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本文對SDN技術(shù)做了簡(jiǎn)單的概述，并介紹了Openflow技術(shù)及其相關(guān)組件和研究的進(jìn)展，提出了SDN面臨的問(wèn)題和解決思路，最后介紹了SDN的應用部署。 第一部分：SDN概述 SDN，軟件定義網(wǎng)絡(luò )，分離了網(wǎng)絡(luò )的控制面和數據面，為研發(fā)網(wǎng)絡(luò )新應用和未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提供了一種新的解決方案。 為什么會(huì )出現SDN? 1、傳統網(wǎng)絡(luò )的弊端 互聯(lián)網(wǎng)的接入方式和網(wǎng)絡(luò )角色定位發(fā)生了根本性的變化，移動(dòng)接入、物聯(lián)網(wǎng)成為互聯(lián)網(wǎng)的主要接入方式，云計算成為主要的互聯(lián)網(wǎng)計算模式，多媒體分享應用和社交網(wǎng)絡(luò )成為互聯(lián)網(wǎng)的新型應用，網(wǎng)路已經(jīng)成為信息采集、傳輸、存儲、處理于一體的信息化平臺。但是這卻使以IP地址為核心的，點(diǎn)對點(diǎn)通信的TCP/IP體系結構在可擴展性、動(dòng)態(tài)性、安全可控性面臨著(zhù)巨大的挑戰。 可擴展性：流量激增和路由表急劇膨脹已經(jīng)影響到了傳統網(wǎng)絡(luò )的可擴展性。根源在于以IP地址為核心的點(diǎn)對點(diǎn)的通信模式。 NDN/CDN 動(dòng)態(tài)性：便攜式移動(dòng)終端的日益普及、物聯(lián)網(wǎng)的出現使得低智能終端數量爆發(fā)性的增長(cháng)。以移動(dòng)為中心的網(wǎng)絡(luò )結構（安全機制+全局名字解析） 安全可控性：通過(guò)擴展網(wǎng)絡(luò )協(xié)議（IPsec、SSL）、增加安全設備（防 火墻）。 PS: IP地址為核心的點(diǎn)對點(diǎn)的體系結構中，服務(wù)資源與物理網(wǎng)絡(luò )缺乏互感互知，比如P2P遇到的問(wèn)題。 2、路由器的缺陷 網(wǎng)絡(luò )的核心路由器，承載的功能不斷擴展，如分組過(guò)濾、區分服務(wù)、多播、服務(wù)質(zhì)量、流量工程等，路由器最初定義的“啞的”、“簡(jiǎn)單的”數據轉發(fā)單元已經(jīng)變得臃腫不堪�，F在的路由器只能通過(guò)命令行接口等方式對外開(kāi)放少量功能，研究人員難以在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò )中試驗和部署新型網(wǎng)絡(luò )體系結構和網(wǎng)絡(luò )技術(shù)。 第二部分：penflow技術(shù)及其相關(guān)組件和研究的進(jìn)展 Openflow，狹義的SDN，指的是SDN控制平面和數據平面之間多種通信協(xié)議之一，是SDN的一個(gè)具體實(shí)現。SDN最初作為SDN的原型提出時(shí)，主要是由Openflow交換機、控制器兩部分組成。最初提出SDN是試圖通過(guò)一個(gè)集中式的控制器，讓網(wǎng)絡(luò )管理員可以方便的定義基于網(wǎng)絡(luò )流的安全控制策略，并將這些策略應用到各種網(wǎng)絡(luò )設備中去，從而實(shí)現對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )通信的安全控制。 Openflow交換機有三部分組成：流表、安全通道、openflow協(xié)議。 1、流表：為了提升流量的查詢(xún)效率，目前的流表查詢(xún)通過(guò)多級流表和流水線(xiàn)模式來(lái)獲得對應的操作，流表項主要包括：匹配域、計數器、操作這三部分組成。匹配域的結構包含了很多匹配項，涵蓋了鏈路層、網(wǎng)絡(luò )層、和傳輸層的大部分標識。 2、Openflow協(xié)議，隨著(zhù)Openflow規約的不斷發(fā)展，VLAN、MPLS、ipv6等協(xié)議也逐漸擴展到Openflow標準當中。 3、Openflow采取流的匹配和轉發(fā)模式，因此在Openflow中不再區分路由器和交換機，二是統稱(chēng)為Openflow交換機。 安全通道是連接Openflow交換機與控制器的接口，控制器通過(guò)這個(gè)接口，按照Openflow協(xié)議的規定格式來(lái)配置和管理openflow交換機。 目前基于軟件實(shí)現的Openflow的交換機有兩個(gè)版本，都部署在Linux系統中：基于用戶(hù)空間的軟件Openflow交換機操作簡(jiǎn)單，便于修改，但是性能較差；基于內核空間的軟件，Openflow交換機速度較快，提供虛擬化服務(wù)，但實(shí)際修改和操作復雜。 控制器： 1、在基于NOX的Openflow網(wǎng)絡(luò )中，NOX是控制中心，運行在NOX之上的應用程序通過(guò)調用網(wǎng)絡(luò )視圖中的全局數據，進(jìn)而操作Openflow交換機來(lái)對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行管理和控制。NOX實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )的基本管控功能，為Openflow網(wǎng)絡(luò )提供了API的基礎控制平臺，但是未能提供充分的可靠性和靈活性來(lái)滿(mǎn)足可擴展的需求。 2、為使控制器能夠直接部署在真實(shí)的網(wǎng)絡(luò )之中，解決多控制器對openflow交換機的控制共享問(wèn)題，同時(shí)滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )虛擬化的現實(shí)需求，flowvisor實(shí)現了在交換機和控制器之間的網(wǎng)絡(luò )虛擬層，踏實(shí)的硬件轉發(fā)平面能被多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò )切片共享，每個(gè)網(wǎng)絡(luò )切片擁有不同的轉發(fā)策略。在這種模式下多個(gè)控制器能夠同時(shí)管控一臺交換機，多個(gè)試驗網(wǎng)絡(luò )能夠同時(shí)運行在一個(gè)真實(shí)的網(wǎng)絡(luò )中。 SDN的功能： 應用層根據網(wǎng)絡(luò )不通的應用需求，調用控制層的北向接口，實(shí)現不同功能的應用程序。通過(guò)這種軟件模式，網(wǎng)絡(luò )管理者能夠通過(guò)動(dòng)態(tài)的SDN應用程序來(lái)配置、管理、優(yōu)化底層的網(wǎng)絡(luò )資源，從而實(shí)現靈活可控的網(wǎng)絡(luò )。這也是SDN開(kāi)放性和可編程性最重要的體現。 第三部分：SDN面臨的問(wèn)題和解決思路 1、SDN轉發(fā)平面的設計問(wèn)題，隨著(zhù)Openflow的規約不斷發(fā)布，交換機的流表也從最初的單表結構變?yōu)槎啾斫Y構，流表項匹配字段也支持ipv6、MPLS等，這就意味著(zhù)Openflow交換機的結構更加復雜。 2、控制平面的可擴展性：隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)量的增加，需要多控制器的解決方案，而控制單元的數量和他們之間的網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)的協(xié)同和交互如何實(shí)現，還需要深入研究。 3、SDN控制邏輯的一致性。雖然控制平面能夠將控制邏輯集中部署到整個(gè)網(wǎng)絡(luò )，但數據平面轉發(fā)設備仍然是一個(gè)分布式的系統，可能存在的延遲，難以保證一致性，有可能造成斷路，丟包的問(wèn)題。 4、運算壓力大、軟件復雜度高、系統穩定性存在隱患：為了實(shí)現網(wǎng)絡(luò )的可編程性，應用程序會(huì )被賦予大量對環(huán)境的控制權，而這容易導致系統崩潰。 5、控制器接口尚未標準化 6、網(wǎng)絡(luò )集中控制固有的安全隱患，SDN安全問(wèn)題的獨特性在于SDN管理的集中性和開(kāi)放性�？刂泼姘踩ūO聽(tīng)）、應用層安全（蠕蟲(chóng)，惡意軟件），通過(guò)授權、訪(fǎng)問(wèn)控制等來(lái)解決控制層面的問(wèn)題，通過(guò)控制器提供的編程接口進(jìn)行鑒定應用層的應用。 7、市場(chǎng)利益 第四部分：SDN的應用部署 面向校園網(wǎng)的應用：實(shí)現網(wǎng)絡(luò )虛擬劃分和移動(dòng)管理。 面向數據中心的部署 面向網(wǎng)絡(luò )管理的應用 面向安全控制的應用 |
