sdn關鍵技術綜述

1、1SDN SDN 關鍵技術及趨勢 關鍵技術及趨勢摘 要： 要：隨著信息通信技術中大量新型業(yè)務(如移動互聯(lián)網(wǎng)、社交網(wǎng)絡、云計算和大數(shù)據(jù))的出現(xiàn)，未來網(wǎng) 正面臨著新的挑戰(zhàn),而隨時訪問性,高帶寬,動態(tài)管理是至關重要的。然而,基于專有設備手動配置的傳統(tǒng) 方法是繁瑣且易出錯的,而且他們不能充分利用網(wǎng)絡基礎設施的能力。最近,軟件定義網(wǎng)絡(SDN)已經(jīng)被稱 為未來互聯(lián)網(wǎng)最有前途的解決方案之一。SDN 具有兩個顯著的特點,包括控制平面從數(shù)據(jù)平面中解耦

2、并且 為網(wǎng)絡應用程序開發(fā)提供了可編程性。因此,SDN 被認為能提供更有效的配置,更好的性能和更高的靈活性 以適應創(chuàng)新的網(wǎng)絡設計。本文總結了 SDN 活躍研究領域的最新進展。我們首先通過介紹 SDN 的起源提出 一個普遍接受的 SDN 定義。然后我們簡要的介紹了 SDN 邏輯架構及其技術特征。接著詳細介紹了 SDN 關 鍵技術及其相關領域的研究成果。最后我們描述了我們將來面臨的挑戰(zhàn)和 SDN 的發(fā)展趨勢。 關鍵詞： 關鍵詞：軟件定義網(wǎng)絡；

3、 OpenFlow；關鍵技術；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

4、 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

5、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

6、 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 conf

7、iguration, 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 definitio

8、n 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

9、the challenges we face and discuss future research directions of this technology.Key words: Software-defined networking, OpenFlow. Key technologies引言 引言隨著社交網(wǎng)絡、移動互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算[1]等業(yè)務領域的快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)[3][4]正日益成為當前的焦點，其面向的海量數(shù)據(jù)處理也對網(wǎng)絡

10、提出了更高的要求。大數(shù)據(jù)應用依賴于預先定義好的計算模式，在集中化的管理架構下運行，存在著大量的數(shù)據(jù)批量傳輸及相關的聚合/劃分操作。數(shù)據(jù)的聚 合和劃分通常發(fā)生在一臺服務器和一個擁有眾多服務器的服務器組之間，這也是大數(shù)據(jù)應用中最典型的網(wǎng)絡流量模式。例如，在用于大數(shù)據(jù)處理的 MapReduce 算法的執(zhí)行過程[2]中，來自眾多mapper 服務器的中間結果需要集中匯總到一臺reducer 服務器上進行歸約（Reduce）操作

11、，而MapReduce 的洗牌（Shuffle）過程更是由 mapper和 reducer 之前的多次數(shù)據(jù)聚合組合而成。大數(shù)據(jù)處理過程中的每一次聚合都將導致大量服務器之間的海量數(shù)據(jù)交換，從而需要極高的網(wǎng)絡帶寬支持，而如果按照超額認購（oversubscribe）帶寬的方式為每臺服務器預留網(wǎng)絡資源，將導致網(wǎng)絡成為瓶頸，同時造成資源浪費。因此，對于大數(shù)據(jù)業(yè)務而言，他更需要對網(wǎng)絡進行快速、頻繁的實時配置，按需調(diào)用網(wǎng)絡資源。但是，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡卻難

12、以滿足云計算、大數(shù)據(jù)，以及相關業(yè)務提出的靈活的資源需求，這主要是因為它已經(jīng)過于復雜從而只能處于靜態(tài)的運作模式。當前，網(wǎng)絡中存在著大量各種各樣的互不相干的協(xié)議，它們被用于在不同間隔距離、不同鏈路速度、不同拓撲結構的網(wǎng)絡主機之間建立網(wǎng)絡連接。因為歷史原因，這些協(xié)議的研發(fā)和應用通常是彼此分離的，每個協(xié)議通常只是為了解決某個專門的問題而缺少對共性的抽象，這就導3應用層控制層基礎設施層業(yè)務應用SDN 控制軟件 網(wǎng)絡服務網(wǎng)絡設備 網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡

13、設備網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備API API API控制/數(shù)據(jù)平面接口，例如OpenFlow圖 1 SDN 的邏輯架構圖 1 為 SDN 的邏輯架構[14]。該邏輯架構分為 3 層。基礎設施層（Infrastructure Layer）主要由網(wǎng)絡設備（Network Device）即支持 0penFlow 協(xié)議的 SDN 交換機組成，它們是保留了傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備數(shù)據(jù)面能力的硬件，負責基于流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡狀態(tài)收集?？刂茖樱–ontrol

14、Layer）主要包含 0penFlow 控制器及網(wǎng)絡操作系統(tǒng)(network operation system，NOS)，負責處理數(shù)據(jù)平面資源的編排、維護網(wǎng)絡拓撲、狀態(tài)信息等；控制器是一個平臺，該平臺向下可以直接與使用 OpenFlow 協(xié)議的交換機(以下簡稱 SDN 交換機)進行會話；向上，為應用層軟件提供開放接口，用于應用程序檢測網(wǎng)絡狀態(tài)、下發(fā)控制策略。位于頂層的應用層（Application Layer）由眾多滿足用戶需求的應用

15、軟件構成，這些軟件能夠根據(jù)控制器提供的網(wǎng)絡信息執(zhí)行特定控制算法，并將結果通過控制器轉(zhuǎn)化為流量控制命令，下發(fā)到基礎設施層的實際設備中。從而完成動態(tài)接入控制、無縫切換、負載均衡和網(wǎng)絡虛擬化等功能。SDN 網(wǎng)絡控制器與網(wǎng)絡設備之間通過專門的控制面和數(shù)據(jù)面接口連接，該接口是支持 SDN 技術實現(xiàn)的關鍵接口。目前，SDN 的研究重點之一是對該接口的定義和規(guī)范，很多研究將該接口等同于現(xiàn)有網(wǎng)絡中用于管理不同廠商設備的南向接口（Southbound

16、 Interface） ，但重新定義了其需要承擔的功能，如網(wǎng)絡編程、資源虛擬化、網(wǎng)絡隔離等；同時，在應用層與網(wǎng)絡基礎設施層之間定義了類似于傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備上用于設備制造商或網(wǎng)絡運營商進行設備接入和管理的北向接口（North-bound Interface） ，并明確了該接口在路由、網(wǎng)絡設備管理、網(wǎng)絡策略管理等方面的能力要求。此外，為支持不同的網(wǎng)絡控制系統(tǒng)之間的互通，有研究還定義了支持網(wǎng)絡控制系統(tǒng)之間互聯(lián)的東西向接口（East-west I

17、nterface）和其在支持網(wǎng)絡域間控制、互操作、網(wǎng)絡部署等方面的功能需求[15][16]。根據(jù)上述論述，OpenFlow 協(xié)議、網(wǎng)絡虛擬化技術和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是 SDN 區(qū)別于傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構的關鍵技術。2.2 2.2 技術特點 技術特點SDN 的出現(xiàn)打破了傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備制造商獨立而封閉的控制面結構體系，將改變網(wǎng)絡設備形態(tài)和網(wǎng)絡運營商的工作模式，對網(wǎng)絡的應用和發(fā)展將產(chǎn)生直接影響。從技術層面分析，SDN 的特點主要體現(xiàn)在以下幾個方面[17]：

18、? 數(shù)據(jù)面與控制面的分離，簡化了網(wǎng)絡設備，通過控制面功能的集中和規(guī)范數(shù)據(jù)面和控制面之間的接口，實現(xiàn)對不同廠商的設備進行統(tǒng)一、靈活、高效的 管理和維護。? 開放網(wǎng)絡編程能力，以 API 的形式將底層網(wǎng)絡能力提供給上層，實現(xiàn)對網(wǎng)絡的靈活配置和多類型業(yè)務的支持，提高對網(wǎng)絡和資源控制的精細化程度。 ? 支持業(yè)務的快速部署，簡化業(yè)務配置流程，具有靈活的網(wǎng)絡擴展能力，降低設備配置風險，提高網(wǎng)絡運營效率。? 更好地支持用戶個性化定制業(yè)務的實現(xiàn)，為網(wǎng)