“水在人類文明發(fā)展歷程中的作用非常重要。用來存儲(chǔ)、處理和傳播信息及知識(shí)的計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程，與人類儲(chǔ)存、使用和管理水的歷程有很多相似之處。在原始部落以及游牧?xí)r期，人們的生活和生產(chǎn)局限在靠近水源的范圍，需要水的時(shí)候，要去江河湖泊里取水回來，‘江河湖泊’就像‘主機(jī)’。到了個(gè)人計(jì)算機(jī)時(shí)代，如同人類的農(nóng)耕時(shí)代，由于家家都有水井，人們的生活和生產(chǎn)獲得了更多的自由和便利;‘水井’很像個(gè)人計(jì)算機(jī)，自給自足，但是不能共享、大量閑置，嚴(yán)重浪費(fèi)和低效。等我們到了城市，有了發(fā)達(dá)的自來水網(wǎng)絡(luò)，‘水’被集中起來處理、隨時(shí)、隨地地提供給人們，文明因此進(jìn)入了一個(gè)新階段，就像“云計(jì)算”將以寬帶網(wǎng)絡(luò)和新一代軟件與服務(wù)帶領(lǐng)我們進(jìn)入信息化新時(shí)代。”這是對于人類信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一種描述。

我覺得這一段對于計(jì)算機(jī)的發(fā)展歷程的描述，其實(shí)也是一段對于集中式與分布式的很好的論斷。用“水”來比喻計(jì)算機(jī)資源確是一個(gè)很精妙的想法。從人類對于水資源 的處理歷史來看，可以發(fā)現(xiàn)這樣一個(gè)有趣的現(xiàn)象：人們首先是依賴于水源，然后又自己鉆井來獲取水源，到***又由統(tǒng)一的工廠來集中管理水源。這種模式對于網(wǎng)絡(luò) 存儲(chǔ)而言，就是這樣：最早的計(jì)算機(jī)統(tǒng)一存儲(chǔ)信息，用戶受網(wǎng)絡(luò)性能影響，再到后面，個(gè)人計(jì)算機(jī)發(fā)展，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源彼此分布在各家各戶的計(jì)算機(jī)硬盤之中，而到了現(xiàn)在，存儲(chǔ)云端化則又是將整個(gè)資源集中化，這種現(xiàn)象其實(shí)就是一個(gè)由集中式到分布式再到集中式的過程?？梢园l(fā)現(xiàn)，集中與分布的概念往往出現(xiàn)在對于資源的管 理上，當(dāng)許多資源集中在一個(gè)地方是，這是集中式;而當(dāng)資源分散在不同地方是，這便是分布式。對于集中式與分布式，它們各自有各自的優(yōu)缺點(diǎn)。后面會(huì)結(jié)合具體 的網(wǎng)絡(luò)實(shí)際進(jìn)行分析。

那么，對于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境來說，我們又應(yīng)該怎樣看待網(wǎng)絡(luò)的集中式與分布式呢?在這里，我們所說的網(wǎng)絡(luò)的集中式與分布式通常指的是控制平面的結(jié)構(gòu)。下圖是《SDN—軟件定義網(wǎng)絡(luò)》一書中對于控制平面與數(shù)據(jù)平面分布式選項(xiàng)的譜系圖。

從上面的譜系圖，我們可以看出，作者認(rèn)為網(wǎng)絡(luò)控制平面的體系有三種不同模型，一種是嚴(yán)格的集中式，另一種是半集中式或邏輯集中式，***一種是完全分布式。

對于嚴(yán)格集中式控制平面，其有以下特點(diǎn)：

1.最常用于實(shí)驗(yàn)性的SDN控制器;

2.統(tǒng)一配置平臺(tái);

3.單點(diǎn)故障;

4.難以橫向擴(kuò)展。

而對于半集中式或邏輯集中式的控制平面，其特點(diǎn)為：

1.現(xiàn)代SDN控制器的典型方案;

2.統(tǒng)一配置平面，需要與幕后的其他控制平面實(shí)例進(jìn)行同步，但需花費(fèi)一段時(shí)間;

3.可恢復(fù)多點(diǎn)故障，但仍易受與其他控制平面實(shí)例狀態(tài)同步的影響;

4.易于橫向擴(kuò)展，僅需部署控制平面的新實(shí)例。

對于完全分布式的控制平面，其特點(diǎn)為：

1.典型的方法;

2.每個(gè)(邏輯的或真實(shí)的)設(shè)備上有一個(gè)控制平面的實(shí)例;

3.已證明對故障的高可恢復(fù)性;

4.可能有收斂上的困難;

5.需要配置和管理N個(gè)實(shí)例;

6.難以橫向擴(kuò)展，橫向擴(kuò)展時(shí)需要增加新的設(shè)備。

那么在SDN中，我們應(yīng)該怎樣決定控制平面的放置位置呢?Ken Gray提出了一個(gè)很有趣的概念：革命(revolution)、演進(jìn)(evolution)、傳統(tǒng)(tradition)。

那么什么是革命方式呢?革命方式提出了將網(wǎng)絡(luò)的控制平面完全采用集中式這樣一種推倒重來的全新方案。在這一模型中，設(shè)備上并不具有控制平面的功能，這種模型 中的設(shè)備都是傻的速度很快的交換設(shè)備，被位于遠(yuǎn)端的集中式控制平面完全控制。在這里，對于魯棒性問題，其在OpenFlow中其實(shí)已經(jīng)有了一個(gè)很好的解決 方案，即同時(shí)采用多個(gè)控制器(OpenFlow在網(wǎng)元設(shè)備與控制器建立通信時(shí)提到了這個(gè)方案)來處理控制器異常情況。對于多個(gè)控制器之間的共存方 式，OpenFlow提出了兩種模式，一種是對等模式(Equal)，另一種是主從模式(Master/Slave)。關(guān)于這兩種模式的不同，在后面關(guān)于 OpenFlow協(xié)議以及SDN控制器方面還會(huì)有一個(gè)詳細(xì)的講解。

演進(jìn)方式指的是譜系圖中間的半集中式控制平面模型，它著眼于一般定義下的網(wǎng)絡(luò)域。這種模式通常能以某種形式和分布式的控制平面一起工作，這意味著設(shè)備還保留 了一些傳統(tǒng)的控制平面功能(如ARP處理或MAC地址學(xué)習(xí))，同時(shí)允許一個(gè)集中式的控制器來操控其他功能，即采用集中式操作范式更方便的那些功能，這種觀 點(diǎn)往往被當(dāng)作混合模式或“承載/疊加”的概念，即分布式控制平面作為承載，而集中式控制平面在利用承載網(wǎng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)幕A(chǔ)上，在邏輯上疊加新的功能。對 于這種模式，我們常常需要考慮到這樣一個(gè)問題，如何實(shí)現(xiàn)“承載/疊加”?在OpenFlow白皮中，定義了兩種不同的交換機(jī)，一種是OpenFlow專用 交換機(jī)(Dedicated OpenFlow Switch)，另外一種是兼容OpenFlow交換機(jī)(OpenFlow- Enabled Switch)。其實(shí)，在這里，兼容OpenFlow交換機(jī)就是演進(jìn)方式下的產(chǎn)品。兼容OpenFlow的交換機(jī)與OpenFlow專用 交換機(jī)的不同在于兩個(gè)方面：一是兼容型交換機(jī)有一個(gè)Normal預(yù)留端口(Resevered Port);二是兼容型交換機(jī)支持從正常處理管線轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù) 包的數(shù)據(jù)包處理方式。由于這種交換機(jī)只需在傳統(tǒng)交換機(jī)上兼容OpenFlow協(xié)議，因此可以作為由完全分布式到嚴(yán)格集中式的有效過渡。

傳統(tǒng)方式，顧名思義，幾十只目前大多數(shù)商用交換機(jī)所采用的控制層面模式，即完全分布式。在這個(gè)模型中，每個(gè)設(shè)備除了擁有至少一個(gè)數(shù)據(jù)平面外，還要擁有一個(gè)完整的控制平面。而且，在該模型中每一個(gè)獨(dú)立的控制平面必須與其他控制平面合作，以支持一個(gè)整體的、可運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)。顯然，這個(gè)方案并沒有新意，既不是革命性的，也不是演進(jìn)性的。

SDN最能引起人們共鳴的三個(gè)概念是：可編程、控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，以及用與網(wǎng)絡(luò)瞬時(shí)狀態(tài)管理的集中式控制模型。而具體而言，網(wǎng)絡(luò)控制層面體系模型的確立是 控制平面與數(shù)據(jù)平面分離后整個(gè)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)組成的核心思想之一。分布式到集中式的轉(zhuǎn)變，意味著集中式控制層面必須要解決其不足之處，同時(shí)盡量多的發(fā)揮出集 中式的優(yōu)勢。對于集中式控制層面而言，控制層面的集中化必然會(huì)便于網(wǎng)絡(luò)管理者管理和配置整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，合理的調(diào)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源，進(jìn)一步地優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，提高網(wǎng)絡(luò)有效利用率。同時(shí)，利用資源集中化優(yōu)勢，可以更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程化。但是，其魯棒性的劣勢需要合理地進(jìn)行相關(guān)保護(hù)措施，保障控制層面的安全，并且采用多種措施 來解決其擴(kuò)展性問題。