软件定义网络架构探究和实践

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1、软件定义网络架构探究和实践　　中图分类号：TN915.03；TP393.03文献标志码：A文章编号：1009-6868（2013）05-0011-005通过分析SDN的研究背景，阐述了SDN由应用层、控制层、基础设施层组成的3平面架构；基于OpenFlow的实现方案和以Juniper、思科等公司解决方案为代表的其他实现方案，对SDN架构的实现进行了探讨；从科研和商业化的角度出发，展示了最新的基于SDN架构的实践与应用。软件定义网络；平面架构；OpenFlow协议Inthispaper，wediscusst

2、hearchitectureofsoftware-definednetworks.Thisarchitecturecomprisesapplicationlayer，controllayer，andinfrastructurelayer.WealsodiscusstheimplementationofOpenFlow-basedprogramsandothersolutionsproposedbyCiscoandJuniper.Wediscusstheresearchintoandcommercializ

3、ationofthelatestpracticalSDNapplications.software-definednetworks；planearchitecture；OpenFlow17网络虚拟化以及云服务的出现，推动了互联网产业对传统网络架构的重新审视，带来了互联网新的发展趋势，从主动网络架构、开放架构网络体系、ForCES架构，到可重构网络体系、一体化网络体系、软件定义网络（SDN）等，全球研究机构均在探索适应于未来网络业务的具有良好可扩展性和智能性的新型网络体系。其中ForCES基本架构提出的转发

4、与控制分离思想得到了广泛认可，并成为中国可重构网络研究团队和国际SDN研究团队的基础。SDN是由美国斯坦福大学CleanSlate研究组提出的一种新兴的网络架构，其核心思想是基于控制和转发相分离的思路，实现了网络和业务的可编程。自2011年以来，SDN已经逐步成为通信界最热门的词语之一，同时，被列为影响未来10年的10项技术之一，得到了学术界和工业界的广泛认可，成为引领未来网络发展方向的研究内容之一。SDN的基本内涵就是一个开放可编程网络，该网络通过软件定义（或软件驱动）方式就可实现网络资源的动态管理。基

5、于此，用户可通过编程动态构建各种特性的数据转发网络，以实现各类网络对各种应用的承载需求，进而便于用户实现类似虚拟化、数据中心网络等新型应用。1研究背景17传统互联网中，数据转发与控制逻辑紧耦合，导致网络控制功能复杂，阻碍了新技术在控制层面的部署，使得控制层面的灵活性和扩展性很难适应网络的飞速发展。SDN的核心理念是控制与转发分离，具有前所未有的可编程性、自动化以及网络控制能力，确保了网络的高度可扩展、灵活，提高了网络的创新能力。SDN的前身来源于斯坦福用于企业集中安全控制的Ethane项目[1]及其前一个

6、项目SANE[2]。SANE是斯坦福大学2006年提出的一种面向企业网的安全管理架构。SANE的主要特点在于定义了一个保护层，该保护层位于链路层和网络层中间，由一台逻辑中央服务器控制，用于管理所有路由和接入控制决策。SANE在设计时，遵循4D架构的设计原则，如图1所示。通过全局网络视图，决策平面做出网络控制决策，并直接下发给数据平面；数据平面根据决策平面的指令，实现对网络层目标的直接控制；分发平面在决策平面和数据平面之间建立可靠的通信通道；发现平面负责发现网络中的物理组件，并为决策平面提供构建网络视图的基

7、本信息。2007年，Casado等人对SANE的功能进行了扩展，提出了Ethane架构。Ethane在网络管理中添加了安全管理策略，扩充了中央控制器的管理功能，实现了更细粒度的流表转发策略。Ethane网络主要由中央控制器和Ethane交换机两个部件构成。中央控制器是网络的控制决策层，实现了网络主机认证、IP分配和交换机流表生成等基本功能。Ethane交换机则作为一个数据转发单元，根据控制器产生的流表进行数据转发。17现有网络路由器同时包含数据转发和控制决策两种功能，复杂性太高，导致灵活性和可扩展性不够。

8、在SANE和Ethane两个项目基础上，面对目前日益增长的带宽需求，Casado提出了分组交换网络软硬件功能分离的思想[3]，即用软件来实现控制决策，而硬件只缓存这些决策，专注于数据的转发。这种软硬件功能分离的思想，明确了软件层来做决策和硬件层控制分组转发的设计思路。在上述相关工作的基础上，斯坦福大学的NickMckeown教授等提出了OpenFlow技术[4]，为网络设备中的数据转发和路由控制两个功能进行分离提拱了一种实现协