OpenDaylight的运维数据采集系统设计与实现

时间序列数据是指在不同时间点上收集到的数据，这类数据反映了某一事物、现象等随时间的变化状态或程度[3]。时间序列仓库(Time Series Data Repository)是OpenDaylight控制器增强型模块。目前OpenDaylight控制器采集了OpenFlow的状态数据，并且存储在MD-SAL的数据库中。这限制了获取大量时间序列数据，并且也对北向应用不可用[4]。进行客户端获取时间序列数据操作时，对OpenDaylight控制器带来了性能上的损耗。
实验结果表明，加载时间序列数据模块后，OpenDaylight控制器内部数据状况对于开发者来说不再是一个空洞，不论是第三方插件，还是数据库的查询更加直观地将OpenDaylight控制器的运维信息展现出来。
随着软件定义网络(SDN)的出现，不同的SDN平台如雨后春笋般涌现出来。包括各种开源组织，例如OpenDaylight、FloodLight、Beacon、Ryu；当然也包括各大厂商私有的，例如APIC(Cisco)、Active Fabric Controller(Dell)、Smart Network Controller(Huawei)等等。各种控制器都是为了实现SDN这种新网络架构的理念，并且各具特色[1]。在此，主要研究的为OpenDaylight控制器[2]。
在软件定义网络开源控制器中，OpenDaylight作为最大的开源组织推出了OpenDaylight控制器，代码贡献者来自于知名网络公司思科、DELL、NEC、Juniper等。虽然是开源平台，各大厂商已经通过内部的扩展研发，让OpenDaylight控制器功能更大强大、应用领域更广。对OpenDaylight控制器，笔者已有两年的研发经验，项目开发中经过了很多思考。从OpenDaylight控制器中学习到了很多，但是也看到了一些不足或者说是亟待增强的功能。此次的研究内容为开发时间序列数据仓库模块，作为OpenDaylight的大数据平台，具体工作包括采集OpenDaylight控制器中平台运行数据、协议运维数据、网络流量监控数据；构造数据模型，融合、存储运维数据。本次系统设计的意义为增加智能属性于OpenDaylight控制器，后期应用机器学习或者人工智能技术。
在学术界，美国GENI、Internet2、欧洲OFELIA和日本的JGN2plus先后展开对SDN 的研究和部署[14]，国内由清华大学牵头，中科院计算所、北邮、东南大学、北京大学等单位参与开展了类SDN思想的”未来网络体系结构和创新环境”863项目研究[15]。
在标准化方面，除了ONF的标准化工作，IETF（互联网工程任务组）、IRTF（互联网研究任务组）、ITU-T（国际电信联盟电信标准化部门）、ETSI（欧洲电信标准化协会）等也已成立相应的工作组，围绕各自领域的SDN应用和架构展开标准研究和制定工作[16]。
TSDR模块的设计目的是为实现收集、存储、查询、维护OpenDaylight控制器中的状态数据，包括配置数据和操作数据。例如，目前OpenFlow协议插件提供了收集OpenFlow协议的状态数据，状态数据的获取是通过与OpenDaylight控制器相连并且支持OpenFlow协议的交换机发送的。OpenDaylight控制器将这些数据存储在状态数据库中[6]。TSDR运维数据收集可以按照固定的时间将ODL的状态数据库中的OpenFlow运维数据拉取出，附加时间段属性，存储在该模块的数据仓库中。
随着新的网络架构软件定义网络概念的提出，NFV、IOT、云计算Paas层，等很多领域都在进行着技术变迁与改革。而且根据调研，软件定义网络目前已成为当前全球网络领域最热门的研究方向，在权威机构IT领域预测未来五年十大关键趋势和技术影响中排名第二。互联网公司均在软件定义网络领域投入了大量的科研力量；传统网络服务公司，比如华为、思科、爱立信、IBM、惠普等也正在研制软件定义网络控制器和交换机。软件定义网络的核心思想是分离设备的转发层和控制层，控制层从设备侧抽象出，具体化为控制器。设备不再执行复杂的网络转发，路径计算等任务。
随着OpenDaylight已经广泛地应用于网络业务处理中[7]，据此，TSDR可以被应用到的领域有：IoT(物联网)应用、NFV案例、软件定义数据中心的分析与自动化等等[8]。例如，能应用于IoT数据分析的应用的原因是由于TSDR具有通用性、开放性、弹性的、可扩展的特点。应用于NFV数据分析与自动化的原因，同样是因为TSDR采用一套通用的数据模型，基于通用的时间序列数据平台。应用于软件定义数据中心的分析是因为TSDR可以防范DDos的攻击[9]。
1.3 国内外研究概况
SDN的前身最早可追朔到“可编程网络”的概念，此后陆续有学者提出相应的可编程网络思想和方法。2004年，4D Project项目提出了一种Clean-Slate的网络设计方案[10]，该方案重点突出了网元之间的交互协议与路由决策逻辑的分离[11]。2011年，McKeown 等研究者组织成立了开放式网络基金会(Open Networking Foundation，简称ONF)[12]，专门负责相关标准的制定和推广，包括OpenFlow 标准、OpenFlow 配置协议和SDN 白皮书，这大大推进了OpenFlow 和SDN 的标准化工作，也使其成为了全球开放网络架构和网络虚拟化领域的研究热点[13]。
OpenDaylight的数据库比较封闭，当然在已知的具体的数据节点的条件下，可以访问到数据。虽然增加了安全性，但是又不够灵活[5]。
1.2 课题研究目的和意义
时间序列仓库模块的设计是为了解决此类问题。采集并且存储不同的类型的时间序列数据，包括OpenFlow、Snmp、流量统计信息、日志信息等等。并且TSDR相对于OpenDaylight来说是一个可插拔的模块，数据库也是可选的，客户端可以按需自由选择。
SDN领域的技术成果、水平方面，国外还是走在国内的前面。从2006年，SDN的理念提出之后，国外已经开始了这方面的研究。随后诞生了很多SDN控制器，如开源的Ryu、FloodLight、NOX等等[17]。在编程语言发面，开发了新的声明式编程语言P4[18]。P4用于编程程序已下达命令给数据转发面的设备[19Байду номын сангаас。如今，设计一款高性能的网络设备是相当的痛苦，你要确定你所需要的设备有哪些特性，然后你要找到一块最符合特性需求的交换机芯片。接着你要签署一份保密协议获得软件开发工具包(SDK)，最后调用合适的API进行编程使芯片满足你的系统需求[20]。但是由于你系统取决于SDK，所以设计是被芯片厂商锁定的[21]。P4试图在从根本上改变我们设计网络系统的方式。