05-2

---

💡 What is SDN?

SDN : Software Defined Networking
monolithic router : HW와 SW가 합쳐져 있는 라우터
proprietary router OS : OS를 router 회사에서 일체형으로 판매

예전의 router 시장은 거의 Cisco의 독점체제였다.
이유가 무엇일까?

바로 per-router 에서는 monolithic router을 판매하고, proprietary router OS 였기 때문이다.
이러한 경우 네트워킹시 방법을 조금만 다르게 바꾸려고 하면 쓰고있는 라우터들을 모두 폐기하고 재구매를 해야했다.
즉 HW와 SW가 일체형으로 붙어있었기에 SW만 변경하는 것은 불가능했다.

하지만 기술이 발전하여 여러 제품이 나오며 완화되었다.
어떻게 완화되었을까?

---

💡 Logically Centralized control plane

SDN is logically centralized control plane!

예전의 라우터는 control plane 과 data plane이 일체형으로 붙어있었다면
아래 설명은 control plane과 data plane이 독립되어있다.

CA : Control Agent, data plane과 control plane을 소통시킨다.

옛날의 일체형 라우터는 하나의 라우터의 flow table이 잘못되었을 때 어디서부터 잘못된 것인지 찾기 힘들다는 단점이 있다.
이유는 한 라우터의 flow table이 잘못되면 그 잘못된 정보를 주변에 전달하고,
전달받은 주변은 잘못된 정보를 갖고 자기 자신을 업데이트 후,
그 잘못된 정보를 이용한 잘못된 업데이트를 또 주변에 전파시키기 떄문이다.

하지만 data plane과 control plane이 독립되어있으면 다르다.
각각의 flow table은 control plane의 remote controller에서 연산하고 만들어진다.
그 후 만들어진 flow table을 control Agent(CA)를 통하여 data plane으로 전달된다.


📌 Why a logically centralized control plane ?

• Easier network management
  Error를 찾기 쉽다.
  avoid router misconfigurations
  greater flexibility of traffic flows (plane들이 분리되면서 router가 하는 일이 줄었기 때문)
• table-based forwarding allows "programming" router
  • centralized "programming" easier
    compute tables as result of distributed algorithm
    분리되기 전에는 각 라우터들이 각각 계산을 하고 업데이트 했으나 분리된 후에는 control plane에서 모아서 한번에 계산
• open (non-proprietary) implmentation of contol plane
  위에 얘기했듯이, Cisco의 시장독점 문제가 사라졌다.
  전에는 Cisco 자체적인 control plane을 이용해 아무도 알 수 없었지만
  현재는 개방형 control plane이다.

---

• Vertically -> Horizontal
  HW와 SW를 일체 상품으로 팔았지만 지금은 분리된 상태로 팔며, 한 회사만 가질 수 있던 것을 여러회사가 나눌 수 있게 되었다.
• Closed -> Open
  각 회사의 독점 control plane이 있었지만 현재는 아니다.
• Slow innnovation -> Rapid Innovation
  독점 회사인 한 회사에서만 개발하다 오픈 형식으로 바뀌고 여러 회사가 동시에 연구하기 시작하면서 빠른 발전을 이루었다.
• Small industry -> Huge industry
  독점회사 (한정적) -> 여러 회사

---

Traffic Engineering (load balancing)

기존의 per-routing 방식은 HW와 SW가 일체화 되어있어 control plane은 독점회사의 것이었다.
즉, 더 효과적인 방법이 있어도 회사의 control plane policy에 따를 뿐, 회사가 아닌 외부인은 수정불가했다.
설령 그것이 더 효율적인 방법임에도

만약 u에 traffic이 너무 몰려 두 가지 길로 나눠서 할당하고 싶다하자.
하지만 일체화된 router는 더 적은 cost를 가진 쪽으로 가기 때문에 우리가 조절할 수 없다.
traffic이 너무 몰려서 과부화가 오더라도

만약 이것을 고치기 위해 다른 알고리즘을 이용하기 위해서는 기존의 라우터들을 모두 폐기해야한다.

그렇다면 우리는 기존의 알고리즘과는 다른 알고리즘을 적용시키기 위해서는 저런 비효율적인 방법밖에 없는걸까?

---

💡 SDN

답은 SDN에 있다.

SDN은 data plane과 control plane이 분리되어있기 때문에 교체할 알고리즘 앱만 새로 깔아주면 된다.

위 사진을 보면 알 수 있듯, control plane은 application과도 소통하고 아래로는 switches와도 소통한다.
이때 스위치와 라우터는 OpenFlow protocol을 이용하여 controller와 소통한다.

그럼 openFlow랑 CA(control agent) 차이점이 뭐야?

---

💡 SDN controller (network OS)

위와 같이 SDN controller 가 network control application과 소통할 때는 northbound API를 이용한다.

아래의 data plane 친구들과 소통할 때는 southbound API를 이용한다.

📌 실제로 control plane은 여러대의 분산된 controller들을 갖고있다.
편의를 위헤 하나로 그릴뿐이다.

---

network-control apps

• routing : end-to-end pahts via 다익스트라 알고리즘 using node-state and link state information from SDN

• access control : 스위치에서 어떤packet을 블락할 것인지 결정한다. ex) firewall

• load balancing : blance traffic between switches

---

💡 OpenFlow protocol

• controller와 switch 사이에서 일어난다.
  
• 메세지를 주고 받을때는 TCP를 이용한다.

Controller-to-switch

Modify-State : flow table의 정보가 바뀐경우 바뀌었다고 알려준다.
Read-State : count values를 읽어오고 싶을 때 사용한다.

Switch to controller

Port-Status : port status가 바뀌었을때 정보를 준다.
ex) link has gone down

만약 링크가 다운된 경우 Port-Status (스위치 -> 컨트롤러)로 링크가 다운되었음을 알린다.
그럼 컨트롤러는 다른 방안을 찾아 flow table을 업데이트 한 후 스위치에게 update flow table을 전해준다(Modify-State). (컨트롤러 -> 스위치)

---

Per router vs SDN

공통점 : 다익스트라 알고리즘 사용

차이점
Per router : Link State routing
다익스트라 알고리즘이 모든 라우터에서 실행된다.
link state update가 모든 네트워크 라우터들에게 방송된다.

Centralized control : SDN
다익스트라 알고리즘은 packet switches 밖에서 어플리케이션으로 따로 실행된다.
Packet Switches가 link update가 있을 시 모든 네트워크에 방송하는 것이 아닌 SDN Controller에만 알려준다.

---

💡 SDN Example

1. S1이 link failure가 일어났다면 OpenFlow port status 메세지를 modify controller에 준다.

2. SDN controller가 메세지를 받고 OpenFlow 메세지를 통해 link satae info를 업데이트한다.

3. 바뀐 link state으로 다익스트라 알고리즘을 수행한다.

4. new least-cost가 만들어진다.

5. new least-cost로 각자의 flow table을 만들어준다.

6. Controller가 OpenFlow modify-state 메세지를 통해 스위치에 새로운 테이블을 다운시키고 업데이트해준다.

📌 질문
Q1. 기존의 전통적인 라우팅과 다른 점은?
기존은 라우터가 다익스트라를 수행했다. 하지만 SDN은 application이 수행한다.
고로 라우터의 계산이 줄었다.

Q2. 라우팅 프로토콜을 바꾸려면 어떻게 해야할까?
per-router에는 모든 라우터를 새 라우터로 바꿔야했다.
하지만 SDN은 앱을 하나만 깔면 된다.

Q3. 만약 SDN에서 link status가 바뀌면 어떻게 되나?
1. controller 에서는 linkstate info를 바꾼다
2. networl graph가 바뀐다.
3. flow table이 바뀐다 (update 된 info로)