谷歌為用戶提供多種業(yè)務(wù)，包括搜索、Google+、Gmail郵箱、YouTube以及地圖服務(wù)等。為了使得全球范圍內(nèi)的用戶能夠更快更方便地獲取信息，每天大量的數(shù)據(jù)從一個(gè)地區(qū)傳送到另一個(gè)地區(qū)。如此一來(lái)，廣域網(wǎng)流經(jīng)的應(yīng)用或服務(wù)流量呈現(xiàn)密集型發(fā)展態(tài)勢(shì)。

當(dāng)我們重新審視基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的管理、成本和性能時(shí)，“規(guī)模經(jīng)濟(jì)”特別適用于存儲(chǔ)、計(jì)算部件，然而廣域網(wǎng)卻不需要。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)解決方案并不會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)主干的規(guī)模變化而獲得任何顯著的成本效益。

不適合的原因有很多，比如非線性的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備交互性的復(fù)雜度、手動(dòng)配置復(fù)雜、管理成本高昂以及非標(biāo)準(zhǔn)化的API接口配置表。因此，我們需要一個(gè)規(guī)模經(jīng)濟(jì)同樣適用的廣域網(wǎng)，它具有更高的效率、更高的性能、更好的容錯(cuò)和可管理性。

我們需要能夠方便地管理廣域網(wǎng)，就像管理一個(gè)矩陣，而不是一個(gè)不同鐵皮盒子堆積在一起的雜亂無(wú)章的網(wǎng)絡(luò)。

谷歌SDN理念

谷歌的廣域網(wǎng)由兩張骨干網(wǎng)平面組成：外網(wǎng)，用于承載用戶流量，被稱為I-scale網(wǎng)絡(luò);內(nèi)網(wǎng)，用于承載數(shù)據(jù)中心之間的流量，被成為G-scale網(wǎng)絡(luò)。這兩張網(wǎng)絡(luò)的需求差別性很大，流量特性也存在著很大的差別。

根據(jù)G-scale網(wǎng)絡(luò)的需求和流量特性，并為了解決廣域網(wǎng)在規(guī)模經(jīng)濟(jì)下遇到的問(wèn)題，我們?cè)噲D利用目前備受關(guān)注的Openflow協(xié)議，通過(guò)SDN解決方案來(lái)實(shí)現(xiàn)我們的目標(biāo)。

開(kāi)始這個(gè)項(xiàng)目時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)沒(méi)有合適的Openflow網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠滿足我們的需求，所以谷歌決定自己開(kāi)發(fā)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，當(dāng)然里面采用了成熟的商用芯片。我們還基于OpenFlow開(kāi)發(fā)了開(kāi)放的路由協(xié)議棧。

每個(gè)站點(diǎn)部署了多臺(tái)交換機(jī)設(shè)備，保證可擴(kuò)展性(高達(dá)T比特的帶寬)和高容錯(cuò)率。站點(diǎn)之間通過(guò)Openflow交換機(jī)實(shí)現(xiàn)通信，并通過(guò)OpenFlow控制器實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)調(diào)度。多個(gè)控制器的存在就是為了確保不會(huì)發(fā)生單點(diǎn)故障。

在這個(gè)廣域網(wǎng)矩陣中，我們建立了一個(gè)集中的流量工程模型。這個(gè)模型從底層網(wǎng)絡(luò)收集實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)利用率和拓?fù)鋽?shù)據(jù)，以及應(yīng)用實(shí)際消耗的帶寬。有了這些數(shù)據(jù)，谷歌計(jì)算出***的流量路徑，然后利用Openflow協(xié)議寫(xiě)入程序中。如果出現(xiàn)需求改變或者意外的網(wǎng)絡(luò)事件時(shí)，模型會(huì)重新計(jì)算路由路徑，并寫(xiě)入程序中。

如今我們已經(jīng)在G-scale網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模的部署了SDN解決方案，支持了G-scale網(wǎng)絡(luò)的高效運(yùn)營(yíng)。谷歌高級(jí)副總裁UrsHolzle表示，SDN能夠有效地降低網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和管理成本。雖然目前預(yù)言SDN的成功還為時(shí)過(guò)早，但是谷歌的實(shí)際經(jīng)歷卻證明SDN以及Openflow已經(jīng)做好了規(guī)模商用的準(zhǔn)備。

谷歌的數(shù)據(jù)中心廣域網(wǎng)以SDN和OpenFlow為基礎(chǔ)架構(gòu)。SDN和OpenFlow提升了網(wǎng)絡(luò)的可管理、可編程、網(wǎng)絡(luò)利用率以及成本效益。2010年1月，Google開(kāi)始采用SDN和OpenFlow，2012年初，Google全部數(shù)據(jù)中心骨干連接已經(jīng)都采用這種架構(gòu)。網(wǎng)絡(luò)利用率提升到95%，這一數(shù)字讓人難以置信。(本文原載于ONF官網(wǎng)。)

PC的軟硬分離造就了微軟的崛起，締造了WinTel帝國(guó)。毫不夸張地說(shuō)，OpenFlow的影響不亞于PC的軟硬分離。但不同的是;當(dāng)年IBM并不重視PC，才給了微軟崛起的機(jī)會(huì)。而今天思科卻明顯感覺(jué)到了OpenFlow帶來(lái)的挑戰(zhàn)，甚至，思科比任何競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手都要積極。對(duì)于新出現(xiàn)的廠家來(lái)說(shuō)，這也許是能爭(zhēng)得一席之地***的機(jī)會(huì)。

Google總結(jié)SDN優(yōu)點(diǎn)

提供網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一視圖：對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的查看，從而簡(jiǎn)化配置、管理和優(yōu)化。

高利用率：集中化的流量工程使得我們能夠有效地調(diào)整端到端的流量路徑，從而達(dá)到網(wǎng)絡(luò)資源的高效利用。

快速故障修復(fù)：鏈路、節(jié)點(diǎn)故障都能實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)。而且系統(tǒng)能夠快速的聚合網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)平均分配，并且對(duì)于一些網(wǎng)絡(luò)行為可進(jìn)行預(yù)測(cè)。

平滑升級(jí)：控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)/數(shù)據(jù)平面的分離可以做到軟件平滑升級(jí)的同時(shí)保證沒(méi)有數(shù)據(jù)丟包或者性能衰減。

彈性計(jì)算：大規(guī)模的計(jì)算、路徑分析都被集成在子控制器中，由***代的服務(wù)器完成

Google分析SDN挑戰(zhàn)

協(xié)議不成熟：Openlow協(xié)議還處于發(fā)展初期。不過(guò)，正如我們的研發(fā)成果呈現(xiàn)的，現(xiàn)有的Openflow協(xié)議已經(jīng)足夠支撐很多網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開(kāi)發(fā)了。

高容錯(cuò)的控制器：為了提高容錯(cuò)率，必須在網(wǎng)絡(luò)中部署多個(gè)控制器。從而就要區(qū)分主次控制器，以便于高效配合。

功能區(qū)分：路由器和控制器的功能區(qū)分仍在探討階段，功能配置仍是一個(gè)懸而未決的問(wèn)題。