SDN关键技术_综述
计算机网络中的SDN技术
计算机网络中的SDN技术随着计算机网络技术的迅猛发展，SDN（Software Defined Networking）技术逐渐走进人们的视野。
SDN是一种新型的网络架构，它将网络控制平面与数据平面进行了分离。
SDN技术的出现，为网络管理和优化提供了更高效、更灵活的解决方案。
本文将从SDN的定义、特点、架构、应用和发展趋势等方面进行综合介绍。
一、 SDN技术的定义SDN指的是软件定义网络，它是一种网络架构，主要解决的是现有网络架构中面临的诸如网络繁琐、设备复杂难管理、负载不均衡、网络策略不能灵活配合等问题。
SDN技术的核心思想是将网络的控制平面与数据平面进行分离，控制平面通过编程实现，数据平面则由网络交换机实现，这样可以更好地解决网络管理和优化问题。
二、 SDN技术的特点1. 无侵入性SDN技术是一种基于软件的网络技术，不需要更换现有网络设备，可以无缝地集成到现有网络系统中，不会对现有网络造成任何影响。
2. 可编程SDN技术的控制平面是通过编程实现的，可以根据业务需求进行灵活配置和扩展。
这就意味着，网络管理员可以根据不同的业务需求进行编程，将控制平面和数据平面分离，实现网络资源的高效管理和应用优化。
3. 高可靠性SDN技术采用分布式控制方式，即控制器上下发的指令可以被多台交换机同时识别和处理，从而保证网络的高可靠性和高可用性。
4. 灵活性SDN技术可以实现对网络流量的灵活控制和调度，从而提高网络的灵活性和效率。
网络管理员可以根据不同的流量特征，优化网络流量调度，避免网络拥塞和流量滞留。
三、 SDN技术的架构SDN技术的架构包括三个主要组成部分：控制器、数据平面和应用层。
控制器是SDN网络的核心，它负责网络的整体管理和控制。
控制器可以通过编程来实现网络的控制和配置。
数据平面是指网络中的交换机、路由器等网络设备，它们负责实现数据的传输和路由。
应用层是指各种网络应用，如网络流量控制、安全管理、负载均衡等。
SDN核心技术概述
SDN核心技术概述SDN (Software-Defined Networking) 是一种网络架构和管理方法，通过将控制平面与数据平面分离，可以实现灵活、可编程和可自动化的网络配置。
在传统的网络中，网络控制和数据转发是紧密耦合的，这限制了网络的可扩展性和灵活性。
而SDN通过集中的控制器以及抽象的网络视图来管理整个网络，使得网络的管理和配置变得更加简单，并且可以根据应用的需求进行灵活的网络调整。
1.控制平面和数据平面的分离：传统网络中，路由器和交换机既承担控制平面的任务，也承担数据平面的任务。
而在SDN中，网络设备的数据平面只负责简单的数据转发任务，而控制平面则由集中的控制器来负责，控制器通过和网络设备进行通信，来下发控制指令和策略。
这种分离使网络管理变得更加灵活和可编程。
2. OpenFlow协议：OpenFlow是SDN中的一个重要协议，它定义了控制器和网络设备之间的通信接口。
通过OpenFlow协议，控制器可以向网络设备下发流表中的流转发规则，并实时获取网络设备的状态和统计信息。
OpenFlow协议的出现，使得不同厂商的网络设备可以与同一个控制器进行交互，这大大简化了网络的管理和配置。
3.软件定义网络架构：SDN采用了分层的架构，从下到上分别是：物理基础设施层、网络设备控制层、网络应用层。
物理基础设施层负责物理网络设备的管理，网络设备控制层负责网络设备的控制和管理，网络应用层则是基于网络控制层提供的功能开发各种网络应用，如负载均衡、流量监测等。
这种分层架构使得网络的管理和配置更加模块化和可扩展。
4.网络编程接口和虚拟化技术：SDN提供了丰富的网络编程接口，使得开发人员可以通过编程的方式对网络进行灵活配置和管理。
同时，SDN还利用虚拟化技术，将物理网络资源划分为多个虚拟网络，使得不同租户之间的网络可以互相隔离。
这种虚拟化技术可以提高网络资源的利用率，并且使网络更加灵活和可定制。
5.网络智能和自动化：SDN可以通过集中的控制器来收集和分析网络设备的状态和统计信息，从而实现网络的智能化和自动化。
SDN关键技术-综述
SDN关键技术及趋势摘要:随着信息通信技术中大量新型业务(如移动互联网、社交网络、云计算和大数据)的出现，未来网正面临着新的挑战,而随时访问性，高带宽，动态管理是至关重要的.然而，基于专有设备手动配置的传统方法是繁琐且易出错的，而且他们不能充分利用网络基础设施的能力。
最近，软件定义网络（SDN)已经被称为未来互联网最有前途的解决方案之一。
SDN具有两个显著的特点，包括控制平面从数据平面中解耦并且为网络应用程序开发提供了可编程性.因此，SDN被认为能提供更有效的配置，更好的性能和更高的灵活性以适应创新的网络设计。
本文总结了SDN活跃研究领域的最新进展.我们首先通过介绍SDN的起源提出一个普遍接受的SDN定义。
然后我们简要的介绍了SDN逻辑架构及其技术特征。
接着详细介绍了SDN关键技术及其相关领域的研究成果。
最后我们描述了我们将来面临的挑战和SDN的发展趋势。
关键词：软件定义网络; OpenFlow；关键技术；Key technologies and Development of SDNAbstract：Emerging mega—trends (e.g.，mobile, social，cloud，and big data）in information and communication technologies （ICT）are commanding new challenges to future Internet，for which ubiquitous accessibility，high bandwidth，and dynamic management are crucial。
However，traditional approaches based on manual configuration of proprietary devices are cumbersome and error-prone，and they cannot fully utilize the capability of physical network infrastructure。
软件定义网络SDN文献综述
软件定义网络SDN研究文献综述1.引言现有的网络设备(如交换机、路由器等）都是设备制造商在专门的硬件系统基础上高度集成大量网络协议、配备专用的设备控制系统，构成的一个相对独立封闭的网络设备［1］.在近几十年的发展过程中，云计算、移动互联网等相关技术的兴起和发展加快了网络技术的变革历程［2］。
网络带宽需求的持续攀升、网络业务的丰富化、个性化等都给新一代网络提出了更高的要求。
面对日益复杂的网络环境，这种紧耦合大型主机式的发展限制了IP网络创新技术的出现，更多的是通过不断增长的RFC数量对现行网络进行修修补补，造成了交换机／路由器设备控制功能的高度复杂。
网络研究人员想要在真实网络中基于真实生产流量进行大规模网络实验几乎是不可能的，因为网络设备是封闭的，没有提供开放的API，无法对网络设备进行自动化配置和对网络流量进行实时操控。
为了适应今后互联网业务的需求,业内形成了“现在是创新思考互联网基本体系结构、采用新的设计理念的时候”的主流意见［3］，并对未来网络的体系架构提出了新的性质和功能需求[4]。
软件定义网络［5］SDN的出现为人们提供了一种崭新的思路.本文从SDN的起源和概念出发,分析了SDN的逻辑架构与技术特点、描述了SDN 的标准化进程，梳理了国内外的研究进展与最新动态,在此基础上提出了SDN技术在未来的发展中面临的挑战并总结了可能的研究方向。
2.起源与概念2.1起源2006 年，斯坦福大学启动了名为“Clean-Slate Design for the Internet”项目，该项目旨在研究提出一种全新的网络技术，以突破目前互联网基础架构的限制,更好地支持新的技术应用和创新。
通过该项目，来自斯坦福大学的学生Martin Casado 和他的导师Nick McKeown 教授等研究人员提出了Ethane 架构[6］，即通过一个集中控制器向基于流的以太网交换机发送策略，实现对流的控制、路由的统一管理。
SDN综述
软件定义网络综述摘要：现有网络设备支持的协议体系庞大，导致高度复杂，不仅限制了IP网络的技术发展，更无法满足当前云计算、大数据和服务器虚拟化等应用趋势。
软件定义网络（Software Defined Network, SDN ），是一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。
介绍了OpenFlow技术的产生背景、特点及发展现状，分析了基于OpenFlow的SDN体系结构和平台设计的关键技术，并探究了SDN技术在网络管理自动化、光网络传输与IP承载的统一控制、无线网络的平滑切换、网络虚拟化和QoS保证等方向的应用。
关键词：软件定义网络；OpenFlow；网络虚拟化；管理自动化；QoS引言：目前，网络已经成为支撑现代社会发展以及技术进步的重要基础设施之一，它深深地改变了人们的生产、生活和学习方式；然而，传统网络架构越来越不能满足当今企业、运营商以及用户的需求。
传统互联网由极其复杂的交换机、路由器、终端以及其他设备组成，这些网络设备使用着封闭、专有的内部接口，并运行着大量的分布式协议。
在这种网络环境中，对于网络管理人员、第三方开发人员(包括研究人员)，甚至设备商来说，网络创新都是十分困难的。
例如，研究人员不能够验证他们的新想法；网络运营商难以针对其需求定制并优化网络，难以使得他们的收益最大化；甚至对于设备商来说。
也不能及时地创新以满足用户的需求。
封闭的网络设备所带来的结果是：网络依旧面f临着诸多问题与挑战，如安全性、健壮性、可管理性以及移动性等等；网络维护成本仍然居高不下，网络管理需要大量的人工配置等等。
近年来，逐渐兴起的SDN正试图打破这种僵局，并成为了近年来学术界和工业界讨论的热点。
一．软件定义网络的产生及巨大意义软件定义网络(SDN)是由美国斯坦福大学Cleanslate研究组提出的一种新型网络架构，设计初衷是为了解决无法利用现有网络中的大规模真实流量和丰富应用进行实验，以便研究如何提高网络的速度、可靠性、能效和安全性等问题。
企业SDN解决方案综述
企业SDN解决方案综述企业软件定义网络（SDN）是一种新兴的网络架构，它通过将网络硬件和软件功能分离，从而提供更大的灵活性和可扩展性。
SDN可以帮助企业实现更高效的网络资源利用、更灵活的网络配置和更快速的应用部署。
本文将综述几个常见的企业SDN解决方案。
首先，SD-WAN（软件定义广域网）是一种广泛应用的企业SDN解决方案。
SD-WAN通过将网络连接从传统的专线连接转变为基于互联网的链接，从而降低了网络成本。
同时，SD-WAN还可以提供更高的带宽和更低的延迟，从而提高了网络性能。
此外，SD-WAN还提供了更好的网络控制和可视性，使企业能够更好地管理和优化其广域网。
其次，企业SDN还可以与网络安全相结合，从而提供更强大的网络安全功能。
传统的网络安全解决方案通常依赖于边界安全设备，如防火墙和入侵检测系统。
然而，这些设备的部署和管理往往非常复杂。
SDN可以通过集中的网络控制器来实现更细粒度的网络安全策略，并通过与网络安全设备的集成来提供更好的安全性能和可扩展性。
此外，SDN还可以帮助企业实现更好的应用性能和用户体验。
传统的网络架构通常是静态和基于硬件的，很难适应快速变化的应用需求。
SDN可以通过灵活的网络配置来优化流量传输，并通过网络智能来提供更优化的用户体验。
例如，SDN可以根据应用的需求和用户的位置来进行流量调度，从而提供更低的延迟和更快的响应时间。
最后，SDN还可以为企业提供更好的网络管理和运维能力。
传统的网络管理通常是分散和手动的，需要管理员在不同的设备上进行配置和管理。
SDN可以通过集中的网络控制器来实现统一的网络管理，从而降低了运维成本和复杂性。
此外，SDN还可以提供更丰富的网络监控和故障排除功能，使管理员能够更快地定位和解决网络问题。
总之，企业SDN解决方案可以为企业带来更高效、安全、可靠和可扩展的网络架构。
无论是通过SD-WAN提高广域网性能，还是通过集成网络安全来增强安全性，亦或是通过优化应用性能和用户体验，甚至简化网络管理和运维，SDN都能在各个方面提供极大的优势。
1-1SDN综述(2)
Payload
Header
转发面
Payload
Table1 ……. Tablen
Header
Table0
Match_fields
Counters
Actions
关键技术——转发层技术
Flow Table的组成
Match Fields Counters Actions/Instructions
Actions: forward/enqueue/drop/modify-field Instructions: modify action-set or pipeline proc. 基于Table/Flow/Port/Queue的各种报文计数器
GET
counterTitle: "all" or something 获取控制器所辖交换机的全 of the form 部流量计量信息 DPID_Port#OFEventL3/4_Type
产业现状和发展趋势
产业现状——产业综合情况
SDN在解决方案规划、软硬件支持方面已经有了长足进展
产业现状——产业情况
Nicira走在产业的最前面，其基于VSwitch的网络 虚拟平台已经广泛服务于AT&T、eBay、Fidelity、 Rackspace 等公司
产业现状——产业情况
SDN倡导的开放性，使得“Open
Source”成为发展方向
思科、IBM、微软等巨头合作建立开源SDN项目OpenDay 旨在打破大厂商对于网络硬件的垄断，驱动网络技术创新力
Ethernet
VLAN
MPLS
IP
关键技术——控制层技术
SDN控制层的关键是SDN 控制器，也可以称为 网络操作系统（NOS）或网络控制器。 网络的所有智能、核心均在SDN 控制器中，由 SDN 控制器对转发面进行转发策略的调度和管 理，通过无智能的快速转发面设备，支持运行 在SDN控制器之上的不同业务。 目前已公开的 NOS 源码和架构包括： NOX 、 FloodLight、Onix等。 除此之外呢，还有 ONOS 、 OpenDayLight 、 RG-ONC、OVN
SDN(软件定义网络)技术解析
SDN（软件定义网络）技术解析随着信息技术的飞速发展，软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）作为一种新兴的网络架构，正在受到越来越多企业和组织的关注和应用。
本文将对SDN技术进行详细解析，包括其基本概念、架构原理、应用场景以及未来发展方向等。
一、基本概念SDN是一种基于软件控制的网络架构，与传统的网络架构相比，它的核心思想是将网络控制平面与数据转发平面进行分离。
传统网络中，网络设备（如交换机、路由器）同时具备控制和数据转发功能，网络管理员通过配置这些设备的命令来控制网络。
而在SDN中，控制器负责决策网络数据的转发路径，将这些决策下发到数据平面设备执行。
这种分离使得网络的管理与控制变得集中化，便于对网络进行统一的管理与维护。
二、架构原理SDN架构主要由三个组件组成：应用层、控制层和基础设施层。
应用层包括各种网络应用，如负载均衡、安全防护等；控制层由控制器组成，负责管理和控制网络中的各种设备；基础设施层则是实际的网络设备，包括交换机、路由器等。
在SDN中，应用层通过与控制层进行交互来获得网络管理的能力。
应用程序可以通过SDN控制器的API接口与其进行通信，通过发送和接收消息来实现网络上的各种功能。
控制层是SDN的核心，它负责对网络进行管理与控制。
控制器通过与基础设施层的网络设备进行通信，提供网络的可编程性和可配置性。
控制器可根据网络策略和管理员的需求，动态地调整网络的配置，并将这些配置下发至网络设备，从而实现对网络的控制。
基础设施层是实际的网络设备，包括交换机、路由器等。
这些设备根据控制器下发的指令来转发数据。
三、应用场景SDN技术在各个领域有着广泛的应用场景。
以下列举几个典型的应用场景：1. 数据中心网络：SDN技术可以对复杂的数据中心网络进行灵活统一的管理。
通过集中化的控制，管理员可以根据实际需求对数据中心网络进行动态配置，提高网络的资源利用率和性能。
2. 广域网（WAN）优化：SDN可以通过对网络流量进行实时监测与调整，提高广域网的带宽利用率和传输效率。
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SDN关键技术及趋势摘要：随着信息通信技术中大量新型业务(如移动互联网、社交网络、云计算和大数据)的出现，未来网正面临着新的挑战,而随时访问性,高带宽,动态管理是至关重要的。
然而,基于专有设备手动配置的传统方法是繁琐且易出错的,而且他们不能充分利用网络基础设施的能力。
最近,软件定义网络(SDN)已经被称为未来互联网最有前途的解决方案之一。
SDN具有两个显著的特点,包括控制平面从数据平面中解耦并且为网络应用程序开发提供了可编程性。
因此,SDN被认为能提供更有效的配置,更好的性能和更高的灵活性以适应创新的网络设计。
本文总结了SDN活跃研究领域的最新进展。
我们首先通过介绍SDN的起源提出一个普遍接受的SDN定义。
然后我们简要的介绍了SDN逻辑架构及其技术特征。
接着详细介绍了SDN关键技术及其相关领域的研究成果。
最后我们描述了我们将来面临的挑战和SDN的发展趋势。
关键词：软件定义网络；OpenFlow；关键技术；Key technologies and Development of SDNAbstract: Emerging mega-trends (e.g., mobile, social, cloud, and big data) in information and communication technologies (ICT) are commanding new challenges to future Internet, for which ubiquitous accessibility, high bandwidth, and dynamic management are crucial. However, traditional approaches based on manual configuration of proprietary devices are cumbersome and error-prone, and they cannot fully utilize the capability of physical network infrastructure. Recently, software-defined networking (SDN) has been touted as one of the most promising solutions for future Internet. SDN is characterized by its two distinguished features, including decoupling the control plane from the data plane and providing programmability for network application development. As a result, SDN is positioned to provide more efficient configuration, better performance, and higher flexibility to accommodate innovative network designs. This paper surveys latest developments in this active research area of SDN. We first present a generally accepted definition for SDN with introducing the origin of SDN. We then briefly present its logical architecture and technical characteristics. We then dwell on its key technologies, and the related research results. Finally, we describe the challenges we face and discuss future research directions of this technology.Key words: Software-defined networking, OpenFlow. Key technologies引言随着社交网络、移动互联网、物联网、云计算[1]等业务领域的快速发展，大数据[3][4]正日益成为当前的焦点，其面向的海量数据处理也对网络提出了更高的要求。
大数据应用依赖于预先定义好的计算模式，在集中化的管理架构下运行，存在着大量的数据批量传输及相关的聚合/划分操作。
数据的聚合和划分通常发生在一台服务器和一个拥有众多服务器的服务器组之间，这也是大数据应用中最典型的网络流量模式。
例如，在用于大数据处理的MapReduce算法的执行过程[2]中，来自众多mapper 服务器的中间结果需要集中汇总到一台reducer服务器上进行归约（Reduce）操作，而MapReduce的洗牌（Shuffle）过程更是由mapper和reducer之前的多次数据聚合组合而成。
大数据处理过程中的每一次聚合都将导致大量服务器之间的海量数据交换，从而需要极高的网络带宽支持，而如果按照超额认购（oversubscribe）带宽的方式为每台服务器预留网络资源，将导致网络成为瓶颈，同时造成资源浪费。
因此，对于大数据业务而言，他更需要对网络进行快速、频繁的实时配置，按需调用网络资源。
但是，传统的网络却难以满足云计算、大数据，以及相关业务提出的灵活的资源需求，这主要是因为它已经过于复杂从而只能处于静态的运作模式。
当前，网络中存在着大量各种各样的互不相干的协议，它们被用于在不同间隔距离、不同链路速度、不同拓扑结构的网络主机之间建立网络连接。
因为历史原因，这些协议的研发和应用通常是彼此分离的，每个协议通常只是为了解决某个专门的问题而缺少对共性的抽象，这就导致了当前网络的复杂性。
正是因为上述的复杂性，传统网络通常都是维持在相对静态的状态，网络管理员通常都要尽可能地减少网络的变动以避免服务中断的风险。
正是在这一背景下，业内形成了“现在是创新思考互联网基本体系结构、采用新的设计理念的时候”的主流意见[3]，并对未来网络的体系架构提出了新的性质和功能需求[4]。
软件定义网络[5](Software-Defined Networking，SDN)的出现为人们提供了一种崭新的思路。
本文从SDN起源和概念出发，分析了SDN的逻辑架构与关键技术，在此基础上提出了SDN技术在未来的发展中面临的挑战并总结了可能的研究方向。
1．SDN起源与概念1.1 SDN起源SDN起源于斯坦福[6]大学启动的名为Clean Slate Design for the Internet项目。
Clean Slate项目的最终目的是要重新发明英特网，旨在改变设计已略显不合时宜，且难以进化发展的现有网络基础架构。
在2006年，斯坦福的学生Martin Casado领导了一个关于网络安全与管理的项目Ethane[7]，该项目试图通过一个集中式的控制器，让网络管理员可以方便地定义基于网络流的安全控制策略，并将这些安全策略应用到各种网络设备中，从而实现对整个网络通讯的安全控制。
受此项目(及Ethane的前续项目Sane)启发，Martin和他的导师Nick McKeown教授(时任Clean Slate项目的Faculty Director)发现，如果将Ethane的设计更一般化，将传统网络设备的数据转发(data plane)和路由控制(control plane)两个功能模块相分离，通过集中式的控制器(Controller)以标准化的接口对各种网络设备进行管理和配置，那么这将为网络资源的设计、管理和使用提供更多的可能性，从而更容易推动网络的革新与发展。
于是，他们便提出了OpenFlow的概念，并且Nick McKeown等人于2008年在ACM SIGCOMM发表文献[8]，首次详细地介绍了OpenFlow的概念。
该篇论文除了阐述OpenFlow的工作原理外，还列举了OpenFlow几大应用场景，其核心思想是将传统网络设备的数据转发（Data Plane）面和路由控制（Control Plane）面相分离，通过集中控制器（controller）以标准化接口对各种网络设备进行配置管理。
这种网络架构为网络资源的设计、管理和使用提供了更多的可能性，从而更容易推动网络的革新与发展。
由于OpenFLow 开放了网络编程能力，因此Ethane 被认为是SDN技术[8]的起源。
1.2 概念SDN的产生与OpenFlow协议密切相关。
现在业界普遍将基于OpenFlow协议的SDN视为狭义SDN。
这一概念也是业界的默认概念。
随着SDN的发展，越来越多的厂商加入SDN的研究行列。
由于不同行业、不同应用对SDN有着各自不同的需求，出现了许多各具特征的SDN定义[9]-[13]。
在网络科研领域，利用SDN快速地部署和试验创新的网络架构与通信协议；大型互联网公司希望SDN提供掌握网络深层信息的可编程接口．以优化和提升业务体验；云服务提供商希望SDN提供网络虚拟化和自动配置，以适应其扩展性和多租户需求；ISP希望利用SDN简化网络管理以及实现快速灵活的业务提供；企业网用户希望SDN实现私有云的自动配置和降低设备采购成本。
基于这些需求，在思科等厂商的推动下，IETF、IEEE等标准组织去除了SDN OpenFlow的必然联系，保留了可编程特性，从而扩展出SDN的广义概念。
即泛指基于开放接口实现软件可编程的各种基础网络架构，进而将具备控制转发分离、逻辑集中控制、开放API 3个基本特征的网络纳入SDN的广义概念中。
2. SDN逻辑架构及技术特点2.1 SDN逻辑架构开放网络基金会（ONF）[14]是一家非营利的组织机构，成立于2011年。
OFN致力于SDN的发展和标准化，是当前业界最活跃、规模最大的SDN标准组织。
ONF提出的SDN架构如图1所示。
应用层控制层基础设施层业务应用SDN控制软件网络服务网络设备网络设备网络设备网络设备网络设备API API API控制/数据平面接口，例如OpenFlow图1 SDN 的逻辑架构图 1 为SDN 的逻辑架构[14]。
该逻辑架构分为3层。
基础设施层（Infrastructure Layer）主要由网络设备（Network Device）即支持0penFlow协议的SDN 交换机组成，它们是保留了传统网络设备数据面能力的硬件，负责基于流表的数据处理、转发和网络状态收集。