อินเตอร์เฟซทางเหนือ อินเตอร์เฟซทางทิศใต้

การแนะนำ

ในโลกของเครือข่ายและการสื่อสาร อินเทอร์เฟซ Northbound และอินเทอร์เฟซ Southbound มีบทบาทสำคัญในการทำให้ระบบต่างๆ ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อินเทอร์เฟซเหล่านี้อำนวยความสะดวกในการสื่อสารระหว่างชั้นต่างๆ ของโครงสร้างพื้นฐานเครือข่าย และช่วยให้การไหลเวียนของข้อมูลและคำสั่งเป็นไปอย่างราบรื่น ในบทความนี้ เราจะสำรวจประวัติ โครงสร้างภายใน คุณลักษณะหลัก ประเภท การใช้งาน และมุมมองในอนาคตของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้

ประวัติศาสตร์และต้นกำเนิด

แนวคิดของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้พบรากฐานในด้านระบบเครือข่ายที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ (SDN) SDN ถือกำเนิดขึ้นในช่วงต้นทศวรรษ 2000 เพื่อตอบสนองต่อข้อจำกัดของสถาปัตยกรรมเครือข่ายแบบดั้งเดิม คำว่า "อินเทอร์เฟซทางเหนือ" และ "อินเทอร์เฟซทางทิศใต้" ถูกนำมาใช้อย่างเป็นทางการครั้งแรกในรายงานการวิจัยเชิงน้ำเชื้อ "The Clean Slate Design for the Internet" ซึ่งจัดพิมพ์โดย David D. Clark และเพื่อนร่วมงานของเขาในปี 2004 บทความนี้เสนอแนวทางใหม่ในการสร้างเครือข่าย เน้นการแยกส่วนควบคุมและระนาบข้อมูล ซึ่งนำไปสู่การพัฒนา SDN และต่อมาคืออินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้

ภาพรวมของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้

อินเทอร์เฟซทางเหนือ

อินเทอร์เฟซ Northbound หมายถึงการเชื่อมโยงการสื่อสารระหว่างระนาบควบคุมและเลเยอร์แอปพลิเคชันหรือเลเยอร์ซอฟต์แวร์ ช่วยให้แอปพลิเคชันและเครื่องมือการจัดการเครือข่ายโต้ตอบกับตัวควบคุม SDN ผ่านอินเทอร์เฟซ Northbound แอปพลิเคชันสามารถร้องขอทรัพยากรเครือข่าย กำหนดนโยบายเครือข่าย และดึงข้อมูลสถานะเครือข่าย อินเทอร์เฟซนี้ช่วยให้สามารถโปรแกรมและความยืดหยุ่นของ SDN ทำให้ง่ายต่อการจัดการและควบคุมโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายที่ซับซ้อน

อินเตอร์เฟซทางใต้

ในทางกลับกัน อินเทอร์เฟซ Southbound จะเชื่อมต่อคอนโทรลเลอร์ SDN กับอุปกรณ์เครือข่ายพื้นฐาน เช่น สวิตช์ เราเตอร์ และจุดเข้าใช้งาน มีหน้าที่รับผิดชอบในการถ่ายทอดคำแนะนำและนโยบายจากตัวควบคุมไปยังอุปกรณ์เครือข่าย ทำให้เครือข่ายสามารถปรับตัวเข้ากับข้อกำหนดที่เปลี่ยนแปลงได้แบบไดนามิก อินเทอร์เฟซ Southbound จะสรุปฮาร์ดแวร์ที่ซ่อนอยู่ ทำให้เกิดกลไกการควบคุมแบบครบวงจรสำหรับอุปกรณ์เครือข่ายที่ต่างกัน

โครงสร้างภายในและการทำงาน

โครงสร้างภายในของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้ได้รับการออกแบบมาเพื่อให้เกิดการสื่อสารและการประสานงานที่ราบรื่นระหว่างโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายชั้นต่างๆ

ฟังก์ชั่นอินเทอร์เฟซทางเหนือ

โดยทั่วไปอินเทอร์เฟซ Northbound จะแสดงชุดของ API (Application Programming Interfaces) ที่แอปพลิเคชันและเครื่องมือการจัดการสามารถใช้เพื่อโต้ตอบกับตัวควบคุม SDN API เหล่านี้ช่วยให้นักพัฒนาสามารถกำหนดค่า ตรวจสอบ และจัดการเครือข่ายทางโปรแกรมได้ โปรโตคอลทั่วไปที่ใช้ในอินเทอร์เฟซ Northbound คือ Representational State Transfer (REST) ซึ่งมีสถาปัตยกรรมที่เรียบง่ายและปรับขนาดได้สำหรับบริการเว็บ

ฟังก์ชั่นอินเทอร์เฟซทางใต้

อินเทอร์เฟซ Southbound ใช้โปรโตคอลการสื่อสารเฉพาะเพื่อถ่ายทอดคำสั่งและคำแนะนำจากตัวควบคุม SDN ไปยังอุปกรณ์เครือข่าย โปรโตคอล OpenFlow เป็นหนึ่งในโปรโตคอลที่แพร่หลายที่สุดที่ใช้ในอินเทอร์เฟซ Southbound OpenFlow ช่วยให้สามารถควบคุมระนาบการส่งต่อในอุปกรณ์เครือข่ายได้จากส่วนกลาง ทำให้ผู้ดูแลระบบเครือข่ายสามารถควบคุมการรับส่งข้อมูลได้อย่างละเอียด

คุณสมบัติที่สำคัญของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้

คุณสมบัติที่สำคัญของอินเทอร์เฟซทางเหนือ:

• นามธรรม: อินเทอร์เฟซ Northbound จะสรุปความซับซ้อนพื้นฐานของโครงสร้างพื้นฐานเครือข่าย ให้มุมมองที่เรียบง่ายสำหรับนักพัฒนาแอปพลิเคชันและผู้ดูแลระบบเครือข่าย

• ความสามารถในการตั้งโปรแกรม: ช่วยให้แอปพลิเคชันสามารถควบคุมและกำหนดค่าทรัพยากรเครือข่ายแบบไดนามิก ทำให้เครือข่ายทำงานอัตโนมัติและประสานกันได้

• ตามนโยบาย: ผ่านอินเทอร์เฟซ Northbound ผู้ดูแลระบบสามารถกำหนดนโยบายเครือข่ายและกฎที่กำหนดวิธีที่เครือข่ายควรจัดการกับการรับส่งข้อมูล

• ความยืดหยุ่น: ช่วยให้สามารถบูรณาการแอปพลิเคชันและเครื่องมือของบุคคลที่สามเข้ากับระบบนิเวศ SDN ส่งเสริมนวัตกรรมและความสามารถในการขยาย

คุณสมบัติที่สำคัญของอินเทอร์เฟซทางใต้:

• การทำงานร่วมกัน: อินเทอร์เฟซ Southbound ส่งเสริมการทำงานร่วมกันโดยอนุญาตให้คอนโทรลเลอร์ SDN สื่อสารกับอุปกรณ์เครือข่ายต่างๆ จากผู้จำหน่ายที่แตกต่างกัน

• การควบคุมจากส่วนกลาง: โดยจะรวมศูนย์การควบคุม ทำให้เกิดจุดควบคุมเพียงจุดเดียวสำหรับการกำหนดค่าและการจัดการเครือข่ายทั้งหมด

• วิศวกรรมจราจร: อินเทอร์เฟซ Southbound ช่วยอำนวยความสะดวกด้านวิศวกรรมการรับส่งข้อมูลอย่างละเอียด ช่วยให้ผู้ดูแลระบบเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่ายและการใช้ทรัพยากรให้เหมาะสม

• ความอดทนต่อความผิดพลาด: ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของเครือข่ายและความทนทานต่อข้อผิดพลาดผ่านการตรวจสอบแบบเรียลไทม์และการกำหนดค่าอุปกรณ์เครือข่ายใหม่อย่างรวดเร็ว

ประเภทของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้

ประเภทของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้ขึ้นอยู่กับสถาปัตยกรรม SDN เฉพาะและโปรโตคอลที่ใช้ ด้านล่างนี้คือตัวอย่างทั่วไปบางส่วน:

ประเภทของอินเทอร์เฟซทางเหนือ:

1. API ที่เหลือ: อินเทอร์เฟซที่ใช้กันอย่างแพร่หลายซึ่งใช้วิธีการ HTTP สำหรับการสื่อสารระหว่างแอปพลิเคชันและตัวควบคุม SDN

2. OpenFlow Northbound API: API เฉพาะที่อนุญาตให้แอปพลิเคชันส่งข้อความ OpenFlow ไปยังตัวควบคุม

3. NETCONF (โปรโตคอลการกำหนดค่าเครือข่าย): โปรโตคอลการจัดการเครือข่ายที่ให้อินเทอร์เฟซทางโปรแกรมเพื่อกำหนดค่าและตรวจสอบอุปกรณ์เครือข่าย

ประเภทของอินเทอร์เฟซทางใต้:

1. โอเพ่นโฟลว์: โปรโตคอลที่ได้รับความนิยมและนำไปใช้อย่างกว้างขวางที่สุดที่ช่วยให้สามารถสื่อสารระหว่างตัวควบคุม SDN และสวิตช์เครือข่าย

2. ForCES (การแยกองค์ประกอบการส่งต่อและการควบคุม): โปรโตคอลที่แยกระนาบการส่งต่อและการควบคุม อำนวยความสะดวกในความเป็นโมดูลและความยืดหยุ่น

3. P4 (ตัวประมวลผลแพ็กเก็ตที่เป็นอิสระจากโปรโตคอล): ภาษาที่เป็นนวัตกรรมใหม่สำหรับการระบุว่าอุปกรณ์เครือข่ายควรประมวลผลแพ็กเก็ตอย่างไร โดยให้ความสามารถในการตั้งโปรแกรมในระดับชั้นข้อมูล

การใช้งาน ความท้าทาย และแนวทางแก้ไข

การใช้อินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้:

อินเทอร์เฟซ Northbound ค้นหาแอปพลิเคชันในโดเมนต่างๆ รวมถึง:

• การจัดการเครือข่ายและการประสาน: ช่วยให้ผู้ดูแลระบบเครือข่ายสามารถสร้าง แก้ไข และลบทรัพยากรเครือข่ายโดยทางโปรแกรม ซึ่งทำให้กระบวนการจัดการเครือข่ายคล่องตัวขึ้น

• การตรวจสอบเครือข่ายและการวิเคราะห์: แอปพลิเคชันสามารถดึงข้อมูลสถานะเครือข่ายแบบเรียลไทม์และสถิติผ่านอินเทอร์เฟซ Northbound ซึ่งอำนวยความสะดวกในการแก้ไขปัญหาและการเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่าย

• การผูกมัดการบริการ: อินเทอร์เฟซ Northbound ช่วยให้สามารถเชื่อมต่อบริการเครือข่ายแบบไดนามิกได้ โดยกำหนดทิศทางการรับส่งข้อมูลผ่านชุดฟังก์ชันเครือข่ายเสมือน

อินเทอร์เฟซ Southbound จำเป็นสำหรับ:

• วิศวกรรมจราจรและ QoS (คุณภาพการบริการ): ช่วยให้สามารถควบคุมการรับส่งข้อมูลได้อย่างละเอียด ช่วยให้ผู้ดูแลระบบจัดลำดับความสำคัญของการรับส่งข้อมูลบางประเภทและเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่ายได้

• การจำลองเสมือนเครือข่าย: อินเทอร์เฟซ Southbound รองรับเครือข่ายเสมือนจริง ช่วยให้เครือข่ายเสมือนหลายเครือข่ายอยู่ร่วมกันบนโครงสร้างพื้นฐานทางกายภาพเดียวกัน

• การแบ่งส่วนเครือข่าย: ช่วยให้สามารถแบ่งเครือข่ายออกเป็นหลายส่วนเชิงตรรกะ โดยแต่ละส่วนมีชุดนโยบายและทรัพยากรของตัวเอง

ความท้าทายและแนวทางแก้ไข:

แม้ว่าอินเทอร์เฟซ Northbound และ Southbound จะให้ประโยชน์มากมาย แต่ก็มีความท้าทายเช่นกัน เช่น:

• ข้อกังวลด้านความปลอดภัย: การเปิดเผย API ในอินเทอร์เฟซ Northbound อาจทำให้เกิดช่องโหว่ด้านความปลอดภัยได้ การรับรองการเข้าถึงและการรับรองความถูกต้องอย่างปลอดภัยเป็นสิ่งสำคัญ

• การทำงานร่วมกัน: ผู้จำหน่ายแต่ละรายอาจใช้โปรโตคอล Southbound แตกต่างกัน ซึ่งนำไปสู่ปัญหาการทำงานร่วมกัน ความพยายามในการสร้างมาตรฐานเช่น OpenFlow พยายามจัดการกับความท้าทายนี้

• ความสามารถในการขยายขนาด: เมื่อการใช้งาน SDN เติบโตขึ้น ความสามารถในการปรับขนาดกลายเป็นข้อกังวลสำหรับอินเทอร์เฟซทั้งทางเหนือและใต้ โหลดบาลานซ์และโครงสร้างข้อมูลที่มีประสิทธิภาพคือวิธีแก้ปัญหาบางประการ

เพื่อจัดการกับความท้าทายเหล่านี้ ผู้มีส่วนได้ส่วนเสียในอุตสาหกรรมยังคงร่วมมือกันในเรื่องมาตรฐานและแนวทางปฏิบัติที่ดีที่สุด ขณะเดียวกันก็ใช้กลไกการรักษาความปลอดภัยขั้นสูงและสถาปัตยกรรมที่ปรับขนาดได้

ลักษณะและการเปรียบเทียบ

นี่คือการเปรียบเทียบลักษณะสำคัญของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้:

มุมมองและเทคโนโลยีแห่งอนาคต

อินเทอร์เฟซ Northbound และ Southbound ยังคงพัฒนาต่อไปตามความก้าวหน้าของเทคโนโลยีเครือข่าย มุมมองในอนาคตบางส่วน ได้แก่ :

• เครือข่ายตามเจตนา (IBN): IBN มีเป้าหมายเพื่อทำให้การจัดการเครือข่ายง่ายขึ้นโดยการอนุญาตให้ผู้ดูแลระบบกำหนดความตั้งใจในระดับสูง ซึ่งตัวควบคุม SDN จะแปลเป็นการกำหนดค่าเครือข่ายผ่านอินเทอร์เฟซ Northbound

• การบูรณาการ AI และการเรียนรู้ของเครื่อง: การรวมความสามารถด้าน AI และการเรียนรู้ของเครื่องเข้ากับตัวควบคุม SDN สามารถปรับปรุงการเพิ่มประสิทธิภาพเครือข่าย ความปลอดภัย และการคาดการณ์การรับส่งข้อมูลได้

• การบูรณาการ 5G: การแพร่กระจายของเครือข่าย 5G จะต้องอาศัยการควบคุมแบบไดนามิกและปรับขนาดได้มากขึ้น ซึ่งจะช่วยขับเคลื่อนวิวัฒนาการของอินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้

พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์และอินเทอร์เฟซทางเหนือ/ใต้

พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์สามารถรวมเข้ากับสถาปัตยกรรม SDN ที่ใช้อินเทอร์เฟซทางเหนือและใต้ พร็อกซีเซิร์ฟเวอร์ทำหน้าที่เป็นสื่อกลางระหว่างไคลเอนต์และเซิร์ฟเวอร์ โดยให้ประโยชน์ต่างๆ เช่น การแคช การปรับสมดุลโหลด และการรักษาความปลอดภัยที่ได้รับการปรับปรุง การรวมพร็อกซีเซิร์ฟเวอร์เข้ากับ SDN สามารถนำไปสู่การจัดสรรทรัพยากรและการจัดการการรับส่งข้อมูลที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

ลิงก์ที่เกี่ยวข้อง

สำหรับข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับอินเทอร์เฟซ Northbound และ Southbound และแอปพลิเคชัน โปรดดูที่แหล่งข้อมูลต่อไปนี้:

1. SDN และ OpenFlow: ประวัติและภาพรวม
2. ข้อกำหนดโปรโตคอล IETF NETCONF
3. มูลนิธิเครือข่ายเปิด (ONF)

โดยสรุป อินเทอร์เฟซ Northbound และ Southbound เป็นแกนหลักของเครือข่ายที่กำหนดโดยซอฟต์แวร์ ซึ่งช่วยให้สามารถผสานรวมแอปพลิเคชันและอุปกรณ์เครือข่ายได้อย่างราบรื่น ความยืดหยุ่น ความสามารถในการโปรแกรม และความสามารถในการสรุปความซับซ้อนของโครงสร้างพื้นฐานเครือข่ายพื้นฐาน ทำให้สิ่งเหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่สำคัญในกระบวนทัศน์เครือข่ายสมัยใหม่ ในขณะที่เทคโนโลยีเครือข่ายยังคงพัฒนาต่อไป อินเทอร์เฟซเหล่านี้จะมีบทบาทสำคัญในการกำหนดอนาคตของการสื่อสารและการแลกเปลี่ยนข้อมูล