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一軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)據(jù)

通信網(wǎng)絡(luò)通常由用戶設(shè)備，或網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)互聯(lián)的主機(jī)組成，這種基礎(chǔ)架構(gòu)是主機(jī)共享的。如路由器和交換機(jī)，以及進(jìn)行主機(jī)之間數(shù)據(jù)傳遞的通信鏈路。路由器和交換機(jī)通常是“閉路”系統(tǒng)，通常帶有有限的、供應(yīng)商特定的控制接口。因此，一旦部署并投入使用，要當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)再進(jìn)行演變是相當(dāng)困難的；換句話說，部署現(xiàn)有協(xié)議（例如，IPv6）的新版本是相當(dāng)困難的，更不要說部署完全新的協(xié)議和服務(wù)，這是在當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)中幾乎不可克服的障礙，無論是互聯(lián)網(wǎng)還是局域網(wǎng)絡(luò)都不例外。軟件定義網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)是為了促進(jìn)創(chuàng)新，使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)路徑的簡單編程控制成為可能。來自控制邏輯的轉(zhuǎn)發(fā)與硬件的分離使得新協(xié)議和應(yīng)用程序的部署成為可能，簡化了網(wǎng)絡(luò)可視化及管理、以及各種中間件到軟件控制的整合。網(wǎng)絡(luò)被簡化成“簡單”的轉(zhuǎn)發(fā)硬件和決策網(wǎng)絡(luò)控制器的組合，來代替以往執(zhí)行策略和協(xié)議分散在個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)器件上的情況。

（1）現(xiàn)有SDN架構(gòu)

ForCES和OpenFlow是兩個(gè)知名的SDN架構(gòu)協(xié)議，二者均遵守基本的SDN控制平面和數(shù)據(jù)平面的分離原則，并且都會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化平面之間的信息交換，但是在設(shè)計(jì)、架構(gòu)、轉(zhuǎn)發(fā)模式以及協(xié)議接口的技術(shù)上有很大不同。IETF提出了ForCES（轉(zhuǎn)發(fā)與控制元件分離）工作組方法，該方法重新定義了將控制元件與轉(zhuǎn)發(fā)元件分離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備內(nèi)部架構(gòu)。然而，這個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍然表示為單個(gè)實(shí)體，由工作組提供的驅(qū)動(dòng)用例，來將新的轉(zhuǎn)發(fā)硬件與第三方控件結(jié)合在單一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中。因此，控制平面和數(shù)據(jù)平面被放在靠近的位置（例如，同一機(jī)箱或機(jī)房）。與此相反，在“的OpenFlow型”的SDN系統(tǒng)中，控制平面是完全從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備剝離開的。在OpenFlow架構(gòu)中（見圖2），轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備即OpenFlow交換機(jī)，包括一個(gè)或多個(gè)流表，及一個(gè)通過OpenFlow協(xié)議與控制器安全交換的抽象層。流表由流條目組成，每個(gè)流條目決定一個(gè)流中的數(shù)據(jù)包如何處理和轉(zhuǎn)發(fā)。流條目通常由匹配字段（或匹配規(guī)則）、計(jì)數(shù)器及一組指令或操作組成，它們決定如何處理匹配的數(shù)據(jù)包。

（2）轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備底層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)

可以包括多個(gè)不同的物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、或轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，諸如路由器、交換機(jī)、虛擬交換機(jī)、無線接入點(diǎn)設(shè)備、等等。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中，這樣的設(shè)備通常被描述成抽象層中可通過開放接口訪問的基本轉(zhuǎn)發(fā)硬件，而控制邏輯和算法被隔離移動(dòng)到一個(gè)控制器，這類轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備通常指的是在SDN術(shù)語中被簡單稱為“交換器”的設(shè)備，分離的控制邏輯可被視為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，應(yīng)用可被在其中創(chuàng)建以“編寫”網(wǎng)絡(luò)。

（3）控制器解耦的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

一直被比作操作系統(tǒng)，控制器在此系統(tǒng)中提供了網(wǎng)絡(luò)的編程接口，它可用于實(shí)現(xiàn)管理任務(wù)，并提供新的功能。這個(gè)抽象分層假定控制器是集中式的，應(yīng)用程序的編寫環(huán)境如同此網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)單一的系統(tǒng)，它使得SDN模型能夠在多種不同的應(yīng)用和不同的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及物理介質(zhì)，諸如無線（如802．11和802．16），有線（如以太網(wǎng)）和光纖網(wǎng)絡(luò)中得以應(yīng)用。

（4）產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化

最近，一些標(biāo)準(zhǔn)制定組織開始關(guān)注SDN。比如IETF的ForCES工作組一直致力于標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)于網(wǎng)絡(luò)集中控制和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)抽象的機(jī)制、接口和協(xié)議，以及開放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)（ONF）一直致力于的OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)化。隨著控制平面將網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用從底層硬件架構(gòu)抽象出來，將重點(diǎn)放在了標(biāo)準(zhǔn)化以下幾項(xiàng)之間的接口，即網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和控制器及控制器和交換基礎(chǔ)架構(gòu)之間。一些ITU電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU－T）的研究小組近來的工作是SDN在不同維度下的需求討論并給出建議。

二SDN開發(fā)工具

（1）仿真和模擬工具

Mininet使整個(gè)OpenFlow網(wǎng)絡(luò)被模擬在一臺(tái)機(jī)器上，簡化了初始的開發(fā)和部署過程。新的服務(wù)、應(yīng)用和協(xié)議在被接入真實(shí)硬件上前，可先在仿真的預(yù)期部署環(huán)境中進(jìn)行開發(fā)和測試。Mininet默認(rèn)支持OpenFlow的1．0版，但它可被修改以支持適應(yīng)新的軟件交換機(jī)，ns－3網(wǎng)絡(luò)仿真器環(huán)境內(nèi)部可支持OpenFlow交換機(jī)，不過它目前的版本只能執(zhí)行OpenFlow的0．89版。

（2）可用軟件交換機(jī)平臺(tái)

目前有幾種可用的SDN軟件交換機(jī)可以使用，比如運(yùn)行SDN測試平臺(tái)或通過SDN開發(fā)服務(wù)。目前符合OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)的軟件交換工具列出了現(xiàn)有的軟件交換機(jī)的簡要描述，包括實(shí)現(xiàn)語言，現(xiàn)有設(shè)備支持的OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)版

（3）本地SDN交換機(jī)

SDN實(shí)現(xiàn)的所有技術(shù)中，一個(gè)比較主要的在商業(yè)網(wǎng)絡(luò)硬件中的實(shí)現(xiàn)是OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)。目前還并不需要展示OpenFlow啟用的硬件和制造商的詳細(xì)介紹，而是提供了一個(gè)市場上可用的本地SDN交換機(jī)列表，并提供了一些相關(guān)信息，包括OpenFlow執(zhí)行的版本。行業(yè)對SDN有力支撐的一個(gè)明顯的證據(jù)是商用OpenFlow網(wǎng)絡(luò)硬件的可用性，表2符合OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)的主流商用交換機(jī)制造商列出了當(dāng)前可用的商用交換機(jī)，它們的制造商和Open－Flow的，以及它們執(zhí)行的版本。

作者：夏仕俊單位：國網(wǎng)上海市電力公司信息通信公司