前言——關(guān)于虛擬路由

SDN，抑或是OpenFlow，能否為路由市場(chǎng)開辟一個(gè)新的時(shí)代?以O(shè)penvSwitch為代表的開源軟件交換機(jī)，已經(jīng)推動(dòng)SDN界發(fā)展了一段路程，但是，開源的、基于軟件的路由器或路由方案卻顯得很少。為此，本文介紹了三種比較成體系的虛擬路由方案，并對(duì)其中一款做一個(gè)架構(gòu)簡(jiǎn)述。本文所介紹的虛擬路由方案主要是：OpenContrail，Vyatta，RouteFlow。

OpenContrail

OpenContrail包含OpenContrail控制器和OpenContrail虛擬路由。

OpenContrail控制器是一個(gè)邏輯上集中但是物理上分布的SDN控制器，為虛擬網(wǎng)絡(luò)提供管理，控制和分析功能。

OpenContrail vRouter是一個(gè)分布式的路由服務(wù)，運(yùn)行在虛擬服務(wù)器的hypervisor上，將網(wǎng)絡(luò)從一個(gè)數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)的物理路由器和交換機(jī)擴(kuò)展成一個(gè)虛擬的基于虛擬服務(wù)器主機(jī)之間通訊的overlay網(wǎng)絡(luò)。

在OpenContrail中，虛擬路由器和hypervisor緊密結(jié)合，借助MPLS over GRE/UDP或VXLAN實(shí)現(xiàn)Overlay網(wǎng)絡(luò)。penContrail的跨數(shù)據(jù)中心虛擬化是借助MPLS L3 VPN或者EVPN實(shí)現(xiàn)的，這種技術(shù)比較成熟可靠。OpenContrail虛擬路由器從概念上和現(xiàn)在vSwitch非常接近，但是它提供路由以及更高層的服務(wù)(使用vRouter替代vSwitch)。

OpenContrail架構(gòu)：

可以看到其中包含的分布式的控制器和vRouter。OpenContrail提供了完善的東西南北向接口。北向接口提供的REST接口能被供應(yīng)商使用，或是集成至OpenStack之類的系統(tǒng)(ONOS也提供了類似功能的北向接口);南向接口主要是用于虛擬或物理網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的通訊;東西向接口可以與其他控制器通訊。在OpenContrail中使用了多種協(xié)議，如BGP、XMPP、Netconf等，在圖中可以看到它們的用途。

實(shí)際上，控制器包含三個(gè)組件，可以部署在不同物理節(jié)點(diǎn)上的組件：配置節(jié)點(diǎn)、控制節(jié)點(diǎn)和分析節(jié)點(diǎn)。

配置節(jié)點(diǎn)：作為中介，在上層應(yīng)用和下層基礎(chǔ)間提供轉(zhuǎn)換，即利用底層基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)上層應(yīng)用的功能。

控制節(jié)點(diǎn)：主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)的信息同步，確保環(huán)境中的信息一致。

分析節(jié)點(diǎn)：提供的功能有點(diǎn)類似于統(tǒng)計(jì)分析，把收集回來(lái)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并進(jìn)行展示。關(guān)于虛擬路由功能：

虛擬路由器是一個(gè)用戶空間進(jìn)程，在Linux中運(yùn)行，是一個(gè)本地的，輕量控制平面。并且每個(gè)虛擬路由器都會(huì)連接至少兩個(gè)控制節(jié)點(diǎn)，提供了路由的冗余。

虛擬路由器主要依靠XMPP接受來(lái)自控制節(jié)點(diǎn)上的配置狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)這些配置狀態(tài)，同時(shí)兼顧事件和日志等匯報(bào)工作。

關(guān)于XMPP：

XMPP基于XML，原叫Jabber，OpenContrail系統(tǒng)使用XMPP作為一個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)和控制節(jié)點(diǎn)之間的通用信息總線。

RouteFlow：

RouteFlow是由巴西CPQD公司開發(fā)的一套虛擬IP路由服務(wù)。目前的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備大多是專有軟件運(yùn)行在專有硬件上，價(jià)格高昂，難以被編程，一定程度上限制了創(chuàng)新。RouteFlow的開發(fā)動(dòng)機(jī)就是在開源路由工具的基礎(chǔ)上，結(jié)合開放api，在商用硬件上實(shí)現(xiàn)一個(gè)性能良好的，可定制的開放路由方案。

與傳統(tǒng)的路由架構(gòu)比較：

現(xiàn)有方案：

Routeflow方案：

可以看到，控制邏輯位于控制器，分離數(shù)據(jù)平面與控制平面。這樣一來(lái)，硬件架構(gòu)就可以進(jìn)一步簡(jiǎn)化。

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系統(tǒng)組成：

架構(gòu)圖：

一套完整的Routeflow包含以下幾個(gè)主要組件：RF-Controller，RF-Server，RF-Slave

系統(tǒng)的關(guān)鍵特性：

1.分離的數(shù)據(jù)平面與控制平面

2.松耦合的架構(gòu)

3.不變的路由協(xié)議堆棧

4.容易擴(kuò)展為多控制器

5.支持多種虛擬化技術(shù)

6.支持多種交換機(jī)

RF-Controller：

這是一個(gè)基于Openflow控制器的應(yīng)用，為Openflow API扮演一個(gè)proxy的角色，同時(shí)與Openflow datapath相互作用，與RF-Server協(xié)同工作，接收f(shuō)low相關(guān)的命令并通過OVS為VM傳送數(shù)據(jù)。

RF-Server：

它作為Routeflow的核心，它負(fù)責(zé)的工作主要有管理VM，配置虛擬環(huán)境(virtual environment)，接收來(lái)自RF-Controller的事件(如packet-in)，使VM與Openflow交換機(jī)關(guān)聯(lián)起來(lái)決定VM的數(shù)據(jù)包的傳輸，請(qǐng)求在Openflow交換機(jī)中安裝或修改一個(gè)flow。

RF-Slave：

它作為daemon在基于Linux的VM中運(yùn)行，還負(fù)責(zé)把VM注冊(cè)到RF-server并配置VM，通過Linux netlink事件監(jiān)聽ARP與IP表的更新，把路由更新(routing updates)轉(zhuǎn)換為flow規(guī)則，把ARP entry轉(zhuǎn)換為flow規(guī)則，它還可以發(fā)送flow updates至RF-Server。

它主要配置接口，啟用、關(guān)閉路由引擎，執(zhí)行對(duì)接口配置和ARP或路由表的清理。

Routeflow所依賴的一些軟件：

Quagga：

Quagga是由一個(gè)日本開發(fā)團(tuán)隊(duì)編寫的一個(gè)以GNU版權(quán)方式發(fā)布的軟件。該項(xiàng)目自1996年運(yùn)作至今。

借助Quagga可以實(shí)現(xiàn)一臺(tái)功能完備的路由器。Quagga能夠同時(shí)支持RIPv1、RIPv2、RIPng、OSPFv2、OSPFv3、BGP-4和 BGP-4+等諸多TCP/IP協(xié)議。Quagga的特性主要有：模塊化設(shè)計(jì)：它使用了模塊化的架構(gòu)，一種協(xié)議對(duì)應(yīng)一個(gè)模塊。

運(yùn)行速度快：基于模塊化的架構(gòu)，速度很快。

可靠性高：可以在工作期間進(jìn)行故障診斷和修復(fù)。

支持Ipv6：Quagga不僅支持Ipv4，還支持Ipv6。

容易上手：Quagga的配置方式和Cisco的IOS幾乎完全相同。

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MongoDB：

MongoDB是一個(gè)基于分布式文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)。由C++語(yǔ)言編寫。旨在為WEB應(yīng)用提供可擴(kuò)展的高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案。

特點(diǎn)：高性能、易部署、易使用，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)非常方便。

主要功能特性有：

面向集合存儲(chǔ)在Routeflow中提供基本的路由功能。

無(wú)模式

動(dòng)態(tài)查詢

支持索引

支持復(fù)制和故障恢復(fù)

使用BSON格式儲(chǔ)存數(shù)據(jù)

能自動(dòng)處理碎片，以支持云計(jì)算層次的擴(kuò)展性

支持Python，Java等多種語(yǔ)言的綁定

在Routeflow中主要為RF-Serve儲(chǔ)存數(shù)據(jù)。

Vyatta：

Vyatta公司在2002年提供了開源版本的虛擬路由，后來(lái)博科收購(gòu)了Vyatta虛擬路由，后來(lái)更是推出了Vyatta控制器，野心不小，目的是能控制所有博科的硬件設(shè)備和符合ODL標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)硬件。目前Vyatta的相關(guān)資料并不多，但是博科提供了Vyatta 5400的60天免費(fèi)試用。

但是，出現(xiàn)了一個(gè)社區(qū)版fork，叫VyOS。VyOS支持的平臺(tái)從KVM、XEN、VMware、Hyper-V到VirtualBox。支持IPv4和IPv6 BGP，OSPFv2及OSPFv3(尚不完全)，RIP等。

結(jié)語(yǔ)：

目前市面上可供選擇的虛擬路由方案并不多，只有像Juniper收購(gòu)的OpenContrail，Brocade的Vyatta。所屬Juniper的OpenContrail，的確在整體上都是非常給力的，但是Juniper似乎沒有好好地維護(hù)開源版的文檔及軟件源，部署有相當(dāng)大的困難。

Brocade的Vyatta只有60天的試用，始終不是最好的研究對(duì)象，但生產(chǎn)環(huán)境可以考慮下。也可以考慮使用下由社區(qū)主導(dǎo)的VyOS。只剩CPQD的RouteFlow比較適合研究，但是要應(yīng)用到生產(chǎn)環(huán)境就得花點(diǎn)功夫，文檔并不多。

在如今的虛擬路由市場(chǎng)，競(jìng)爭(zhēng)并不健康，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)硬件供應(yīng)商的割據(jù)下，并不利于學(xué)術(shù)研究。本文在介紹其他兩種方案的同時(shí)對(duì)Routeflow的架構(gòu)做了大體的介紹，希望本文能對(duì)各位研究者有所幫助。