SDN技术原理介绍
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1
背景
2
SDN体系架构
3
SDN特征
4
SDN关键技术
5
SDN应用和未来方向
背景
传统的网络设备（交换机、路由器）的 固件是由设备制造商锁定和控制，所以大家 希望将网络控制与物理网络拓扑分离，从而 摆脱硬件对网络架构的限制。这样企业便可 以像升级、安装软件一样对网络架构进行修 改，满足企业对整个网站架构进行调整、扩 容或升级。而底层的交换机、路由器等硬件 则无需替换，节省大量的成本的同时，网络 架构迭代周期将大大缩短。
应用程序的视角
Controller
被抽象出的网络
物理网络/Fabric Underlay网络
SDN 实现方式
SDN 的核心技术： OpenFlow
? Flow Table ：Flow Table 里面的每 个条目都会与一个动作相关联，来 告诉网络交换设备来如何处理与这 个条目相关联的 data Flow ；
Dec, 2011
April, 2012
Sep, 2012
OF 1.0
功能：
? 单表 ? IPv4
OF 1.1
多表 ? MPLS、VLAN ? group ? ECMP ?
OF 1.2 ? IPv6
OF 1.3
OF 1.3.1
重构了能力协商 ? PBB ? IPv6扩展头 ? 多Controller ? Per flow meter ?
OpenFlow1.0 之流表动作列表
? Secure Channel ：用于连接网络交 换设备和远程网络控制器，在控制 器和网络交换设备之间互相发送命 令和数据包；
? OpenFlow Protocol ：提供一个开放 标准统一的接口，使得控制器和网 络交换设备之间可以相互通信
OpenFlow 的标准化组织
Dec, 2009
Feb, 2011
? 增强版本协商能力
Open Network Foundation，即开放式网络基金会。ONF是非盈利的组织机构，致力于创新和发展新 型网络架构，即软件定义网络（SDN）。 -ONF成立一年，有超过80家国内外公司加入到ONF的商业化推广和使用SDN技术的推广。 -国内企业包括：华为、中兴、腾讯、盛科、华三等。
CP
DP
Controller
Router
?工作原CP 理DP：基于路由表转发 ?策略：静态路由 +动态路由协议
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
ห้องสมุดไป่ตู้DP
?通过Controller实现了对基础网络设施的抽象； ? 应用程序看到的是Controller提供的网络服务
18
OpenFlowv1.0 之流表结构
? 流表是OpenFlow对网络设备的数据转发功能的抽象 –表项包括了网络中各个层次的网络配置信息
包头域
计数器
动作
? –包头域：用于对交换机接收到的数据包的包头内容进行匹配 –计数器：用于统计数据流量相关信息，可以针对交换机中的每张流 表、每 个数据流、每个设备端口、每个转发队列进行维护 –动作（action）：用于指示交换机在收到匹配数据包后如何对其进行 处理
什么是 SDN
软件定义网络（Software Defined Network, SDN ），是由美国斯坦福大学 clean slate研究组提出的一种新型网络创新架构，核心理念是，希望应用软 件可以参与对网络的控制管理，满足上层业务需求，通过自动化业务部署简 化网络运维。 传统网络设备紧耦合的网络架构被分拆成应用、控制、转发三层分离的架构。 控制功能被转移到了服务器，上层应用、底层转发设施被抽象成多个逻辑实 体。如果说现在的网络系统是功能机，系统和硬件出厂时就被捆绑在一起， 那么SDN 就是 Android系统，可以在很多智能手机上安装、升级，同时还能 安装更多更强大的手机 App（SDN 应用层部署）。
入端口 源 MAC 地址
目的 MAC 地址
以太网 VLAN VLAN 源IP
类型 ID
优先级 地址
目的IP IP协 地址 议
IP TOS 位
TCP/UD TCP/UD P源端口 P目的端
口
Ingres s Port
Ether Sourc e
Ether Des
Ether Type
VLAN ID
VLAN IP
?
设备之间通过控??制工 策协略作议：原交理Fl：互oo基转d 于发物信理息端；口转发??
?
网络设备上只保留转发平面（转发表项）； 软件可以实现灵活的控制面功能满足用户多元化需求 硬件成为简单哑资源，专注转发；
CP
DP
CP
DP
L2Switch
?工作原理：基于 MAC地址表转发 ? 策略： STP+MAC 地址学习
应用层
SDN体系结构
上层应用
控制层
API
SDN 控制软件
API
API
网路服务
基础设施层
网络设备
控制数据平面口 （例如OpenFlow）
网络设备
网络设备
网络设备
网络设备
SDN特征
控制转发分离 网络虚拟化
可编程接口
控制平面（ CP）
转发平面（ DP）
Hub
? 传统网络设备的 CP与DP 不分离；
? SDN 将网络设备的控制平面集中上收到Controller;
OpenFlowv1.0 之包头域
? 用于匹配交换机接收到的数据包的包头内容， OpenFlow 1.0包头域包含12个元组（tuple ） –涵盖ISO网络模型中第二至第四层的网络配置信息 –每一个元组中的数值可以是一个确定的值或者是 “ANY
? OpenFlow 1.1 及后续版本将“包头域”更名为“匹配域
IP
Priority Sourc Des
e
IP
IP
Proto TOS
bits
TCP/UD TCP/UD
P SRC P SRC
Port
Port
OpenFlow1.0 之流表计数器
? 针对交换机中的每张流表、每个数据流、每个设备端口、每个转 发队列进行维护，用于统计数据流量的相关信息 –针对每张流表，统计当前活动的表项数、数据包查询次数、 数 据包匹配次数等 –针对每个数据流，统计接收到的数据包数、字节数、数据流持 续时间等 –针对每个设备端口，除统计接收到的数据包数、发送数据包数 、 接收字节 数、发送字节数等指标之外，还可以对各种错误发生的次数进行 统计 –针对每个队列，统计发送的数据包数和字节数，还有发送时的 溢出（Overrun）错误次数等
背景
2
SDN体系架构
3
SDN特征
4
SDN关键技术
5
SDN应用和未来方向
背景
传统的网络设备（交换机、路由器）的 固件是由设备制造商锁定和控制，所以大家 希望将网络控制与物理网络拓扑分离，从而 摆脱硬件对网络架构的限制。这样企业便可 以像升级、安装软件一样对网络架构进行修 改，满足企业对整个网站架构进行调整、扩 容或升级。而底层的交换机、路由器等硬件 则无需替换，节省大量的成本的同时，网络 架构迭代周期将大大缩短。
应用程序的视角
Controller
被抽象出的网络
物理网络/Fabric Underlay网络
SDN 实现方式
SDN 的核心技术： OpenFlow
? Flow Table ：Flow Table 里面的每 个条目都会与一个动作相关联，来 告诉网络交换设备来如何处理与这 个条目相关联的 data Flow ；
Dec, 2011
April, 2012
Sep, 2012
OF 1.0
功能：
? 单表 ? IPv4
OF 1.1
多表 ? MPLS、VLAN ? group ? ECMP ?
OF 1.2 ? IPv6
OF 1.3
OF 1.3.1
重构了能力协商 ? PBB ? IPv6扩展头 ? 多Controller ? Per flow meter ?
OpenFlow1.0 之流表动作列表
? Secure Channel ：用于连接网络交 换设备和远程网络控制器，在控制 器和网络交换设备之间互相发送命 令和数据包；
? OpenFlow Protocol ：提供一个开放 标准统一的接口，使得控制器和网 络交换设备之间可以相互通信
OpenFlow 的标准化组织
Dec, 2009
Feb, 2011
? 增强版本协商能力
Open Network Foundation，即开放式网络基金会。ONF是非盈利的组织机构，致力于创新和发展新 型网络架构，即软件定义网络（SDN）。 -ONF成立一年，有超过80家国内外公司加入到ONF的商业化推广和使用SDN技术的推广。 -国内企业包括：华为、中兴、腾讯、盛科、华三等。
CP
DP
Controller
Router
?工作原CP 理DP：基于路由表转发 ?策略：静态路由 +动态路由协议
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
DP
CP
ห้องสมุดไป่ตู้DP
?通过Controller实现了对基础网络设施的抽象； ? 应用程序看到的是Controller提供的网络服务
18
OpenFlowv1.0 之流表结构
? 流表是OpenFlow对网络设备的数据转发功能的抽象 –表项包括了网络中各个层次的网络配置信息
包头域
计数器
动作
? –包头域：用于对交换机接收到的数据包的包头内容进行匹配 –计数器：用于统计数据流量相关信息，可以针对交换机中的每张流 表、每 个数据流、每个设备端口、每个转发队列进行维护 –动作（action）：用于指示交换机在收到匹配数据包后如何对其进行 处理
什么是 SDN
软件定义网络（Software Defined Network, SDN ），是由美国斯坦福大学 clean slate研究组提出的一种新型网络创新架构，核心理念是，希望应用软 件可以参与对网络的控制管理，满足上层业务需求，通过自动化业务部署简 化网络运维。 传统网络设备紧耦合的网络架构被分拆成应用、控制、转发三层分离的架构。 控制功能被转移到了服务器，上层应用、底层转发设施被抽象成多个逻辑实 体。如果说现在的网络系统是功能机，系统和硬件出厂时就被捆绑在一起， 那么SDN 就是 Android系统，可以在很多智能手机上安装、升级，同时还能 安装更多更强大的手机 App（SDN 应用层部署）。
入端口 源 MAC 地址
目的 MAC 地址
以太网 VLAN VLAN 源IP
类型 ID
优先级 地址
目的IP IP协 地址 议
IP TOS 位
TCP/UD TCP/UD P源端口 P目的端
口
Ingres s Port
Ether Sourc e
Ether Des
Ether Type
VLAN ID
VLAN IP
?
设备之间通过控??制工 策协略作议：原交理Fl：互oo基转d 于发物信理息端；口转发??
?
网络设备上只保留转发平面（转发表项）； 软件可以实现灵活的控制面功能满足用户多元化需求 硬件成为简单哑资源，专注转发；
CP
DP
CP
DP
L2Switch
?工作原理：基于 MAC地址表转发 ? 策略： STP+MAC 地址学习
应用层
SDN体系结构
上层应用
控制层
API
SDN 控制软件
API
API
网路服务
基础设施层
网络设备
控制数据平面口 （例如OpenFlow）
网络设备
网络设备
网络设备
网络设备
SDN特征
控制转发分离 网络虚拟化
可编程接口
控制平面（ CP）
转发平面（ DP）
Hub
? 传统网络设备的 CP与DP 不分离；
? SDN 将网络设备的控制平面集中上收到Controller;
OpenFlowv1.0 之包头域
? 用于匹配交换机接收到的数据包的包头内容， OpenFlow 1.0包头域包含12个元组（tuple ） –涵盖ISO网络模型中第二至第四层的网络配置信息 –每一个元组中的数值可以是一个确定的值或者是 “ANY
? OpenFlow 1.1 及后续版本将“包头域”更名为“匹配域
IP
Priority Sourc Des
e
IP
IP
Proto TOS
bits
TCP/UD TCP/UD
P SRC P SRC
Port
Port
OpenFlow1.0 之流表计数器
? 针对交换机中的每张流表、每个数据流、每个设备端口、每个转 发队列进行维护，用于统计数据流量的相关信息 –针对每张流表，统计当前活动的表项数、数据包查询次数、 数 据包匹配次数等 –针对每个数据流，统计接收到的数据包数、字节数、数据流持 续时间等 –针对每个设备端口，除统计接收到的数据包数、发送数据包数 、 接收字节 数、发送字节数等指标之外，还可以对各种错误发生的次数进行 统计 –针对每个队列，统计发送的数据包数和字节数，还有发送时的 溢出（Overrun）错误次数等