SDN：softwaredefined networking，官方定义软件定义网络，目的是控制与数据层面分离。
通俗一点来解释：传统的网络设备会有独立的系统，每台设备利用自己的控制层面形成单独的转发信息，例如网络工程师熟悉的OSPF每台运行进程的设备有独立的LSDB，通过交互来形成各自独立的路由表、既然各大网络厂商（Cisco、Juniper、Huawei等）有成熟的底层系统，IETF有成熟的各种协议，看起来一切很完美。但是凡事都有两面性，传统的网络设备价格相对昂贵，在交互各自的信息以及计算时消耗了大量的网络与计算资源。
这时候我们的一位主角出厂了，先看一下经典的一张SDN架构图：
SDN是一种架构，分为了3个层面：
1．转发层：上图的基础设施层，提供数据的转发，原来的控制层面单独分离出去，仅需要一些基础功能的“傻瓜”白牌交换机；
2．控制层：狭义的来讲就是SDN控制器，既然转发层只做单纯的数据转发，那么原本的控制数据，就由本层通过南向的协议（OF,OLD,ONOS等）下发一条条的流标来“告诉”如何去处理数据，利用netconf，ovsdb等对南向设备下发配置；另外对北向提供API接口，利用可编程、可视化等简化操作提高自动化能力；
3．应用层：利用可编程的应用和平台对控制器进行控制调度。比如openstack的云OS去基于用户自动下发需求，由SDN控制器完成相关调度；
以上可以说是实验室理论，也可以说是狭义的SDN概念，优势显而易见：可编程可视化、控制层面分离使SDN控制器站在上帝视角控制全场、网络设备的功能瘦身大量节约资金的投入。但是近些年来，网络一直是硬件厂商的天下，基础设施的白牌话，严重影响了厂商的利益，所以狭义的SDN举步维艰。既然如此那近几年为何SDN为何忽然“火”起来？一切要从SDN的主战场数据中心说起：
简述数据中心发展史：
一切技术都是顺应需求推动在发展
一、最初的数据中心，多以提供www的业务为主，这决定了传统三层的南北向为主的IDC设计，我们简单看一下：
Access接入层：一般为ToR交换机，提供物理服务器的接入，是面向计算存储资源的第一层；
Aggregation汇聚层：对接入层交换机进行数据汇聚，基于vlan隔离广播域，实现L2/L3的转换，并提供service服务如LB,FW等；
Core核心层：提供跨汇聚及北向出口的高速的L3的转发；
顺便说一下在传统IDC中，南北向流量可以理解为用户基于互联网访问到数据中心的，或者数据中心通过Core访问到互联网的流量；东西向流量指的是数据中心内部，跨越Core/Agg/Acess的内部流量。
三层结构最显著的点是：接入层的L2的流量会在汇聚层终结，接入与汇聚间通过堆叠或者vPC等基于避免环路和STP；汇聚层继而通过L3+ECMP在汇聚和核心层间高速转发；跨越汇聚的东西向流量需要经过L2-L3-L3-L2如此传输；
二、传统大二层架构。还是那句一切技术都应顺应需求，云计算和虚拟化的发展，使得数据中心的主要流量演变成成东西向，各业务和服务要基于大的二层环境来设计部署，传统的三层架构演变成下图的传统大二层：
该架构Core作为L2/L3的终结，内部的vlan网关、北向的出口全部由Core来承担，所有东西向流量无需跨越L3的传输，汇聚层的作用极大的削弱，也为后面的Clos架构做了铺垫。这种设计解决了东西向流量为主的IDC环境的需求，但也存在一些弊端：
1.次优路径最为显著，在跨越网段的数据传输过程中，无论server是否在同一Access甚至Aggregation交换机下，都需要穿越Core，造成大量的带宽浪费和数据时延如下图：
2.随着虚拟机的大规模部署，ARP表会爆炸式增长，对Core交换机性能产生很大的冲击；
3.公有云和多租户使传统的4096个vlan不足以支撑。
三、Clos,Fat-tree架构，Clos是一种fabric的架构，提供了高速无阻尼的传输，具体的设计原理不做赘述，具体的模型就是现在数据中心的Spine-Leaf架构。
1．Spine层处于核心层面，与Leaf节点三层互联，并通过IGP实现ECMP，在上图Cisco的架构中，数据的南北向通过BorderLeaf内的Router与互联网互联，Huawei的Leaf-Spine的架构中，serviceleaf（FW,LB等）及borderleaf（Router）的很多功能是直连到Spine上实现；
2．Spine 与服务器直连，并且负责L2/L3的终结。
3．Spine、Leaf可以在不改变现有架构的基础上横向扩展，如果规模继续扩大，也可以纵向做5跳的更深一层面的Spine扩展。
稳定性，扩展性已经得已解决，但是L2/L3的终结依然在Leaf，数据中心跨越机柜或者说Leaf的二层扩展，就要用到我们的overlay技术。
Trill、FabricPath、Qfabrci等等MacinMac的二层技术被提出，例如Trill是基于Spine-Leaf underlay的isis的tlv来传递二层流量。所有的underlay设备被称为RB,外层以太网的DA/SA为Egress/IngressRB的Mac地址，只转发时逐条修改，由isis提供控制层面和ECM。我们所需的“大二层”实现了，不过要求所有的underlay设备支持，并且vlan的数量并没有得以解决。
与此同时，以VMware为代表的虚拟化软件厂商，围绕overlay技术打造基于软件的tunnel技术，以实现“跨越”物理交换机的大二层技术。并有IETF制定了NVo3的相关标准，其中Vxlan，NvGre，STT都是基于该标准制定的大二层技术。
NvGre是微软提出的，在Hyper-V中的MacinGre的技术，STT是由大名鼎鼎的Nicira（SDN的奠基者STT,Ovs，openstack Neatron的研发公司），另外就是现在基本一统天下的VMware和Arista联合提出的Vxlan。
下图我们简单分析一下Vxlan的封装格式：
在硬件的Vtep中，一般是由Leaf交换机在原始的数据报文前封装Udp及Vxlan报头，是一种MacinUDP的overlay技术。
UDP报头的目的端口默认为4789，源端口基于内层以太网的帧头hash得出，用来做ECMP；
Vxlan报头中的VNI类似我们Vlan的vid，24bit所以最大支持1600W个Vxlan；
在我们看一下Vxlan的数据传输过程前，首先了解几个vxlan的关键概念：
NVE：网络虚拟边缘节点NVE，实现网络虚拟化功能的网络实体。报文经过NVE封装转换后，NVE间就可基于三层基础网络建立二层虚拟化网络。
VTEP: VTEP是VXLAN隧道端点，封装在NVE中，用于VXLAN报文的封装和解封装。VTEP与物理网络相连，分配有物理网络的IP地址，该地址与虚拟网络无关。VXLAN报文中源IP地址为本节点的VTEP地址，VXLAN报文中目的IP地址为对端节点的VTEP地址，一对VTEP地址就对应着一个VXLAN隧道。
Gataway：和VLAN类似，不同VNI之间的VXLAN，及VXLAN和非VXLAN之间不能直接相互通信。为了使VXLAN之间，以及VXLAN和非VXLAN之间能够进行通信，VXLAN引入了VXLAN网关。
VXLAN网关分为：
- 二层网关：用于解决租户接入VXLAN虚拟网络的问题，也可用于同一VXLAN虚拟网络的子网通信。
- 三层网关：用于VXLAN虚拟网络的跨子网通信以及外部网络的访问。
根据三层网关部署方式的不同，VXLAN三层网关又可以分为集中式网关和分布式网关。我们先看集中式网关的传输过程：
Server1的数据帧到达Leaf1（VTEP），剥离原有的VID，封装Vxlan报头及VNI，如果目的IP是Server2，同一网段，基于Flood在相同VNI下泛洪，最终至Server2；如果目的IP为不同网段，则数据传输为：Leaf1 Vxlan封装，至网关Spine节点，Spine的Vxlan三层网关查找路由，发送至10.20.1.X所在的VNI的网络，然后在10.20.1.X的网络内泛洪，最终发送至Server3。
集中式网关的优势：部署简单，所有的网关均在spine节点，Leaf只需要对数据报文进行封装，无需进行路由。
缺点：1.因为所有网关在Spine存在单点故障，可以用多活网关来优化；
2.性能瓶颈，每个Spine节点最多不超过4K的Vxlan网关，可以通过多组来优化；
3.此优路径，哪怕同网段的互访，也要经过Spine节点；
我们再来研究一下分布式网关：
由Leaf节点来充当Vxlan的三层网关，数据封装和传输过程类似。不过同样存在一个问题，既然三层网关在Leaf节点，那么三层功能就要由Leaf来承担，例如上图，Leaf1节点下，无10.20.1.X的虚拟机，但是为了能访问该网段，也需要创建该网段的Vxlan网关，随着Leaf的不断增加这变得不切实际。
并且Vxlan是数据层面的协议，所有的BUM（Broadcast，位置Unicast，Multicast）传输需要基于Flood（Cisco是基于组播）传输，这造成了大量的带宽和性能浪费，这是需要一个控制层面的协议来传递二层的ARP信息。
EVPN完美的解决了这个问题，EVPN（EthernetVirtual Private Network）是一种用于二层网络互联的VPN技术。EVPN技术采用类似于BGP/MPLS IP VPN的机制，在BGP协议的基础上定义了一种新的NLRI（Network Layer Reachability Information，网络层可达信息）即EVPN NLRI，EVPN NLRI定义了几种新的BGP EVPN路由类型，用于处在二层网络的不同站点之间的MAC地址学习和发布。
原有的VXLAN实现方案没有控制平面，是通过数据平面的流量泛洪进行VTEP发现和主机信息（包括IP地址、MAC地址、VNI、网关VTEP IP地址）学习的，这种方式导致数据中心网络存在很多泛洪流量。为了解决这一问题，VXLAN引入了EVPN作为控制平面，通过在VTEP之间交换BGP EVPN路由实现VTEP的自动发现、主机信息相互通告等特性，从而避免了不必要的数据流量泛洪。
综上所述，EVPN通过扩展BGP协议新定义了几种BGP EVPN路由，这些BGP EVPN路由可以用于传递VTEP地址和主机信息，因此EVPN应用于VXLAN网络中，可以使VTEP发现和主机信息学习从数据平面转移到控制平面。
EVPN确实足够优秀，但毕竟是单独设备计算和传输二层的信息，如果有一个集中的管理者能够收集到所有设备的上线信息，并且能基于这些信息，自动的帮我们搭建和拆除Vxlan隧道，并且能基于用户的可视化环境直观的规划网络环境，正好SDN契合了我们的需求。
SDN能够向北提供API给openstack的Neatrol并开放可编程接口，南向方面不再必须要求白盒交换机，网络厂商也作出让步提供支持ODL、ONF等协议支持的物理交换机，如Cisco的Nexus9K，HuaweiCE等。通过SNMPv3去自动发现网络设备，Netconf下发配置，流标去控制转发，并且所有的一切控制层面仅仅发生在overlay层面。
另外公有云和私有云的发展，更是推动了云网一体化，用户仅仅在Portal页面选取所需的计算、网络、存储资源，一切要更敏捷更自动，SDN丰富的北向接口完全契合了用户的需求。
目前Segment routing的流量工程的发展，也极大的推动了SDN的发展，以往的TE是基于mpls，很难做到基于链路的实际状态来选择最优的路径，只能到达一个个的点，才能决定下一跳的传输。SDN正是站在了控制层面的上帝视角，为SR下发全局的标签，最高效最正确的引导流量工程。
以上结合数据中心的发展，以及不同阶段的需求简单分享了我对SDN和Vxlan的理解，如有不妥，还请提出交流。
閱讀更多 likeyuNG 的文章
