【正文】 But centralization is powerful。 This makes everything harder than it needs to be.CentralizationSo if today’s networking software is the root of the problem, better software is the solution and that’s where SDN es in. Because the configuration is manual, mistakes are frequent and these mistakes sometimes have serious consequences cutting off traffic to an entire data center or stopping traffic on a crosscountry networking highway. Services are the place where firewalls stop the bad guys and parental controls are enforced. However, the seemingly insatiable demand for network capacity generated by thousands of new consumer and business applications creates significant opportunity for differentiation in Forwarding hardware and networking systems.SDN principles to all networking and network services including security from the data center and enterprise campus to the mobile and wireline networks used by service providers.The Four Planes of NetworkingInside every networking and security device every switch, router, and firewall you can separate the software into four layers or planes. From this understanding, we can derive the principles for fixing the problems. They want their networks to adjust and respond dynamically, based on their business policy. For a service provider, But in many ways, networking has always been defined by software.Networkand本文還對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)中的各種技術(shù)、設(shè)備進(jìn)行了探索。另一方面，數(shù)據(jù)流可分為通往數(shù)據(jù)中心、從數(shù)據(jù)中心發(fā)出以及路過(guò)數(shù)據(jù)中心三種，對(duì)從數(shù)據(jù)中心發(fā)出的數(shù)據(jù)流，對(duì)路徑的選擇會(huì)首先匹配TE制定的路線，當(dāng)無(wú)法匹配時(shí)，再按照BGP協(xié)議制定的路線發(fā)出，對(duì)通過(guò)數(shù)據(jù)中心以及路過(guò)的數(shù)據(jù)流，優(yōu)先選擇BGP制定的路徑。圖中的RAP是一種SDN應(yīng)用，負(fù)責(zé)controller與Quagga通信，Quagga是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，支持多種路由協(xié)議。綜上，該公司需要一種靈活、穩(wěn)定、全面對(duì)的對(duì)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行管理。SDN具有網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的特點(diǎn)，通過(guò)SDN控制器的北向接口，向上層應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的網(wǎng)絡(luò)能力接口，為上層應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)能力服務(wù)。而德國(guó)電信在云數(shù)據(jù)中心、無(wú)線、固定等接入環(huán)境使用SDN。由于企業(yè)網(wǎng)絡(luò)一般由企業(yè)自己的信息化部門(mén)復(fù)雜建設(shè)、管理和維護(hù)，具有封閉性，可統(tǒng)一規(guī)劃、部署和升級(jí)改造，SDN部署的可行性高。SDN控制邏輯集中的特點(diǎn)可充分滿足網(wǎng)絡(luò)集中自動(dòng)化管理、多路徑轉(zhuǎn)發(fā)、綠色節(jié)能等方面的要求。其次，不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)二層轉(zhuǎn)發(fā)以MAC地址為依據(jù)的做法，SDN控制器在建立連接和拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)時(shí)可以獲得各個(gè)主機(jī)的IP地址，然后計(jì)算出到達(dá)該IP地址的最短路徑再將該路徑寫(xiě)入交換機(jī)的流表中，交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)報(bào)文時(shí)根據(jù)流表中的IP地址對(duì)應(yīng)的端口號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。此時(shí)，交換機(jī)的流表項(xiàng)中就已經(jīng)產(chǎn)生了一個(gè)新的流表項(xiàng)。配置完成后，控制器向交換機(jī)發(fā)送stats_request消息查詢交換機(jī)的狀態(tài)，交換機(jī)通過(guò)reply消息將自己的狀態(tài)發(fā)給控制器。 拓?fù)涮綔y(cè)包分析虛擬網(wǎng)絡(luò)生成后，控制器與交換機(jī)進(jìn)行初始化，大致分為兩階段，先是控制器與交換機(jī)交換信息，然后是控制器對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行拓?fù)涮綔y(cè)。目前，支持SDN技術(shù)的交換機(jī)不常見(jiàn)，單純用物理設(shè)備搭建真實(shí)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境比較困難，因此我們將通過(guò)模擬的方式進(jìn)行搭建。表項(xiàng)下發(fā)：流表項(xiàng)的下發(fā)分為主動(dòng)和被動(dòng)兩種模式。在鏈路的發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，控制器將LLDP報(bào)文發(fā)給與其直連的交換機(jī)中并要求交換機(jī)將該報(bào)文從其他的端口廣播出去，由于在LLDP報(bào)文中包含有特定的與普通MAC數(shù)據(jù)幀區(qū)分的表項(xiàng)，導(dǎo)致openflow交換機(jī)無(wú)法基于流表匹配進(jìn)行處理，因此，交換機(jī)會(huì)將LLDP報(bào)文再交給控制器處理，控制器通過(guò)這種途徑獲取鏈路的信息。（2）安全通道連接控制器與交換機(jī)的部分，支持Openflow協(xié)議，控制器通過(guò)安全通道管理交換機(jī)、發(fā)送指令。如果一個(gè)表項(xiàng)沒(méi)有指定具體的動(dòng)作，那么就將會(huì)把這個(gè)表項(xiàng)丟棄，如果一個(gè)數(shù)據(jù)包中指定了多個(gè)動(dòng)作則行動(dòng)的執(zhí)行需要依照優(yōu)先級(jí)順序依次進(jìn)行。Openflow交換機(jī)中有兩個(gè)重要的組成部分，其中流表類似于交換機(jī)中的轉(zhuǎn)發(fā)表和路由器中的路由表，用來(lái)匹配交換機(jī)中的數(shù)據(jù)包；安全通道是交換機(jī)的另一個(gè)重要部分，它的作用是為Openflow協(xié)議提供傳輸路徑，連接控制器與交換機(jī)。（2）背板：數(shù)據(jù)報(bào)文通過(guò)背板轉(zhuǎn)發(fā)至交換機(jī)的設(shè)備出口，并在隊(duì)列中進(jìn)行等待。其核心思想是將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分離為轉(zhuǎn)發(fā)、控制、應(yīng)用三層結(jié)構(gòu)，：應(yīng)用層業(yè)務(wù)應(yīng)用 APISDN控制軟件控制層網(wǎng)絡(luò)服務(wù)控制/數(shù)據(jù)平面接口 例如：Openflow網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)設(shè)施層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備 ONF提出的SDN架構(gòu)在現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)體系中，交換機(jī)在輸入端收到數(shù)據(jù)分組后在轉(zhuǎn)發(fā)面查找路由表/轉(zhuǎn)發(fā)表，并獲取轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，若在表中存在記錄，則按規(guī)則從輸出端口轉(zhuǎn)發(fā)出去，若不存在記錄，交換機(jī)的控制面通過(guò)距離向量算法、廣播反向地址解析消息等算法建立與數(shù)據(jù)分組相關(guān)的路由/轉(zhuǎn)發(fā)記錄，以二層轉(zhuǎn)發(fā)為例，兩臺(tái)主機(jī)PC1與PC2，當(dāng)PC1第一次向PC2發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，由于是第一次通信，PC1的ARP表中沒(méi)有PC2的MAC地址，PC1向所有鄰居廣播，交換機(jī)S1收到該ARP包后，記錄PC1與端口的映射關(guān)系。 論文內(nèi)容和結(jié)構(gòu)安排本文主要研究基于Openflow協(xié)議的SDN網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，詳細(xì)闡述SDN中的關(guān)鍵技術(shù)與設(shè)備，并增添現(xiàn)實(shí)生活中SDN的應(yīng)用場(chǎng)景，制定了SDN在數(shù)據(jù)中心間的一套方案，除此之外，通過(guò)Mininet、Floodlight、VirtualBox軟件搭建了SDN網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，并通過(guò)抓包分析的方式更加透徹的解讀SDN網(wǎng)絡(luò)和分析Openflow數(shù)據(jù)流。2011年創(chuàng)建的ONF組織，一經(jīng)創(chuàng)立便致力于SDN發(fā)展，其非營(yíng)利性的性質(zhì)也使得它被更多的人接受。因此，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)僅能在相對(duì)靜態(tài)的環(huán)境下保持通暢。原本出于軍事目的研制的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已被廣泛應(yīng)用于政府、軍事、教育、科研、商業(yè)等各種領(lǐng)域，并進(jìn)入了千萬(wàn)普通家庭。也正是因?yàn)檫@種做法，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)兼顧了網(wǎng)絡(luò)控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能。由此可見(jiàn)，研究學(xué)習(xí)SDN網(wǎng)絡(luò)是十分必要的。除了ONF提出的三層體系結(jié)構(gòu)外，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化組織提出了將重點(diǎn)放在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的NFV架構(gòu)，NFV網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)參考了ONF關(guān)于SDN的定義，在南向接口上倡導(dǎo)Openflow協(xié)議，除此之外還包含了在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化組織中認(rèn)可的接口，而且在控制層，提出了端對(duì)端的網(wǎng)絡(luò)控制層，將控制層更加細(xì)致的劃分。網(wǎng)絡(luò)虛擬化：包含著各種協(xié)議的數(shù)據(jù)包在南向接口包裝成統(tǒng)一的格式，屏蔽了協(xié)議和設(shè)備間的差異，上層的服務(wù)網(wǎng)絡(luò)看不到下層的傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)備間的差異實(shí)現(xiàn)了透明。SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的交換機(jī)不再負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)策略的制定，而成為單純的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，只負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)。Openflow規(guī)定了Openflow交換機(jī)的組成和功能要求并且規(guī)定了Openflow協(xié)議作為控制器管理交換機(jī)的協(xié)議。：入端口源MAC地址目的MAC地址以太網(wǎng)類型VLANIDVLAN優(yōu)先級(jí)源IP地址目的IP地址IP協(xié)議IP TOS位TCP/UDP源端口TCP/UDP目的端口 Openflow流表項(xiàng)包頭域計(jì)數(shù)器：統(tǒng)計(jì)各項(xiàng)活動(dòng)和數(shù)據(jù)信息。流表修改：控制器可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)變化對(duì)流表項(xiàng)進(jìn)行修改，控制器發(fā)出的流表修改信息共有五種類型，如表22所示。（1）南向網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)南向網(wǎng)絡(luò)控制是指控制器底層網(wǎng)絡(luò)的控制，控制器的南向網(wǎng)絡(luò)控制主要包括：鏈路發(fā)現(xiàn)和拓?fù)涔芾?、策略制定和表?xiàng)下發(fā)。拓?fù)涔芾恚嚎刂破鞫〞r(shí)的向交換機(jī)發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包以此來(lái)或者交換機(jī)的信息和工作狀態(tài)，并實(shí)時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥M(jìn)行更新。一個(gè)好的北向接口需要具有足夠的開(kāi)放性，并具有足夠的能力讓管理者快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和定制。l 指定遠(yuǎn)程控制器在mininet中，已經(jīng)自己生成了floodlight控制器，但為了清晰的表現(xiàn)出SDN控制器與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備分離的思想，我們選擇在另一個(gè)虛機(jī)上建立floodlight控制器，控制器與交換機(jī)連接時(shí)，使用的指令為mn –controller=remote –ip=controller_ip port=controller_listen_port Openflow數(shù)據(jù)流分析上個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們通過(guò)指令對(duì)mininet進(jìn)行了一些簡(jiǎn)單的操作，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們將通過(guò)wireshark抓包軟件對(duì)openflow網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備通信過(guò)程和流表的建立以及交換機(jī)的配置進(jìn)行分析。首先，控制器向交換機(jī)發(fā)送set_config和get_config_request消息來(lái)配置和詢問(wèn)交換機(jī)配置，交換機(jī)發(fā)送reply消息進(jìn)行回復(fù)。 發(fā)送packet_in消息包控制器收到packet_in包后向交換機(jī)發(fā)送packet_out包，要求交換機(jī)將arp請(qǐng)求從接收端以外的端口泛洪。各個(gè)主機(jī)間的通信建立過(guò)程和控制器對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)過(guò)程與上面的兩個(gè)實(shí)驗(yàn)相似。在上面的實(shí)驗(yàn)中我們可以發(fā)現(xiàn)，控制器總是定時(shí)的向交換機(jī)發(fā)送信息，詢問(wèn)交換機(jī)的工作狀態(tài)和鏈路狀態(tài)，實(shí)時(shí)的探測(cè)和管理網(wǎng)絡(luò)，因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)狀況時(shí)，控制器能夠迅速感知，快速做出動(dòng)作，重新計(jì)算網(wǎng)絡(luò)路徑，提高響應(yīng)速度。SDN轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離的架構(gòu)，可使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通用化、簡(jiǎn)單化。SDN的控制邏輯集中特點(diǎn)可逐步實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中化管理和全局優(yōu)化，有效提 升運(yùn)營(yíng)效率，提供端到端的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。網(wǎng)絡(luò)的終極意義在于為上層應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，承載上層應(yīng)用。由于在內(nèi)網(wǎng)中，經(jīng)常會(huì)有數(shù)以petabyte計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)移（包括用戶數(shù)據(jù)備份、遠(yuǎn)程跨數(shù)據(jù)中心訪問(wèn)、大規(guī)模的數(shù)據(jù)同步）。這樣做的好處是，在進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)，對(duì)每個(gè)特定的控制功能都有一組控制器進(jìn)行服務(wù)，避免了單一控制器故障導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)癱瘓的情況。第三層，全局控制層，這層是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的大腦，TE server收到Gateway的匯總信息后掌握全局的網(wǎng)絡(luò)鏈路情況，當(dāng)一個(gè)新的業(yè)務(wù)開(kāi)啟是，TE server會(huì)通過(guò)計(jì)算業(yè)務(wù)所需帶寬已經(jīng)鏈路的狀況為新業(yè)務(wù)劃分鏈路。SDN的出現(xiàn)打破了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟硬一體化的開(kāi)發(fā)模式，將網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)打造為開(kāi)放的三層結(jié)構(gòu)，其體現(xiàn)的控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、邏輯集中控制、靈活的編程接口都將是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。W，SHARMAP，LEEconvergence[C]//Procon Internet panies like Amazon or Google that dedicate hundreds of engineers to their cloud systems have built their own solution to network configuration but this is not a reasonable approach for most panies to build their private cloud. Yet that is what the networking industry imposes on its customers. How can SDN do this?for elastic scale and flexible deployment, enabling usagebased pricing to reduce time to service and correlate cost based on value.l Create a platform Third party vendors supply ASIC’s for some parts of the switching, routing, and firewall markets. This is the magic that makes the Internet resilient to failures, keeping traffic flowing even when a major storm like Sandy brings down thousands of networking devices.ServicesSometimes network traffic requires more processing and for this, the Services plane does the job. Where