第五章 第5节

一、SDN 的挑战和未来

前面讲 SDN 的优点是：

控制平面和数据平面分离，控制器逻辑集中，网络可编程。

但是 SDN 真正部署时也有挑战。

1. 控制平面要足够可靠

SDN 控制器像网络的大脑。

如果控制器出问题，网络可能大面积受影响。

所以实际 SDN 控制器不能只是单台服务器，而通常需要：

分布式控制器集群。

要求：

可靠；

可扩展；

安全；

能处理故障；

性能足够高。

也就是虽然逻辑上是“集中控制”，但物理上往往是：分布式部署。

2. 需要满足特殊网络任务

有些网络对性能要求特别高，比如：

实时性；

超高可靠性；

超高安全性。

比如工业网络、数据中心网络、5G 核心网等。

SDN 要支持这些场景，就需要控制器、交换机、协议都更加稳定。

3. 互联网范围部署比较难

SDN 很适合在一个数据中心、企业网、校园网内部部署。

但是整个互联网跨越很多 AS，每个 AS 属于不同组织。

所以全互联网范围内直接统一 SDN 控制比较困难。

原因还是：管理自治性。

不同 AS 不一定愿意交给同一个控制器管理。

4. SDN 在 5G 中很关键

5G 网络里有大量虚拟化、切片、边缘计算、动态资源调度。

这些都需要灵活控制网络。

所以 SDN 在 5G 中比较重要。

可以理解成：

5G 需要网络像软件一样灵活调度，SDN 正好提供这种能力。

二、SDN 和传统协议的未来关系

SDN 计算转发表，只是逻辑集中计算的一个例子。

也就是说，传统路由协议是：

SDN 是：但它们不一定完全替代关系。

未来可能是：传统协议和 SDN 并存、融合。

举例：SDN 做拥塞控制

以前 TCP 拥塞控制是端系统自己根据丢包、RTT、ACK 判断拥塞。

SDN 里控制器可以从交换机收集全网拥塞状态：

哪条链路队列变长；

哪些端口负载高；

哪些流占带宽大。

然后控制器可以直接下发策略：

限制某些流的速率，或者改变某些流的路径。

所以 SDN 可以做更全局的拥塞管理。

三、ICMP 是什么？

ICMP 全称：

中文叫：互联网控制报文协议。

它属于网络层控制相关协议。

它不是用来传输普通用户数据的，而是用来传递：网络层的控制信息和错误报告。

1. ICMP 的作用

ICMP 常用于：

错误报告；

网络诊断；

ping；

traceroute；

TTL 超时通知；

目的不可达通知。

比如：

ping 一个主机，背后就用到了 ICMP。

2. ICMP 在哪里？

ICMP 报文会封装在 IP 数据报中。

所以关系是：

虽然 ICMP 是网络层控制协议，但它的报文需要借助 IP 传输。

3. 常见 ICMP 类型

Type ｜ Code ｜ 含义 0 ｜ 0 ｜ echo reply，ping 回复 8 ｜ 0 ｜ echo request，ping 请求 3 ｜ 0 ｜ 目的网络不可达 3 ｜ 1 ｜ 目的主机不可达 3 ｜ 2 ｜ 目的协议不可达 3 ｜ 3 ｜ 目的端口不可达 11 ｜ 0 ｜ TTL expired，TTL 超时 12 ｜ 0 ｜ IP 首部错误

常见的是：

ping：Type 8 请求，Type 0 回复；

traceroute：利用 TTL expired；

UDP 到达目标端口不可达：Type 3 Code 3。

四、Traceroute 和 ICMP

Traceroute 是用来测量：从源主机到目标主机，中间经过哪些路由器。

它的核心技巧是：故意设置不同的 TTL。

1. TTL 回顾

IP 数据报里有 TTL 字段。

每经过一个路由器：

如果 TTL 减到 0，路由器丢弃该分组，并返回 ICMP TTL exceeded 报文。

也就是：

2. Traceroute 怎么工作？

源主机发送一系列 UDP 探测报文。

第一轮：

这个包到第一个路由器时，TTL 变成 0。

第一个路由器丢弃它，并返回 ICMP TTL expired。

源主机就知道：第一跳路由器是谁。

第二轮：

包经过第一个路由器后 TTL 变 1，到第二个路由器 TTL 变 0。

第二个路由器返回 ICMP TTL expired。

源主机就知道：第二跳路由器是谁。

一直这样：

就能逐跳发现路径。

3. 为什么每轮发 3 个 probes？

Traceroute 通常每个 TTL 发送 3 个探测包。

这样可以测量：

该跳 RTT；

是否有丢包；

路径是否稳定。

所以看到 traceroute 输出里一般一跳后面有三个时间。

4. Traceroute 怎么知道到终点了？

当 UDP 探测包最终到达目标主机时，目标主机发现：

这个 UDP 端口没有应用程序监听。

于是返回：

也就是：

源主机收到这个报文后就知道：

已经到达目标主机，可以停止了。

五、网络管理是什么？

网络管理就是：

对网络中的硬件、软件和人员进行设置、协调和监控，以便监测、测试、配置、分析、评价和控制网络资源，使网络满足实时性、运行性和服务质量要求。

网络管理就是管设备、管配置、管状态、管故障、管性能。

网络管理的对象

被管理的东西可以是：

路由器；

交换机；

服务器；

防火墙；

无线 AP；

其他网络设备。

这些设备叫：被管设备 managed device。

六、网络管理的基本组成

1. 管理服务器 managing server

也叫管理站、控制器。

它负责：

查询设备状态；

修改设备配置；

接收告警；

统一管理网络。

2. 被管设备 managed device

就是被管理的网络设备。

比如路由器、交换机等。

3. Agent

每个被管设备上运行一个 agent。

agent 负责：

收集本设备状态；

保存设备数据；

响应管理服务器查询；

主动上报告警。

4. 数据 data

设备上的数据包括：

运行状态；

配置参数；

接口统计；

错误计数；

流量信息；

系统信息。

5. 网络管理协议

管理服务器和 agent 之间通信，需要协议。

典型有：

SNMP；

NETCONF。

七、网络管理员管理网络的方式

1. CLI 命令行

管理员通过命令行直接登录设备。

比如：ssh router

然后输入配置命令。

这种方式直接，但不适合大规模自动化。

2. SNMP / MIB

SNMP 是传统网络管理协议。

管理员通过 SNMP 查询或设置设备的 MIB 信息。

适合：

监控；

查询状态；

获取统计信息；

接收告警。

3. NETCONF / YANG

NETCONF 是更现代的网络配置协议。

YANG 是数据建模语言。

组合起来用于：

自动化配置；

结构化管理；

批量修改设备配置；

配置校验。

八、SNMP 是什么？

SNMP 全称：

简单网络管理协议。

它用于：管理服务器和被管设备 agent 之间交换管理信息。

SNMP 的两种基本模式

1. Request / Response 模式

管理服务器主动问：

你这个接口收到多少包？ 你 CPU 使用率是多少？ 你某个端口状态是什么？

agent 回复数据。

2. Trap 模式

设备主动上报异常。

比如：

接口 down；

CPU 过高；

链路故障；

设备重启。

这种报文叫 trap。

区别是：

request/response 是管理服务器主动查询；trap 是设备主动告警。

九、SNMP 报文类型

报文类型 ｜ 作用 GetRequest ｜ 管理服务器向 agent 请求某个变量 GetNextRequest ｜ 请求 MIB 中下一个变量 GetBulkRequest ｜ 一次请求一批数据 SetRequest ｜ 设置 MIB 中某个变量值 Response ｜ agent 回复请求结果 Trap ｜ agent 主动通知异常事件

最常见理解

Get：查；

Set：改；

Response：回复；

Trap：告警。

十、SNMP 报文格式

SNMP PDU 里一般有：

PDU type；

Request ID；

Error Status；

Error Index；

变量名 Name；

变量值 Value。

对于 Get/Set 类报文：

对于 Trap 报文：

这块一般不会让你手写报文字段，重点是知道：

SNMP 报文通过变量名和值来查询或设置设备状态。

十一、MIB 是什么？

MIB 全称：

中文叫：管理信息库。

它是设备可被管理的数据集合。

MIB 里有什么？

比如一个路由器的 MIB 里可以有：

接口收到多少包；

接口发出多少包；

UDP 收到多少数据报；

UDP 错误数；

路由表信息；

系统运行时间。

Object ID ｜ Name ｜ Type ｜ 含义 1.3.6.1.2.1.7.1 ｜ UDPInDatagrams ｜ 32-bit counter ｜ 收到的 UDP 数据报数 1.3.6.1.2.1.7.2 ｜ UDPNoPorts ｜ 32-bit counter ｜ 无应用监听端口的数据报数 1.3.6.1.2.1.7.3 ｜ UDPInErrors ｜ 32-bit counter ｜ UDP 错误数 1.3.6.1.2.1.7.4 ｜ UDPOutDatagrams ｜ 32-bit counter ｜ 发送的 UDP 数据报数

OID 是什么？

MIB 变量用 Object ID 表示。

比如：

这个编号就像变量的地址。

管理服务器可以用 SNMP 问：

这个 OID 对应的值是多少？

agent 就返回对应数据。

十二、SMI 是什么？

SMI 全称：

它是：

管理信息的数据定义规则。

也就是说：

MIB 是数据库；

SMI 是描述 MIB 数据格式的语言或规则；

SNMP 是访问 MIB 的协议。

这三个关系要分清：

十三、NETCONF 是什么？

NETCONF 是一种网络配置协议。

它的目标是：主动管理和配置网络范围内的设备。

相比 SNMP，NETCONF 更偏向于：

配置管理和自动化。

SNMP 更偏向：

监控和简单设置。

NETCONF 能做什么？

NETCONF 可以在管理服务器和被管设备之间执行：

查询配置；

修改配置；

激活配置；

查询运行状态；

查询统计数据；

订阅设备通知。

十四、NETCONF 的工作方式

NETCONF 采用：

远程过程调用方式。

也就是说，管理服务器发送一个 RPC 请求，设备返回 RPC reply。

常见流程：

建立会话；

交换 hello，说明能力；

管理端发送 rpc；

设备返回 rpc-reply；

可以发送 notification；

最后 close-session 关闭会话。

NETCONF 报文格式

NETCONF 报文通常使用 XML 编码。

例如配置接口 MTU：

<edit-config> <target> <running/> </target> <config> <interfaces> <interface> <name>Ethernet0/0</name> <mtu>1500</mtu> </interface> </interfaces> </config> </edit-config>

这表示：

修改运行配置，把 Ethernet0/0 的 MTU 设置成 1500。

十五、常见 NETCONF 操作

操作 ｜ 含义 get-config ｜ 获取配置数据 get ｜ 获取配置和运行状态数据 edit-config ｜ 修改配置 lock ｜ 锁定配置数据存储 unlock ｜ 解锁配置数据存储 create-subscription ｜ 创建通知订阅 notification ｜ 设备发送事件通知

get 和 get-config 区别

get-config

只查配置。

比如：当前接口配置是什么？

get

可以查：

配置；

运行状态；

统计数据。

比如：

当前接口实际状态是否 up？收到多少包？

edit-config

用于修改配置。

比如：

改接口 IP；

改 MTU；

开关接口；

修改路由策略。

lock / unlock

用于防止多个管理者同时修改配置。

比如管理员 A 正在修改设备配置，就可以先 lock，避免管理员 B 同时改导致冲突。

十六、YANG 是什么？

YANG 是一种数据建模语言。

它用于：

描述 NETCONF 管理数据的结构、语法和语义。

可以把 YANG 理解成：

给网络配置数据写“模板”和“规则”。

YANG 的作用

YANG 可以定义：

配置项有哪些；

每个配置项是什么类型；

层次结构是什么；

哪些字段是必须的；

取值范围是什么；

约束条件是什么。

比如定义接口配置：

interface；

name；

mtu；

ip address；

enabled。

YANG 和 XML 的关系

YANG 定义数据模型。

NETCONF RPC 中传输的数据常用 XML 表示。

所以可以理解为：

十七、SNMP、NETCONF、YANG 对比

项目 ｜ SNMP ｜ NETCONF ｜ YANG 本质 ｜ 管理协议 ｜ 配置管理协议 ｜ 数据建模语言 主要用途 ｜ 监控、查询、告警 ｜ 自动化配置、查询状态 ｜ 定义配置/状态数据结构 数据对象 ｜ MIB ｜ 配置数据、状态数据 ｜ 数据模型 通信方式 ｜ Get/Set/Trap ｜ RPC / rpc-reply ｜ 不通信 数据表示 ｜ MIB 变量/OID ｜ XML 等 ｜ 类似模式定义 典型场景 ｜ 查接口流量、设备告警 ｜ 改接口配置、批量配置设备 ｜ 规范接口配置模型

一句话：

SNMP 偏监控，NETCONF 偏配置，YANG 负责定义配置数据长什么样。

十八、ICMP、SNMP、NETCONF 的位置区别

这几个容易混，区分一下。

协议 ｜ 作用 ｜ 典型用途 ICMP ｜ 网络层控制信息和错误报告 ｜ ping、traceroute、目的不可达、TTL 超时 SNMP ｜ 网络管理协议 ｜ 查询设备状态、接收告警 NETCONF ｜ 网络配置协议 ｜ 自动化配置设备 YANG ｜ 数据建模语言 ｜ 定义 NETCONF 数据结构

十九、第五章总结

第 5 章讲的是：网络层控制平面。

它回答的问题是：

转发表怎么来？路由怎么计算？网络怎么管理？

整体分成几大块。

1. 控制平面方法

两种方式：传统方式

每台路由器自己运行控制协议。

比如：

RIP；

OSPF；

BGP。

SDN 方式

控制器逻辑集中控制。

比如：

OpenFlow；

ODL；

ONOS。

2. 路由算法

LS 链路状态

核心：

典型协议：

DV 距离向量

核心：

典型协议：

3. AS 内部和 AS 之间

AS 内部

协议：

RIP；

OSPF。

目标：

一个自治系统内部怎么走。

AS 之间

协议：

目标：不同自治系统之间怎么通。

BGP 更重视策略，而不是单纯最短路径。

4. SDN

核心：控制平面和数据平面分离。

控制器负责：

收集状态；

计算路径；

下发流表；

统一管理。

交换机负责：

按流表转发。

OpenFlow 是典型南向协议。

5. ICMP

用于网络层控制和错误报告。

常见应用：

ping；

traceroute；

TTL expired；

destination unreachable。

6. 网络管理

主要协议和工具：

CLI；

SNMP/MIB；

NETCONF/YANG。

1. ICMP

ICMP 用于网络层错误报告和控制信息传递。

ping：

traceroute：

到达终点：

2. Traceroute 原理

依次发送 TTL 为 1、2、3……的探测报文。

第 $n$ 个路由器让 TTL 减到 0 后返回 ICMP TTL expired。

源主机记录返回者地址和 RTT。

最终目标主机返回 ICMP port unreachable，探测结束。

3. SNMP

SNMP 用于网络管理。

两种模式：

request/response；

trap。

常见报文：

GetRequest；

SetRequest；

Response；

Trap。

4. MIB

MIB 是管理信息库，保存设备可被管理的状态和配置变量。

变量通过 OID 标识。

5. NETCONF

NETCONF 用于主动配置和管理网络设备。

采用 RPC 方式，常用 XML 编码。

常见操作：

get-config；

get；

edit-config；

lock；

unlock；

notification。

6. YANG

YANG 是数据建模语言，用于定义 NETCONF 管理数据结构和约束。

SDN 让控制平面逻辑集中，但实际需要可靠、可扩展、安全的分布式控制器。ICMP 用来传递网络层错误和控制信息，ping 和 traceroute 都依赖 ICMP。网络管理则负责监控、配置和控制网络设备，传统方式有 SNMP/MIB，现代自动化配置常用 NETCONF/YANG。SNMP 偏监控，NETCONF 偏配置，YANG 定义数据模型。

第五章核心关系：