摘要：軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向之一，其目標(biāo)是將網(wǎng)絡(luò)控制與物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞蛛x，從而創(chuàng)造一種從中央管理控制器向所有交換機(jī)和路由器發(fā)送流量的環(huán)境。該文主要探討軟件定義網(wǎng)絡(luò)的基本架構(gòu)，并就軟件定義網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用方向作具體分析。

關(guān)鍵詞：軟件定義網(wǎng)絡(luò)；架構(gòu)；OpenFlow

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2013）13-3071-03

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為支撐現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展以及技術(shù)進(jìn)步的重要基礎(chǔ)設(shè)施，它深深地改變了人們的生產(chǎn)、生活和學(xué)習(xí)方式；然而，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)越來越不能滿足用戶的需求，網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新復(fù)雜困難。近年來，逐漸興起的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN） 正試圖打破這種僵局，它最終可能將取代現(xiàn)在不靈活且以硬件為中心的高速高性能多核處理網(wǎng)絡(luò)。一旦實(shí)現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備將配備軟件開發(fā)套件和開放API，從而實(shí)現(xiàn)全新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序。

1 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的概念

軟件定義網(wǎng)絡(luò)，又稱為可編程網(wǎng)絡(luò)，就是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置平面從嵌入式節(jié)點(diǎn)獨(dú)立出來到軟件平臺(tái)、由軟件驅(qū)動(dòng)的中央控制節(jié)點(diǎn)自動(dòng)化控制的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)以開放軟件模式替代傳統(tǒng)的基于嵌入系統(tǒng)的、不夠靈活的控制平面。軟件定義網(wǎng)絡(luò)是新的網(wǎng)絡(luò)控制平面實(shí)現(xiàn)方法，它適應(yīng)了降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度、虛擬化和云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)需求。它的發(fā)展對(duì)專有控制平面技術(shù)產(chǎn)生的破壞性創(chuàng)新，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)變革產(chǎn)生巨大影響?？刂破矫婧娃D(zhuǎn)發(fā)平面分離，轉(zhuǎn)發(fā)平面特性專注而d804d95a08c115a9a0e773ce388716afd1cffcece1a6223cbcd0d2e0a970ff8d簡(jiǎn)單，減少了設(shè)備硬件，降低了成本。

2 軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析

2.1 SDN架構(gòu)的特點(diǎn)

SDN 架構(gòu)分為三層，包括應(yīng)用層、控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層。SDN 控制層是基于軟件的控制器，負(fù)責(zé)維護(hù)全局網(wǎng)絡(luò)視圖，并且向上層應(yīng)用提供用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的可編程接口；應(yīng)用層運(yùn)行在控制層之上，通過控制層提供的全局網(wǎng)絡(luò)視圖，控制應(yīng)用程序可以把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)定義成為一個(gè)邏輯的交換機(jī)，同時(shí)，利用控制器提供的應(yīng)用編程接口，網(wǎng)絡(luò)人員能夠靈活地編寫多種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，如路由、多播、安全、接入控制等；基礎(chǔ)設(shè)施層位于控制層之下，通過控制數(shù)據(jù)平面接口與控制層相連，主要提供網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件。

同時(shí)，SDN在進(jìn)行路徑選擇時(shí)更為靈活，從而為互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的部署及網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化創(chuàng)造了有利條件。傳統(tǒng)路由協(xié)議能在一定程度上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的負(fù)載均衡，因?yàn)檫@類路由協(xié)議在選擇網(wǎng)絡(luò)路徑時(shí)，總是會(huì)盡量選擇比較空閑的鏈路而避開擁堵的鏈路。這類協(xié)議的好處是能提高鏈路的利用率，其缺點(diǎn)是不易對(duì)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)管理。而SDN可以通過為業(yè)務(wù)流指派鏈路來方便地實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的優(yōu)先級(jí)管理。

2.2 OpenFlow架構(gòu)分析

這種控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離的架構(gòu)對(duì)于L2交換設(shè)備而言，意味著MAC地址的學(xué)習(xí)由控制機(jī)來實(shí)現(xiàn)，V-LAN和基本的L3路由配置也由控制機(jī)下發(fā)給交換機(jī)。對(duì)于L3設(shè)備，各類IGP/EGP路由運(yùn)行在控制機(jī)之上，控制機(jī)根據(jù)需要下發(fā)給相應(yīng)的路由器。流表的下發(fā)可以是主動(dòng)的，也可以是被動(dòng)的，主動(dòng)模式下，控制機(jī)將自己收集的流表信息主動(dòng)下發(fā)給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，隨后網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以直接根據(jù)流表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；被動(dòng)模式是指網(wǎng)絡(luò)設(shè)備收到一個(gè)報(bào)文沒有匹配的流查找表記錄時(shí)，將該報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)給控制機(jī)，由后者進(jìn)行決策該如何轉(zhuǎn)發(fā)，并下發(fā)相應(yīng)的流表。被動(dòng)模式的好處是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無需維護(hù)全部的流表，只有當(dāng)實(shí)際的流量產(chǎn)生時(shí)才向控制機(jī)獲取流表記錄并存儲(chǔ)，當(dāng)老化定時(shí)器超時(shí)后可以刪除相應(yīng)的流表，故可以大大節(jié)省空間。當(dāng)一個(gè)控制機(jī)同時(shí)控制多個(gè)交換機(jī)/路由器設(shè)備時(shí)，它們看起來就像一個(gè)大的邏輯交換機(jī)，各個(gè)交換機(jī)/路由器硬件就如同這個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的遠(yuǎn)程線卡。

3 軟件定義網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用分析

SDN 能夠應(yīng)用于多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，包括數(shù)據(jù)中心、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、云計(jì)算等。

首先，在云計(jì)算時(shí)代，在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中使用SDN，實(shí)現(xiàn)高彈性數(shù)據(jù)中心、優(yōu)化物理資源利用率，讓用戶能整合各種計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，在數(shù)據(jù)中心內(nèi)部，利用SDN 的優(yōu)勢(shì)，可以有效地進(jìn)行數(shù)據(jù)中心的路徑優(yōu)化和負(fù)載均衡，提高數(shù)據(jù)中心資源利用率以及降低數(shù)據(jù)中心的能量消耗。另一方面，在多個(gè)數(shù)據(jù)中心之間利用SDN 網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)以及邏輯上集中式的控制技術(shù)，可以輕松地實(shí)現(xiàn)應(yīng)用到虛擬專用網(wǎng)（VPN）的映射以及虛擬機(jī)的遷移，快速建立和運(yùn)營(yíng)虛擬數(shù)據(jù)中心。

其次，軟件定義網(wǎng)絡(luò)能簡(jiǎn)化大型企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的管理。在企業(yè)網(wǎng)絡(luò)中利用SDN 技術(shù)，能夠極大地減輕網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜度，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)管理人員只需要通過定義整網(wǎng)的管理策略就能夠直接對(duì)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，而不需要進(jìn)行逐個(gè)設(shè)備的配置，提高了企業(yè)網(wǎng)絡(luò)的可靠性。

最后，軟件定義網(wǎng)絡(luò)能大大促進(jìn)云計(jì)算的發(fā)展，因?yàn)檐浖x網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大大簡(jiǎn)化了虛擬環(huán)境的資源分配?；诳刂破鞯呢?fù)載均衡應(yīng)用程序能夠利用控制器中關(guān)于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的大量容量信息，自動(dòng)地在虛擬機(jī)之間遷移工作負(fù)載?；诳刂破鞯膽?yīng)用程序與部署在虛擬機(jī)上的虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)設(shè)備很相似，但是與使用物理設(shè)備的常規(guī)模型相比，它們具有更高的可擴(kuò)展性、靈活性、效率和可管理性。

4 結(jié)論

通過控制與轉(zhuǎn)發(fā)的分離，軟件定義網(wǎng)絡(luò)能夠降低網(wǎng)絡(luò)管控的復(fù)雜度，提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性及安全性，提供多種粒度的網(wǎng)絡(luò)控制。未來網(wǎng)絡(luò)將越來越依賴于軟件，軟件定義網(wǎng)絡(luò)這種新穎的、動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將得到更廣泛的應(yīng)用，進(jìn)而促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷創(chuàng)新應(yīng)用。

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