Definition Was ist OpenDaylight?

Bei OpenDaylight handelt es sich um ein Open Source Projekt von namhaften Netzwerkausstattern unter dem Konsortium „The Linux Foundation“. Ziel von OpenDaylight ist es, offene und standardisierte Controller für das Software-Defined Networking zu entwickeln.

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Zum Open Source Projekt OpenDaylight unter dem Konsortium „The Linux Foundation“ zählen namhafte Unternehmen wie Cisco, IBM, Microsoft, Brocade, Juniper, Citrix, NEC, Nuage Networks, VMware oder Red Hat. Das Projekt wurde 2013 ins Leben gerufen und verfolgt das Ziel, mit Hilfe von offenen, standardisierten SDN-Controllern das Software-Defined Networking (SDN) und die Network Functions Virtualization (NFV) voranzubringen.

Die im Rahmen von OpenDaylight entwickelte Software ist hauptsächlich in den Sprachen Java und Python geschrieben und steht unter der Eclipse Public License (EPL). Das Open Source Framework soll die Grundlage für die verschiedenen SDN-Produkte der Mitglieder des Projektes schaffen. Seit dem Jahr 2014 stellt OpenDaylight eine vollständige Software-Distribution bereit, mit der sich komplette SDN-Infrastrukturen realisieren lassen.

Die Anbindung von Hardware und Protokollen an die Software erfolgt mittels eines Plugin-Konzepts. Plugins sind mittlerweile für die wichtigsten Protokolle im SDN-Umfeld wie das Kommunikationsprotokoll OpenFlow verfügbar. Das Kommunikationsprotokoll OpenFlow bindet beispielsweise Router und Switches an einen Controller an. Die Steuerung der Forwarding Plane der Netzwerkhardware erfolgt über OpenFlow von der Control Plane des Controllers aus.

Die verschiedenen OpenDaylight Releases

Seit der Gründung des Projekts 2013 sind eine ganze Reihe verschiedener OpenDaylight Releases erschienen. Hier ein kurzer Überblick über die verschiedenen Release-Namen und ihr jeweiliges Erscheinungsdatum:

• Release Hydrogen im Februar 2014

• Release Helium im Oktober 2014

• Release Lithium im Juni 2015

• Release Beryllium im Februar 2016

• Release Boron im November 2016

Die Ziele von OpenDaylight

Wie bereits eingangs erwähnt, verfolgt das durch die Netzwerkindustrie unterstützte OpenDaylight-Projekt hauptsächlich das Ziel, einen offenen und transparenten Ansatz für das Software-Defined Networking (SDN) und die Network Functions Virtualization (NFV) zu liefern. Zentrale Rolle nimmt dabei das Framework für den SDN-Controller ein. Die weiteren Ziele des Projekts sind:

• einen robusten, erweiterbaren, offenen Source Code zu schaffen, der alle wichtigen Funktionen abdeckt, um eine SDN-Lösung zu realisieren

• für eine hohe Akzeptanz der geschaffenen Lösung bei Herstellern und Usern zu sorgen

• eine lebendige, große Community zu schaffen, die an dem Code arbeitet, ihn ständig verbessert und neue Funktionen hinzufügt

• für Offenheit, Transparenz und Fairness im Software-Defined Networking zu sorgen

Parallele Entwicklungstendenzen durch die Open Networking Foundation (ONF) und das OpenDaylight-Konsortium

Aktuell prägen zwei unterschiedliche Organisationen die Entwicklung des Software-Defined Networkings maßgeblich. Diese Organisationen sind die Open Networking Foundation (ONF) und das OpenDaylight-Konsortium.

Bei der Gründung des OpenDaylight-Konsortiums gab es Befürchtungen, dass sich die Entwicklung des SDN in verschiedene Richtungen bewegen könnte. Doch die Arbeit der beiden Organisationen überlappt sich zwar in einigen Bereichen, lässt sich aber auch in verschiedene Teilbereich aufgliedern. Die ONF hat ihren Schwerpunkt hauptsächlich auf der Weiterentwicklung des OpenFlow-Kommunikationsprotokolls und der Standardisierung von OpenFlow-Switches und -Routern. Weitere Schwerpunkte der ONF sind die Migration von Netzwerken zu Software-Defined Netzen und die Interoperabilität von SDN-Produkten. Zum ONF gehören viele Unternehmen und Forschungseinrichtungen. Dazu zählen so gut wie alle relevanten Hersteller von Netzwerkgeräten und große Serviceprovider.

Das OpenDaylight Konsortium sieht seine Hauptaufgabe in der Entwicklung eines auf Open Source Software basierenden Controllers für das Software-Defined Networking. Die Schnittstellen des Controllers bilden seine so genannten Northbound und Southbound Interfaces. Am Northbound Interface erfolgt die Anbindung an Management- und Orchestrierungslösungen. Das Southbound Interface des Controllers stellt die Verbindung zur Data Plane mit seiner Hardware wie Router und Switches her.

Der Controller als zentrale Komponente von OpenDaylight

Die zentrale Rolle im Software-Defined Networking des OpenDaylight Projekts nimmt der Controller ein. Er bildet quasi das Herz des Software-Defined Networkings und sorgt in Richtung Netzhardware für die Trennung von Forwarding Plane und Control Plane.

In Richtung der höheren Hierarchien der Infrastruktur lässt sich der Controller an das Management und an Orchestrierungslösungen anbinden. Die einzelnen Komponenten des Controllers laufen in der Regel in einer Java-Runtime-Umgebung und kommunizieren mit Hilfe von Funktionsaufrufen untereinander. Zu den hierarchisch unter dem Controller angesiedelten Komponenten kommuniziert der Controller über das Southbound Interface. Hierfür sieht die Software die Einbindung von verschiedenen Protokoll-Plugins vor.

So ist es beispielsweise möglich, per OpenFlow mit Routern oder Switches zu kommunizieren und das Forwarding von Datenpaketen zu steuern. An den Plugin-Manager des Controllers können Plugins für unterschiedliche Protokolle andocken, was die Flexibilität des Systems enorm steigert. Neben OpenFlow existieren Plugins für die Multi-Protokoll-Unterstützung von beispielsweise Netconf oder für das OVSDB-Management-Protokoll (Open vSwitch DataBase Protocol) bei virtualisiertem Netzwerkequipment.

Dem Southbound Interface entgegen gerichtet ist das Northbound Interface, das die abstrahierten Hierarchien wie Managementsoftware, Netzwerkanwendungen oder Orchestrierungslösungen an den Controller anbindet. Dazu zählen beispielsweise verschiedene Open-Stack-Komponenten. Die Kommunikation über das Northbound Interface realisiert der Controller per REST-API.

Trennung von Control Plane und Forwarding Plane mit OpenFlow

Auch bei OpenDaylight ist eine der zentralen Aufgaben des Controllers, für die Trennung der Control Plane und der Forwarding Plane zu sorgen. Dank des Plugin-Konzepts der Open Source Software können hierfür unterschiedliche Protokolle zum Einsatz kommen. Am weitesten verbreitet und in vielen SDN-fähigen Switches und Routern implementiert ist das OpenFlow-Kommunikationsprotokoll.

Am Beispiel von OpenFlow soll an dieser Stelle kurz erklärt werden, wie die Trennung von Forwarding Plane und Control Plane erfolgt. OpenFlow erlaubt es den Standard-Forwarding-Mechanismus von Switches und Routern zu erweitern. Über den Controller gesteuert lassen sich die Forwarding-Tabellen der Netzwerkhardware mit weiteren Feldern ergänzen. Über diese Felder ist es möglich, auf die Weiterleitung der Pakete extern Einfluss zu nehmen.

Durch die Auswertung der Headerbits der Datenpakete und der spezifischen Felder in der Forwarding-Tabelle werden so genannte Flows erzeugt. Dabei handelt es sich um Datenpakete, die aufgrund ihrer Headerinformationen den gleichen Weg durch das Netzwerk nehmen. Die einfachen und selbstlernenden Switchalgorithmen können durch den zentralen Controller mit fast beliebig definierbaren Regeln zur Weiterleitung von Datenpaketen ersetzt und erweitert werden. Beispielsweise kann der Controller den Router oder Switch so steuern, dass einzelne Server besser ausgelastet, Staus umgangen oder Verkehrsströme umgeleitet werden.

Overlay Network

Im Software-Defined Networking fällt häufig der Begriff des Overlay Networks. Ein Overlay Network kann als Ergänzung oder als Teilkonzept des Software-Defined Networkings verstanden werden. Das Overlay Network ist auf einem vorhandenen Netzwerk per logischen und virtuellen Verbindungen aufgebaut.

Die Kernaufgabe des Software-Defined Networkings, die Trennung der Control Plane von der Data Plane, übernehmen die über das Netzwerk gelegten Strukturen. Die logischen oder virtuellen Verbindungen des Overlay Netzes lassen sich auf einem vorhandenen Netzwerk realisieren. Es kann mit Hilfe von Virtualisierungs- und Steuerebenen über vorhandene Netzwerkkomponenten gelegt werden.

Unternehme können dank dieser Overlay-Infrastrukturen Erfahrungen mit programmierbaren SDN-Architekturen sammeln und gleichzeitig vorhandene Infrastrukturen risikolos weiter nutzen. Das Overlay Network wird auf dem vorhandenen physischen Netz abgebildet und erfordert zunächst keinen Austausch von Komponenten. Werden die Netzwerkfunktionen beispielsweise durch Network Functions Virtualization vollständig in das Software-Defined Networking integriert, sind proprietäre Router und Switches überflüssig und das Overlay Network geht vollständig im Software-Defined Networking auf.

Network Functions Virtualization (NFV) und OpenDaylight

OpenDaylight unterstützt dank seines ganzheitlichen Ansatzes und des Plugin-Konzepts auch die Network Functions Virtualization (NFV). Network Functions Virtualization hat das Ziel, die Funktionen von herstellerspezifischer Netzwerkhardware wie Router und Switche auf standardisierten Hardwarekomponenten bereitzustellen.

Treiber der Network Functions Virtualization ist die ETSI Industry Specification Group (ISG) für Network Functions Virtualization. Durch die Virtualisierung der Netzwerkfunktionen und der Realisierung auf Standard-Servern wird proprietäre Hardware im SDN überflüssig. Es lassen sich mit Hilfe der Network Functions Virtualization beispielsweise Loadbalancer, Switches, Firewalls oder Router als Software auf virtuellen Servern hosten. Netzwerke werden dadurch noch flexibler, kostengünstiger und skalierbarer.

Der OpenDaylight-Controller ist in der Lage, über seine Southbound Interfaces mit virtualisierter Netzwerkhardware zu kommunizieren und das Data Forwarding zu steuern. Die Steuerung des Datenflusses erfolgt per OpenFlow während das Management der virtuellen Switches über Protokolle wie das OVSDB-Protokoll (Open vSwitch Database Management Protocol) möglich ist. Per OVSDB kann einem virtuellen Switch in einer Open-vSwitch-Implementierung mitgeteilt werden, dass Ports oder Tunnel anzulegen, zu löschen oder zu konfigurieren sind.

NFV ist interessant, wenn Serviceprovider ihre Services schnell und flexibel den sich verändernden Anforderungen des Marktes anpassen müssen. Standard-Hardware lässt sich für das Netzwerk virtualisiert, herstellerunabhängig und mandantenfähig einsetzen.

OpenDaylight in einem emulierten Netz testen

Für Tests und erste praktische Gehversuche mit OpenDaylight und dem Software-Defined Networking muss nicht zwingend ein eigenes Netzwerk zur Verfügung stehen. OpenDaylight lässt sich auf einem Linux-System emulieren und ausprobieren. Um das Netzwerk per Software nachzuahmen, kann die freie Software Mininet verwendet werden.

Mininet ist in verschiedenen Virtualisierungstechnologien wie Virtualbox betreibbar. Ein ebenfalls auf einem Linux-System installierter OpenDaylight-Controller unter einer Java-Umgebung kann mit dem emulierten Mininet-Netzwerk kommunizieren. Es lassen sich zum Beispiel per Mininet-VM einfach Netzwerke anlegen und über die OpenDaylight-Software steuern. Das emulierte Netzwerk wird im Webinterface des OpenDaylight-Controllers grafisch dargestellt. Gleichzeitig lassen sich Detailinformationen zu einzelnen Ports oder zu Flows in der Weboberfläche anzeigen.

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