SDN网络简单认识（2）——南向接口

目录

一、概述

二、南向接口与南向协议

2.1 南向接口（Southbound Interfaces）

2.2 南向协议（Southbound Protocols）

2.3 区别与联系

三、常见南向协议

2.1 OpenFlow

2.2 OVSDB（Open vSwitch Database Management Protocol）

2.3 NETCONF

2.4 P4

2.5 对比

一、概述

        南向接口（Southbound APIs）是软件定义网络（SDN）中的一个关键组成部分，它们定义了SDN控制器与网络设备（如交换机和路由器）之间的通信协议。南向接口允许SDN控制器直接管理和配置数据平面设备，包括下发路由规则、修改流表项以及查询设备状态等操作。这些接口是实现网络控制和管理中心化的基础，使得网络可以以更灵活、动态的方式来适应不断变化的应用需求和流量模式。

二、南向接口与南向协议

        南向协议和南向接口这两个术语在软件定义网络（SDN）的上下文中经常被提及，它们在SDN架构中扮演着至关重要的角色。虽然这两个术语有时被交替使用，但它们之间存在着细微的区别：

2.1 南向接口（Southbound Interfaces）

        南向接口指的是软件定义网络（SDN）控制器与网络设备（例如交换机、路由器）之间的接口。这些接口定义了控制器如何与网络设备通信，包括下发控制指令（例如路由规则、流表项等）以及收集网络状态信息（例如流量统计、设备状态等）。南向接口使得网络的控制逻辑可以从传统的网络硬件中解耦出来，集中到SDN控制器中，从而提高了网络管理的灵活性和自动化程度。

2.2 南向协议（Southbound Protocols）

        南向协议是实现南向接口通信的具体协议，它们规定了控制器与网络设备之间交换信息的格式和规则。最著名的南向协议是OpenFlow，它定义了一套标准化的消息格式，使得控制器能够精确地控制网络中的每一个流。除了OpenFlow之外，还有其他一些南向协议，如OVSDB（Open vSwitch Database Management Protocol）、NETCONF（Network Configuration Protocol）等，它们各自适用于不同的管理任务和网络设备。

2.3 区别与联系

• 南向接口更多地强调的是一种概念上的分界线，即SDN控制器（软件层面）与网络设备（硬件层面）之间的通信接口。
• 南向协议则具体定义了通过这些接口进行通信的语言和规则，是实现南向接口通信的技术手段。

        两者之间的联系是，南向协议是南向接口的实现方式，通过南向协议的规定，南向接口得以在控制器和网络设备之间建立起有效的通信。换句话说，南向接口是“什么”（即通信的概念界面），而南向协议是“如何”（即通信的具体实现）。

        在SDN架构中，有效的南向接口及其协议对于实现网络的灵活管理和控制至关重要，它们共同支撑了网络虚拟化、自动化和可编程性的实现。

三、常见南向协议

2.1 OpenFlow

        OpenFlow是最早被广泛采用的SDN南向接口标准之一，由斯坦福大学的研究团队发起。它为SDN控制器与网络设备之间的通信提供了一种标准化的方式，允许控制器直接控制交换机的转发表。通过OpenFlow，控制器可以精确地管理网络流量的流向，实现复杂的网络策略和服务。

• 特点：OpenFlow定义了控制器和交换机之间的通信协议，包括一系列的消息类型，如流表修改指令、设备状态查询等。
• 用途：它被用于实现网络自动化、虚拟化、安全策略，以及流量工程等多种应用。

2.2 OVSDB（Open vSwitch Database Management Protocol）

        OVSDB是专门为Open vSwitch（OVS）设计的一种协议，用于管理OVS的配置。Open vSwitch是一个开源的虚拟交换机，广泛用于虚拟化环境中。OVSDB提供了一种机制，通过SDN控制器动态配置和管理OVS的实例。

• 特点：OVSDB允许控制器查询和更新OVS的配置状态，例如修改虚拟网络接口、创建或删除虚拟端口等。
• 用途：主要用于数据中心和云计算环境中，实现虚拟网络的灵活配置和管理。

2.3 NETCONF

        NETCONF是一种网络管理协议，由IETF开发，用于安装、操作和删除网络设备上的配置。它基于XML，提供了一种编码机制，使得控制器和网络设备之间可以交换配置数据和管理指令。

• 特点：NETCONF定义了一套标准的操作（如get、edit-config、delete等），以及一种会话层协议，用于保护控制器与设备之间的交互。
• 用途：广泛用于网络设备的配置管理，支持多种类型的设备和网络功能。

2.4 P4

        P4（Programming Protocol-independent Packet Processors）是一种新兴的编程语言，旨在提供对网络数据平面的灵活编程。P4使网络工程师可以精确地定义数据包在网络设备中的处理逻辑，包括解析、匹配和动作执行等。P4如今在可编程交换机中的使用也是越发频繁。

• 特点：P4能够描述数据包处理的整个流程，允许开发者为特定的网络应用定制数据平面行为。它支持协议无关的编程，即网络设备可以处理任何类型的数据包，而无需事先定义协议格式。
• 用途：P4被用于实现高度定制化的网络功能，如专用网络监控、高性能路由策略，以及数据中心网络优化等。

2.5 对比

        OpenFlow与其他南向协议的主要区别在于其专注于实现对数据平面的精细控制，特别是在流表管理方面。OpenFlow为SDN控制器和网络设备之间提供了一种标准化的通信方式，是最早被广泛支持的SDN南向接口。

        OVSDB（Open vSwitch Database Management Protocol）主要用于管理Open vSwitch的配置，而不是直接控制数据平面的转发行为。OVSDB更多地关注于虚拟交换机的配置管理，如虚拟端口的添加、删除和修改，以及虚拟网络的配置。

        NETCONF是一种通用的网络配置协议，不仅限于SDN环境。它提供了一种机制，允许配置网络设备的各种参数，并支持配置的事务性修改。NETCONF更加通用，适用于广泛的网络设备和配置管理任务，但不专门针对数据平面的精细流量控制。

        P4与OpenFlow的主要区别在于其提供了对数据平面的编程能力。P4允许开发者定义数据包的处理过程，包括数据包的解析、匹配和处理逻辑。这使得P4更加灵活，可以实现高度定制化的数据平面行为。P4不是一个通信协议，而是一种数据平面编程语言，它使得网络设备能够适应新的协议和应用需求，而不需要硬件的更换或升级。

        总的来说，OpenFlow专注于流表的管理和网络流量的控制，而OVSDB关注于虚拟交换机的配置管理。NETCONF提供了一种通用的网络设备配置方法，P4则引入了数据平面的编程能力，允许网络行为的高度定制。这些协议和技术各有侧重点，共同支撑了SDN网络架构的灵活性和可编程性。

        这些南向接口各有特色，共同支撑了SDN环境下的网络设备管理和网络功能的灵活部署。随着网络技术的不断进步，我们可以预见更多创新的南向接口标准和技术将会出现，以满足不断增长的网络自动化和可编程性需求。