SDN：softwaredefined networking，官方定義軟件定義網絡，目的是控制與數據層面分離。
通俗一點來解釋：傳統的網絡設備會有獨立的系統，每臺設備利用自己的控制層面形成單獨的轉發信息，例如網絡工程師熟悉的OSPF每臺運行進程的設備有獨立的LSDB，通過交互來形成各自獨立的路由表、既然各大網絡廠商（Cisco、Juniper、Huawei等）有成熟的底層系統，IETF有成熟的各種協議，看起來一切很完美。但是凡事都有兩面性，傳統的網絡設備價格相對昂貴，在交互各自的信息以及計算時消耗了大量的網絡與計算資源。
這時候我們的一位主角出廠了，先看一下經典的一張SDN架構圖：
SDN是一種架構，分為了3個層面：
1．轉發層：上圖的基礎設施層，提供數據的轉發，原來的控制層面單獨分離出去，僅需要一些基礎功能的“傻瓜”白牌交換機；
2．控制層：狹義的來講就是SDN控制器，既然轉發層只做單純的數據轉發，那麼原本的控制數據，就由本層通過南向的協議（OF,OLD,ONOS等）下發一條條的流標來“告訴”如何去處理數據，利用netconf，ovsdb等對南向設備下發配置；另外對北向提供API接口，利用可編程、可視化等簡化操作提高自動化能力；
3．應用層：利用可編程的應用和平臺對控制器進行控制調度。比如openstack的雲OS去基於用戶自動下發需求，由SDN控制器完成相關調度；
以上可以說是實驗室理論，也可以說是狹義的SDN概念，優勢顯而易見：可編程可視化、控制層面分離使SDN控制器站在上帝視角控制全場、網絡設備的功能瘦身大量節約資金的投入。但是近些年來，網絡一直是硬件廠商的天下，基礎設施的白牌話，嚴重影響了廠商的利益，所以狹義的SDN舉步維艱。既然如此那近幾年為何SDN為何忽然“火”起來？一切要從SDN的主戰場數據中心說起：
簡述數據中心發展史：
一切技術都是順應需求推動在發展
一、最初的數據中心，多以提供www的業務為主，這決定了傳統三層的南北向為主的IDC設計，我們簡單看一下：
Access接入層：一般為ToR交換機，提供物理服務器的接入，是面向計算存儲資源的第一層；
Aggregation匯聚層：對接入層交換機進行數據匯聚，基於vlan隔離廣播域，實現L2/L3的轉換，並提供service服務如LB,FW等；
Core核心層：提供跨匯聚及北向出口的高速的L3的轉發；
順便說一下在傳統IDC中，南北向流量可以理解為用戶基於互聯網訪問到數據中心的，或者數據中心通過Core訪問到互聯網的流量；東西向流量指的是數據中心內部，跨越Core/Agg/Acess的內部流量。
三層結構最顯著的點是：接入層的L2的流量會在匯聚層終結，接入與匯聚間通過堆疊或者vPC等基於避免環路和STP；匯聚層繼而通過L3+ECMP在匯聚和核心層間高速轉發；跨越匯聚的東西向流量需要經過L2-L3-L3-L2如此傳輸；
二、傳統大二層架構。還是那句一切技術都應順應需求，雲計算和虛擬化的發展，使得數據中心的主要流量演變成成東西向，各業務和服務要基於大的二層環境來設計部署，傳統的三層架構演變成下圖的傳統大二層：
該架構Core作為L2/L3的終結，內部的vlan網關、北向的出口全部由Core來承擔，所有東西向流量無需跨越L3的傳輸，匯聚層的作用極大的削弱，也為後面的Clos架構做了鋪墊。這種設計解決了東西向流量為主的IDC環境的需求，但也存在一些弊端：
1.次優路徑最為顯著，在跨越網段的數據傳輸過程中，無論server是否在同一Access甚至Aggregation交換機下，都需要穿越Core，造成大量的帶寬浪費和數據時延如下圖：
2.隨著虛擬機的大規模部署，ARP表會爆炸式增長，對Core交換機性能產生很大的衝擊；
3.公有云和多租戶使傳統的4096個vlan不足以支撐。
三、Clos,Fat-tree架構，Clos是一種fabric的架構，提供了高速無阻尼的傳輸，具體的設計原理不做贅述，具體的模型就是現在數據中心的Spine-Leaf架構。
1．Spine層處於核心層面，與Leaf節點三層互聯，並通過IGP實現ECMP，在上圖Cisco的架構中，數據的南北向通過BorderLeaf內的Router與互聯網互聯，Huawei的Leaf-Spine的架構中，serviceleaf（FW,LB等）及borderleaf（Router）的很多功能是直連到Spine上實現；
2．Spine 與服務器直連，並且負責L2/L3的終結。
3．Spine、Leaf可以在不改變現有架構的基礎上橫向擴展，如果規模繼續擴大，也可以縱向做5跳的更深一層面的Spine擴展。
穩定性，擴展性已經得已解決，但是L2/L3的終結依然在Leaf，數據中心跨越機櫃或者說Leaf的二層擴展，就要用到我們的overlay技術。
Trill、FabricPath、Qfabrci等等MacinMac的二層技術被提出，例如Trill是基於Spine-Leaf underlay的isis的tlv來傳遞二層流量。所有的underlay設備被稱為RB,外層以太網的DA/SA為Egress/IngressRB的Mac地址，只轉發時逐條修改，由isis提供控制層面和ECM。我們所需的“大二層”實現了，不過要求所有的underlay設備支持，並且vlan的數量並沒有得以解決。
與此同時，以VMware為代表的虛擬化軟件廠商，圍繞overlay技術打造基於軟件的tunnel技術，以實現“跨越”物理交換機的大二層技術。並有IETF制定了NVo3的相關標準，其中Vxlan，NvGre，STT都是基於該標準制定的大二層技術。
NvGre是微軟提出的，在Hyper-V中的MacinGre的技術，STT是由大名鼎鼎的Nicira（SDN的奠基者STT,Ovs，openstack Neatron的研發公司），另外就是現在基本一統天下的VMware和Arista聯合提出的Vxlan。
下圖我們簡單分析一下Vxlan的封裝格式：
在硬件的Vtep中，一般是由Leaf交換機在原始的數據報文前封裝Udp及Vxlan報頭，是一種MacinUDP的overlay技術。
UDP報頭的目的端口默認為4789，源端口基於內層以太網的幀頭hash得出，用來做ECMP；
Vxlan報頭中的VNI類似我們Vlan的vid，24bit所以最大支持1600W個Vxlan；
在我們看一下Vxlan的數據傳輸過程前，首先了解幾個vxlan的關鍵概念：
NVE：網絡虛擬邊緣節點NVE，實現網絡虛擬化功能的網絡實體。報文經過NVE封裝轉換後，NVE間就可基於三層基礎網絡建立二層虛擬化網絡。
VTEP: VTEP是VXLAN隧道端點，封裝在NVE中，用於VXLAN報文的封裝和解封裝。VTEP與物理網絡相連，分配有物理網絡的IP地址，該地址與虛擬網絡無關。VXLAN報文中源IP地址為本節點的VTEP地址，VXLAN報文中目的IP地址為對端節點的VTEP地址，一對VTEP地址就對應著一個VXLAN隧道。
Gataway：和VLAN類似，不同VNI之間的VXLAN，及VXLAN和非VXLAN之間不能直接相互通信。為了使VXLAN之間，以及VXLAN和非VXLAN之間能夠進行通信，VXLAN引入了VXLAN網關。
VXLAN網關分為：
- 二層網關：用於解決租戶接入VXLAN虛擬網絡的問題，也可用於同一VXLAN虛擬網絡的子網通信。
- 三層網關：用於VXLAN虛擬網絡的跨子網通信以及外部網絡的訪問。
根據三層網關部署方式的不同，VXLAN三層網關又可以分為集中式網關和分佈式網關。我們先看集中式網關的傳輸過程：
Server1的數據幀到達Leaf1（VTEP），剝離原有的VID，封裝Vxlan報頭及VNI，如果目的IP是Server2，同一網段，基於Flood在相同VNI下泛洪，最終至Server2；如果目的IP為不同網段，則數據傳輸為：Leaf1 Vxlan封裝，至網關Spine節點，Spine的Vxlan三層網關查找路由，發送至10.20.1.X所在的VNI的網絡，然後在10.20.1.X的網絡內泛洪，最終發送至Server3。
集中式網關的優勢：部署簡單，所有的網關均在spine節點，Leaf只需要對數據報文進行封裝，無需進行路由。
缺點：1.因為所有網關在Spine存在單點故障，可以用多活網關來優化；
2.性能瓶頸，每個Spine節點最多不超過4K的Vxlan網關，可以通過多組來優化；
3.此優路徑，哪怕同網段的互訪，也要經過Spine節點；
我們再來研究一下分佈式網關：
由Leaf節點來充當Vxlan的三層網關，數據封裝和傳輸過程類似。不過同樣存在一個問題，既然三層網關在Leaf節點，那麼三層功能就要由Leaf來承擔，例如上圖，Leaf1節點下，無10.20.1.X的虛擬機，但是為了能訪問該網段，也需要創建該網段的Vxlan網關，隨著Leaf的不斷增加這變得不切實際。
並且Vxlan是數據層面的協議，所有的BUM（Broadcast，位置Unicast，Multicast）傳輸需要基於Flood（Cisco是基於組播）傳輸，這造成了大量的帶寬和性能浪費，這是需要一個控制層面的協議來傳遞二層的ARP信息。
EVPN完美的解決了這個問題，EVPN（EthernetVirtual Private Network）是一種用於二層網絡互聯的VPN技術。EVPN技術採用類似於BGP/MPLS IP VPN的機制，在BGP協議的基礎上定義了一種新的NLRI（Network Layer Reachability Information，網絡層可達信息）即EVPN NLRI，EVPN NLRI定義了幾種新的BGP EVPN路由類型，用於處在二層網絡的不同站點之間的MAC地址學習和發佈。
原有的VXLAN實現方案沒有控制平面，是通過數據平面的流量泛洪進行VTEP發現和主機信息（包括IP地址、MAC地址、VNI、網關VTEP IP地址）學習的，這種方式導致數據中心網絡存在很多泛洪流量。為了解決這一問題，VXLAN引入了EVPN作為控制平面，通過在VTEP之間交換BGP EVPN路由實現VTEP的自動發現、主機信息相互通告等特性，從而避免了不必要的數據流量泛洪。
綜上所述，EVPN通過擴展BGP協議新定義了幾種BGP EVPN路由，這些BGP EVPN路由可以用於傳遞VTEP地址和主機信息，因此EVPN應用於VXLAN網絡中，可以使VTEP發現和主機信息學習從數據平面轉移到控制平面。
EVPN確實足夠優秀，但畢竟是單獨設備計算和傳輸二層的信息，如果有一個集中的管理者能夠收集到所有設備的上線信息，並且能基於這些信息，自動的幫我們搭建和拆除Vxlan隧道，並且能基於用戶的可視化環境直觀的規劃網絡環境，正好SDN契合了我們的需求。
SDN能夠向北提供API給openstack的Neatrol並開放可編程接口，南向方面不再必須要求白盒交換機，網絡廠商也作出讓步提供支持ODL、ONF等協議支持的物理交換機，如Cisco的Nexus9K，HuaweiCE等。通過SNMPv3去自動發現網絡設備，Netconf下發配置，流標去控制轉發，並且所有的一切控制層面僅僅發生在overlay層面。
另外公有云和私有云的發展，更是推動了雲網一體化，用戶僅僅在Portal頁面選取所需的計算、網絡、存儲資源，一切要更敏捷更自動，SDN豐富的北向接口完全契合了用戶的需求。
目前Segment routing的流量工程的發展，也極大的推動了SDN的發展，以往的TE是基於mpls，很難做到基於鏈路的實際狀態來選擇最優的路徑，只能到達一個個的點，才能決定下一跳的傳輸。SDN正是站在了控制層面的上帝視角，為SR下發全局的標籤，最高效最正確的引導流量工程。
以上結合數據中心的發展，以及不同階段的需求簡單分享了我對SDN和Vxlan的理解，如有不妥，還請提出交流。
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