耿宇

摘 要：當(dāng)今，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能夠滿足對大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、虛擬化技術(shù)的應(yīng)用需求。可編程的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，software defined network）作為新興的網(wǎng)技術(shù)，強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)層面和控制層面分離，根據(jù)實(shí)際情況在API接口上編寫特定的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議，提高實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的靈活性，進(jìn)而提高網(wǎng)絡(luò)鏈路的利用率。

關(guān)鍵詞：SDN OpenFlow API

中圖分類號：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）07（b）-0180-02

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)中離不開交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，能夠保證用戶對通信規(guī)則的不同要求不得不將眾多的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議部署在交換機(jī)或者路由器上面。而現(xiàn)實(shí)中，普通用戶需要的“規(guī)則”并不多，特定用戶的特殊“規(guī)則”又無法及時(shí)添加。事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò)“規(guī)則”的控制面原本是專有的，只有開發(fā)它們的供應(yīng)商知道，在這種封閉的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，網(wǎng)絡(luò)管理者、第三方開發(fā)人員、甚至設(shè)備商研發(fā)和創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是很難得，改變網(wǎng)絡(luò)的“規(guī)則”幾乎是不可能的，即使后期能夠部署也要經(jīng)歷數(shù)年之久才。由此可見，封閉的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所帶來的結(jié)果就是網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本高、管理繁瑣復(fù)雜、靈活性較差、不能夠因地制宜的更新網(wǎng)絡(luò)協(xié)議及時(shí)滿足用戶的需求。

針對以上情況，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，Software Defined Network）提出了全新的探索思路：將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制部分與數(shù)據(jù)部分分離開來，以編程的方式對數(shù)據(jù)流量實(shí)現(xiàn)控制，構(gòu)建成動(dòng)態(tài)、靈活、開放、可控新的的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中SND的核心技術(shù)OpenFlow中的控制平面是開放的，能夠集中控制，并且數(shù)據(jù)平面能夠接收控制面的命令和邏輯。實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備的虛擬化，達(dá)到網(wǎng)絡(luò)控制與物理拓?fù)浞蛛x，擺脫硬件結(jié)構(gòu)對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制。這樣用戶就可以通過軟件對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)修改，獲得對網(wǎng)絡(luò)的需求。

1 SDN的關(guān)鍵技術(shù)OpenFlow

OpenFlow交換機(jī)（OpenFlo wswitch）、網(wǎng)絡(luò)虛擬化層（FlowVisor）和控制器（Controller）構(gòu)成了OpenFlow的基本結(jié)構(gòu)。其中，OpenFlow交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層功能；FlowVisor——網(wǎng)絡(luò)虛擬化層能夠抽象物理網(wǎng)絡(luò)并劃分虛擬絡(luò)，即對物理網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化和抽象化；Controller——控制器對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制，即具備網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度功能。

1.1 OpenFlow交換機(jī)

機(jī)整個(gè)OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的核心設(shè)備是OpenFlow交換機(jī)。OpenFlow交換機(jī)的FlowTable（流表）由Controller（控制器）生成、維護(hù)和下發(fā)，F(xiàn)lowTable（流表）負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)管理。在OpenFlow中定義了FlowTable10個(gè)關(guān)鍵字：輸入端口號、MAC目的地址、MAC源地址、VLANID、以太網(wǎng)的類型、TCP源端口號、TCP目的端口號、IP目的地址、IP源地址、IP端口號。在FlowTable中所有關(guān)鍵字在轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)都能通配，網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營商根據(jù)實(shí)際需要選擇任何一個(gè)或多個(gè)關(guān)鍵字進(jìn)行匹配。例如，運(yùn)營商需要根據(jù)源IP和目標(biāo)IP地址進(jìn)行路由，那么FlowTable中就可含有源IP和目標(biāo)IP地址字段進(jìn)行匹配，剩余字段則為通配。這樣來看OpenFlow根據(jù)定義不同關(guān)鍵字匹配策略便可實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)層面和控制層面分離。

1.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化層——FlowVisor

網(wǎng)絡(luò)虛擬化層（FlowVisor）位于軟件和硬件結(jié)構(gòu)元件之間的網(wǎng)絡(luò)虛擬層。OpenFlow交換機(jī)可以被FlowVisor的多個(gè)控制器同時(shí)控制，但是每一個(gè)控制器不能控制經(jīng)過OpenFlow交換機(jī)的所有網(wǎng)絡(luò)，只對其中一個(gè)起作用。此外網(wǎng)絡(luò)虛擬化層與商用交換機(jī)有較好的兼容性，實(shí)際應(yīng)用中不需要使用FPGA（Field-Programmable Gate Array，現(xiàn)場可編程門陣列）和網(wǎng)絡(luò)處理器等可編程硬件。

1.3 控制器——Controller

Controller控制器是通過OpenFlow協(xié)議接口對OpenFlow交換機(jī)中的流表進(jìn)行控制實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)流向進(jìn)行控制，達(dá)到對全網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。但是控制器（Controller）完成控制功能需要在NOS（Network Operating System，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）運(yùn)行，即：需要NOS的支持。對比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，在網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)包的流向是人為指定的，雖然交換機(jī)、路由器擁有控制權(quán)，只進(jìn)行數(shù)據(jù)包級別的交換，并沒有數(shù)據(jù)流的概念；而在OpenFlow網(wǎng)絡(luò)中，統(tǒng)一的Controller取代路由，決定了所有數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)中傳輸路徑。

2 SDN的應(yīng)用領(lǐng)域

SDN能夠應(yīng)用于多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，其中包括云計(jì)算，大數(shù)據(jù)中心，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管控等復(fù)雜業(yè)務(wù)。

首先，在大數(shù)據(jù)，云計(jì)算等復(fù)雜的以數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用SDN，能夠靈活地結(jié)構(gòu)化部署網(wǎng)絡(luò)，提高不同種類的物理資源利用率，整合各種邏輯計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源。利用SDN的可控制之優(yōu)勢，方便有效地進(jìn)行中心網(wǎng)絡(luò)的路由優(yōu)化和數(shù)據(jù)鏈路負(fù)載均衡，提升核心設(shè)備資源的利用率。另一方面，在不同數(shù)據(jù)中心之間利用SDN虛擬化技術(shù)以及邏輯上集中管理控制方法，可以實(shí)現(xiàn)應(yīng)用虛擬服務(wù)器的遷移和虛擬專用網(wǎng)（VPN）的映射，實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)中心的快速搭建和運(yùn)營。

其次，SDN能夠簡化網(wǎng)絡(luò)的管理。在業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)管理中，網(wǎng)管人員利用SDN技術(shù)省去繁瑣而重復(fù)的設(shè)備配置，他們只要簡單的定義整個(gè)網(wǎng)絡(luò)管理策略，便可以實(shí)現(xiàn)對企業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制。從而減輕網(wǎng)絡(luò)管理的重復(fù)度，提高企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理效能。

第三，SDN網(wǎng)絡(luò)它大大簡化了虛擬環(huán)境的資源分配，大大促進(jìn)云計(jì)算的發(fā)展?；诳刂破鞯呢?fù)載均衡應(yīng)用程序利用控制器中各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的大量容量信息，自動(dòng)的在虛擬機(jī)之間遷移，實(shí)現(xiàn)工作均衡?；诳刂破鞯膽?yīng)用程序于部署在虛擬機(jī)上的虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備，具有更高的可擴(kuò)展性、靈活性、管理性和高效性。

3 華三公司SDN的技術(shù)

華三SDN應(yīng)用技術(shù)將SDN統(tǒng)一管理并對管理系統(tǒng)分為四層，自下而上以此為：轉(zhuǎn)發(fā)層，控制層，業(yè)務(wù)編排層，應(yīng)用層。

第一，轉(zhuǎn)發(fā)層，也就是設(shè)備層，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的最底層，同時(shí)具備支持OpenFlow協(xié)議和開放接口（API）供用戶調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了SDN相關(guān)協(xié)議與功能。

第二，控制層是華三的SDN網(wǎng)絡(luò)的控制層面。提供用于更高可靠性以及管理性能的負(fù)載分擔(dān)OpenFlow的協(xié)議管理和用于支持對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的管理RIP、EIGRP、BGP等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與SDN網(wǎng)絡(luò)的融合。

第三，業(yè)務(wù)編排層：實(shí)現(xiàn)可視化的業(yè)務(wù)編排，達(dá)到可視化拖拽方式來對業(yè)務(wù)進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃，進(jìn)而生成SDN的APP。

第四，應(yīng)用層：提供豐富的SDN應(yīng)用和APP滿足和方便最終用戶各種各樣的需求，構(gòu)建SDN圖形化的生態(tài)圈。

4 結(jié)語

該文分析了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的不足，新興SDN網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)、思想、應(yīng)用領(lǐng)域，并就SDN網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)——OpenFlow進(jìn)行詳盡的闡述。雖然，SDN網(wǎng)絡(luò)的一些技術(shù)尚不成熟，但隨著對控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能分離的模式探索、對網(wǎng)絡(luò)編程接口API的研究深入，對下一代互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)研究的不斷發(fā)掘，相信在未來大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)部署和復(fù)雜的網(wǎng)管中必將帶來全新的體驗(yàn)。

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