的問題是：SDN控制器應該以怎樣的順序來更新眾多的交換機呢?由于SDN控制器和各個交換機的通信延時，控制平面的擁塞狀況，交換機CPU的負載不同，SDN控制器發給各個交換機的Flow_Mod會無序的生效。那么，在流表被更新的這段時間，網絡便處于一個完全無法描述的狀態。擁塞丟包，路由黑洞都可能在這段時間發生。如果這段時間足夠的短，整個網絡馬上從上一個穩定的狀態進入到下一個穩定的狀態，大家也需可以接受。但是如果由于某些原因，這次狀態變化失敗，我們是否允許網絡處于一個未知的中間狀態?我們是否需要像數據庫那樣支持網絡狀態的回滾?通過這個簡單的例子，我們已經發現，要維持SDN控制器和網絡中所有交換機的狀態保持同步是一件非常困難的事情。如何解決這個問題，博主會在稍后的博文中分享一些教訓。
3. 用戶模型到轉發模型的映射
正如Martin所說，這個問題是SDN中最難也是最容易被忽略的一個問題。我們不妨集體腦補一個場景，看看這究竟是一個什么樣的問題：博主我剛剛用最高大上的SDN技術搭建了一個支持多租戶的數據中心(multi-tenancy datacenter)。我很開心的迎來了第一個租戶(tenant)，這個租戶的要求是建立一個擁有2 臺web服務器和1臺數據庫服務器的網站。web 服務器和數據庫屬于不同的子網，在web服務器之前需要部署一個防火墻。web和數據庫之間只允許在TCP端口1234上進行通訊。要命的是，這個租戶希望自己能夠一站式的完成所有以上的配置。我們仔細想想這個要求意味著什么。首先，SDN控制器要允許不同的租戶登錄，并且每個租戶僅僅能夠看到和配置自己的網絡及服務。其次，SDN控制器需要定義一套配置語言，并且這套語言僅僅需要描述業務邏輯，和底層網絡沒有絲毫的關系。再次，在租戶定義完成之后，不論實際網絡的拓撲是什么樣子，SDN控制器都需要把租戶的配置轉變為網絡中實實在在的流表。在上面的這個例子中，SDN控制器甚至需要部署防火墻等網絡服務。有些數據中心是使用專門的硬件來履行這些網絡服務的，那么SDN控制器就一定要準確的計算和更新流表，確認網絡流量會沿著正確的路徑經過這些硬件服務節點。
在設計SDN系統時，還存在一些更難的問題，比如高可靠性(high availability)，自動化部署(zero-touch provisioning)，無丟包升級(hit-less upgrade)等等。之后的博文中會陸續涉及。在這里博主只想強調：要設計一個最最基本的SDN系統，這里所提到的三個方面是一定要仔細斟酌，設計和施工的。
