软件定义网络SDN的研究进展(5)

SDN的研究进展

ｄｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ软件学报Ｖ０１．２６，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ２０１５

协议增加了流表删除和复制机制，并考虑了流表一致性问题．总的来说，ＯｐｅｎＦｌｏｗ支持的功能越来越全，机制也在不断地更新完善．然而，随着ＯｐｅｎＦｌｏｗ支持的功能不断增加，流表将容易产生负载过重的问题．如何支持不同粒度、任意组合的功能，是ＯｐｅｎＦｌｏｗ下一步发展的关键所在．此外，ＯｐｅｎＦｌｏｗ允许控制器利用流表指定网络的数据通路，但并未指定如何配置和管理转发设备环境，因此，ＯＮＦ提出了ＯＦ．ＣＯＮＦＩＧ协议【３１１．作为配置协议，ＯＦ．ＣＯＮＦＩＧ扩展了ＮＥＴＣＯＮＦ标准【２引，采用ＸＭＬ配置交换机环境，填补了ＯｐｅｎＦｌｏｗ在配置方面的缺失．

针对南向接口，除了ＯＮＦ提出的ＯｐｅｎＦｌｏｗ协议和ＯＦ．ＣＯＮＦＩＧ协议外，ＩＥＴＦ提出了ＦｏｒＣＥＳ协议［１…，思科公司提出了ＯｎｅＰＫ协议【２５１．ＦｏｒＣＥＳ对网络设备内部结构重新定义，将转发元素（ｆｏｒｗａｒｄｉｎｇｅｌｅｍｅｎｔ，简称ＦＥ）和控制元素（ｃｏｎｔｒｏｌｅｌｅｍｅｎｔ，简称ＣＥ）分离，形成两个独立的逻辑实体，两个逻辑实体之间依靠ＦｏｒＣＥＳ协议通信．该协议工作在主从模式下，即，ＣＥ通过ＦｏｒＣＥＳ协议主动将指令下发给ＦＥ，ＦＥ被动接受这些指令，并通过硬件执行每数据包级的分组转发．ＯｎｅＰＫ则是思科公司针对ＳＤＮ产品专门开发的接口协议，该协议可以运行在思科所研发的专属平台上，并支持开发者用Ｃ或Ｊａｖａ编写的程序．ＯｎｅＰＫ除了支持专有的ＯｎｅＰＫ协议之外，还可支持ＯｐｅｎＦｌｏｗ协议等．典型的南向接Ｅｌ协议对比见表２．

Ｔａｂｌｅ２Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｌｓｏｕｔｈｉｎｔｅｒｆａｃｅｐｒｏｔｏｃｏｌｓ

表２典型的南向接口协议的对比

南向接口协议类型

流表

ＸＭＬ

传统报文

未提及粒度每流无关每分组每流通信方式双向通信与ＯｐｅｎＦｌｏｗ兼容是否改变传统网络架构是是否是是否是ｏＮＦＯＮＦＩＥＴＦＣｉｓｃｏ组织特点根据流表指定的ＯｐｅｎＦｌｏｗｐｏＪＯＦ．ＣＯＮＦＩＧｔ３１】ＦｏｒＣＥＳ［１６】双向通信主从通信双向通信数据通路传输数据配置交换机环境通过传统ＩＰ网络传输数据专用接口ＯｎｅｐＫｌ冽

除了南向接口相关研究之外，控制器北向接口及控制器间东西向接口同样是研究重点．北向接口负责控制层与各种业务应用之间的通信，应用层各项业务通过编程方式调用所需网络抽象资源，掌握全网信息，方便用户对网络配置和应用部署等业务的快速推进．然而，由于应用业务具有多样性，使得北向接口亦呈现多样性，开发难度较大．起初，ＳＤＮ允许用户针对不同应用场景定制适合的北向接口标准．统一的北向接口标准将直接影响着各项应用业务的顺利开展．为了统一北向接口，各组织开始制订北向接口标准，如ＯＮＦ的ＮＢＩ接口标准和ＯｐｅｎＤａｙｌｉｇｈｔ的ＲＥＳＴ接口标准等．然而，这些标准仅对功能作了描述，而未详细说明实现方式．因此，如何实现统一的北向接１２标准，成为业界下一步主要推动的工作．与南北向接Ｅｌ通信的方式不同，东西向接口负责控制器间的通信．由于单一控制器性能有限，无法满足大规模ＳＤＮ网络部署，东西向接口标准的制订使控制器具有可扩展能力，并为负载均衡和性能提升等方面提供了技术保障．

２数据层关键技术研究

在ＳＤＮ中，数据层与控制层分离，交换机将繁重的控制策略部分交由控制器来负责，而它仅根据控制器下发的规则对数据包进行快速转发．为了避免交换机与控制器频繁交互，双方约定的规则是基于流的，而并非基于每个数据包的．ＳＤＮ数据层的功能相对简单，相关技术研究主要集中在交换机和转发规则方面：首先是交换机设计研究，即设计可扩展的快速转发设备，它既可以灵活匹配规则，又能快速转发数据流；其次是转发规则的相关研究，例如规则失效后的一致性更新问题等．下面详细讨论数据层相关的研究成果．

２．１交换机设计问题

ＳＤＮ交换机位于数据层面，用来负责数据流的转发．通常可采用硬件和软件两种方式进行转发．对于硬件来说，具有速度快、成本低和功耗小等优点．一般来说，交换机芯片的处理速度比ＣＰＵ处理速度快两个数量级，比网络处理器（ｎｅｔｗｏｒｋｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，简称ＮＰ）快一个数量级，并且这种差异将持续很长时间［３２１．在灵活性方面，硬件则远远低于ＣＰＵ和ＮＰ等可编程器件．如何设计交换机，做到既保证硬件的转发速率，同时还能确保识别转发规则的