软件定义网络SDN的研究进展(2)

SDN的研究进展

张朝昆等：软件定义网络（ＳＤＮ）研究进展６３换机下发统一标准规则，交换机仅需按照这些规则执行相应的动作即可．因此，ＳＤＮ技术能够有效降低设备负载，协助网络运营商更好地控制基础设施，降低整体运营成本，成为最具前途的网络技术之一．因此，ＳＤＮ被ＭＩＴ列为“改变世界的十大创新技术之一”【５】．ＳＤＮ相关技术研究迅速开展起来，成为近年来的研究热点．２０１３年，ＳＩＧＣＯＭＭ会议收录了多篇相关文章，甚至将ＳＤＮ列为专题来研讨，带动了ＳＤＮ相关研究的蓬勃发展．

本文第１节首先论述ＳＤＮ诞生与发展的背景，以此提出ＳＤＮ分层的体系结构，并讨论ＳＤＮ开放式接口．第２节和第３节分别对ＳＤＮ数据层和控制层的关键技术进行详细阐述．第４节论述ＳＤＮ在不同场景下的应用．第５节针对未来工作提出见解．最后给出本文结论．

１ＳＤＮ体系结构

ＳＤＮ是当前最热门的网络技术之一，它解放了手工操作，减少了配置错误，易于统一快速部署．本节首先论述了ＳＤＮ诞生发展的背景，指出ＳＤＮ的产生及快速发展的必然性定律．接下来探讨了ＳＤＮ主流的体系结构．由于ＳＤＮ标准接口机制确保层次之间既保持相对独立，又能正常通信，因此，标准接口设计的好坏是ＳＤＮ成功设计的关键．

１．１ＳＤＮ诞生发展的背景

随着网络的快速发展，传统互联网出现了如传统网络配置复杂度高等诸多问题【６】，这些问题说明网络架构需要革新，可编程网络的相关研究为ＳＤＮ的产生提供了可参考的理论依据【”．主动网络【８’９】允许数据包携带用户程序，并能够由网络设备自动执行．用户可以通过编程方式动态地配置网络，达到了方便管理网络的目的．然而由于需求低、协议兼容性差等问题，并未在工业界实际部署．４Ｄ架构【１０，１１】将可编程的决策平面（即控制层）从数据平面分离，使控制平面逻辑中心化与自动化，其设计思想产生ＳＤＮ控制器的雏形【ｌ２１．

借鉴计算机系统的抽象结构，未来的网络结构将存在转发抽象、分布状态抽象和配置抽象这３类虚拟化概念【１３】．转发抽象剥离了传统交换机的控制功能，将控制功能交由控制层来完成，并在数据层和控制层之问提供了标准接口，确保交换机完成识别转发数据的任务．控制层需要将设备的分布状态抽象成全网视图，以便众多应用能够通过全网信息进行网络的统一配置．配置抽象进一步简化了网络模型，用户仅需通过控制层提供的应用接口对网络进行简单配置，就可自动完成沿路径转发设备的统一部署．因此，网络抽象思想解耦了路径依赖，成为数据控制分离且接口统一架构（ｔｉｐＳＤＮ）产生的决定因素．

此外，众多标准化组织已经加入到ＳＤＮ相关标准的制订当中．专门负责订制ＳＤＮ接口标准的著名组织是开放网络基金会（ＯｐｅｎＮｅｔｗｏｒｋｉｎｇＦｏｕｎｄａｔｉｏｎ，简称ＯＮＦ）ｔ１４】，该组织制订的ＯｐｅｎＦｌｏｗ协议业已成为ＳＤＮ接口的

ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴａｓｋ主流标准，许多运营商和生产厂商根据该标准进行研发．互联网工程任务组（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ

称ＩＥＴＦ）的ＦｏｒＣＥＳ工作组【”］、互联网研究专门工作组（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ

组［１６】以及国际电信联盟远程通信标准化组织（ＩＴＵＲｅｓｅａｒｃｈＴａｓｋＦｏｒｃｅ，简Ｆｏｒｃｅ，简称ＩＲＴＦ）的ＳＤＮＲＧ研究Ｓｅｃｔｏｒ，简称ＩＴＵ．Ｔ）的多个ＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄｉｚａｔｉｏｎ

工作组【ｌ玎同样针对ＳＤＮ的新方法和新应用等展开研究．标准化组织的跟进，促使了ＳＤＮ市场的快速发展．据悉，ＳＤＮ市场已于２０１３年达到约２亿美元的产值，预计到２０１６年将达到２０亿美元【Ｉ引，市场需求确保ＳＤＮ有足够的发展空间．由此可见、ＳＤＮ具有广阔的发展前景和巨大的研究价值．

１．２体系结构概述

针对不同的需求，许多组织提出了相应的ＳＤＮ参考架构．ＳＤＮ架构【１９】最先由ＯＮＦ组织提出，并已经成为学术界和产业界普遍认可的架构．除此之外，欧洲电信标准化组织（ＥｕｒｏｐｅａｎＴｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓＳｔａｎｄａｒｄｓＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，简称ＥＴＳＩ）提出的ＮＦＶ架构【２０】随之发展起来，该体系结构主要针对运营商网络，并得到了业界的支持．由各大设备厂商和软件公司共同提出了ＯｐｅｎＤａｙｌｉｇｈｔ［２１】，目的是为了具体实现ＳＤＮ架构，以便用于实际部署．

ＯＮＦ组织最初在白皮书中提到ＳＤＮ体系结构【ｌ９１，并于２０１３年底发布最新版本【２２１，其架构如图ｌ所示．ＳＤＮ由下到上（或称由南向北）分为数据平面、控制平面和应用平面．数据平面与控制平面之间利用ＳＤＮ控制数据平面接口（ｃｏｎｔｒ０１．ｄａｔａ．ｐｌａｎｅｉｎｔｅｒｆａｃｅ，简称ＣＤＰＩ）进行通信，ＣＤＰＩ具有统一的通信标准，目前主要采用ＯｐｅｎＦｌｏｗ协