軟件定義網(wǎng)絡SDN專題技術報告（課堂PPT）

1、.1Software Defined NetworkSDN.2背景1SDN體系架構2SDN特征3 3SDN關鍵技術4 4SDN應用和未來方向5.3背景背景 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡設備（交換機、路由器）的固件是由設備制造商鎖定和控制，所以大家希望將網(wǎng)絡控制與物理網(wǎng)絡拓撲分離，從而擺脫硬件對網(wǎng)絡架構的限制。這樣企業(yè)便可以像升級、安裝軟件一樣對網(wǎng)絡架構進行修改，滿足企業(yè)對整個網(wǎng)站架構進行調整、擴容或升級。而底層的交換機、路由器等硬件則無需替換，節(jié)省大量的成本的同時，網(wǎng)絡架構迭代周期將大大縮短。.4什么是什么是SDN軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Network, SDN ），是由美國斯坦福大學c

2、lean slate研究組提出的一種新型網(wǎng)絡創(chuàng)新架構，核心理念是，希望應用軟件可以參與對網(wǎng)絡的控制管理，滿足上層業(yè)務需求，通過自動化業(yè)務部署簡化網(wǎng)絡運維。傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備緊耦合的網(wǎng)絡架構被分拆成應用、控制、轉發(fā)三層分離的架構?？刂乒δ鼙晦D移到了服務器，上層應用、底層轉發(fā)設施被抽象成多個邏輯實體。如果說現(xiàn)在的網(wǎng)絡系統(tǒng)是功能機，系統(tǒng)和硬件出廠時就被捆綁在一起，那么SDN 就是 Android系統(tǒng)，可以在很多智能手機上安裝、升級，同時還能安裝更多更強大的手機 App（SDN 應用層部署）。.5應用層控制層基礎設施層上層應用SDN控制軟件網(wǎng)路服務網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備網(wǎng)絡設備APIAPIAPI控

3、制數(shù)據(jù)平面口（例如OpenFlow）SDN體系結構體系結構.6網(wǎng)絡虛擬化網(wǎng)絡虛擬化可編程接口可編程接口SDNSDN控制轉發(fā)控制轉發(fā)分離分離SDN特征特征.7控制平面（CP）轉發(fā)平面（DP）CPCPDPDPCPDPCPDPCPDPCPDPCPCPDPDPCPCPDPDPCPDPCPDPCPDPCPDPCPCPDPDP 傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備的CP與DP 不分離； 設備之間通過控制協(xié)議交互轉發(fā)信息； SDN 將網(wǎng)絡設備的控制平面集中上收到Controller; 網(wǎng)絡設備上只保留轉發(fā)平面（轉發(fā)表項）； 軟件可以實現(xiàn)靈活的控制面功能滿足用戶多元化需求 硬件成為簡單啞資源，專注轉發(fā)；Controller1 控制與

4、轉發(fā)分離.8被抽象出的網(wǎng)絡物理網(wǎng)絡/FabricUnderlay網(wǎng)絡 通過Controller實現(xiàn)了對基礎網(wǎng)絡設施的抽象； 應用程序看到的是Controller提供的網(wǎng)絡服務應用程序的視角Controller2 網(wǎng)絡虛擬化3 可編程接口SDN實現(xiàn)方式實現(xiàn)方式SDN的核心技術：的核心技術：OpenFlowFlow Table：Flow Table 里面的每個條目都會與一個動作相關聯(lián)，來告訴網(wǎng)絡交換設備來如何處理與這個條目相關聯(lián)的 data Flow；Secure Channel：用于連接網(wǎng)絡交換設備和遠程網(wǎng)絡控制器，在控制器和網(wǎng)絡交換設備之間互相發(fā)送命令和數(shù)據(jù)包；OpenFlow Protoco

5、l：提供一個開放標準統(tǒng)一的接口，使得控制器和網(wǎng)絡交換設備之間可以相互通信Sep, 2012OF 1.3.1 增強版本協(xié)商能力OF 1.3重構了能力協(xié)商PBBIPv6擴展頭多ControllerPer flow meterApril, 2012OF 1.2 IPv6Dec, 2011OF 1.1多表MPLS、VLANgroupECMPFeb, 2011OF 1.0功能：功能： 單表 IPv4Dec, 2009OpenFlow的標準化組織的標準化組織Open Network Foundation，即開放式網(wǎng)絡基金會。ONF是非盈利的組織機構，致力于創(chuàng)新和發(fā)展新型網(wǎng)絡架構，即軟件定義網(wǎng)絡（SDN）。

6、-ONF成立一年，有超過80家國內外公司加入到ONF的商業(yè)化推廣和使用SDN技術的推廣。-國內企業(yè)包括：華為、中興、騰訊、盛科、華三等。18OpenFlowv1.0之流表結構之流表結構流表是OpenFlow對網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)轉發(fā)功能的抽象表項包括了網(wǎng)絡中各個層次的網(wǎng)絡配置信息包頭域：用于對交換機接收到的數(shù)據(jù)包的包頭內容進行匹配計數(shù)器：用于統(tǒng)計數(shù)據(jù)流量相關信息，可以針對交換機中的每張流表、每個數(shù)據(jù)流、每個設備端口、每個轉發(fā)隊列進行維護動作（action）：用于指示交換機在收到匹配數(shù)據(jù)包后如何對其進行處理包頭域計數(shù)器計數(shù)器動作動作 用于匹配交換機接收到的數(shù)據(jù)包的包頭內容，用于匹配交換機接收到的數(shù)據(jù)包

7、的包頭內容，OpenFlow 1.0包頭域包含包頭域包含12個元組（個元組（tuple） 涵蓋ISO網(wǎng)絡模型中第二至第四層的網(wǎng)絡配置信息 每一個元組中的數(shù)值可以是一個確定的值或者是“ANY OpenFlow 1.1及后續(xù)版本將及后續(xù)版本將“包頭域包頭域”更名為更名為“匹配域匹配域OpenFlowv1.0之包頭域之包頭域入端口源MAC地址地址目的MAC地址以太網(wǎng)類型VLAN IDVLAN優(yōu)先級源IP地址目的IP地址IP協(xié)議IPTOS位TCP/UDP源端口TCP/UDP目的端口IngressPortEtherSourceEtherDesEtherTypeVLANIDVLANPriorityIPSo

8、urceIPDesIPProtoIP TOSbitsTCP/UDP SRC PortTCP/UDP SRC PortOpenFlow1.0之流表計數(shù)器之流表計數(shù)器針對交換機中的每張流表、每個數(shù)據(jù)流、每個設備端口、每個轉發(fā)隊列進行維護，用于統(tǒng)計數(shù)據(jù)流量的相關信息 針對每張流表，統(tǒng)計當前活動的表項數(shù)、數(shù)據(jù)包查詢次數(shù)、數(shù) 據(jù)包匹配次數(shù)等 針對每個數(shù)據(jù)流，統(tǒng)計接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)、字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)流持 續(xù)時間等 針對每個設備端口，除統(tǒng)計接收到的數(shù)據(jù)包數(shù)、發(fā)送數(shù)據(jù)包數(shù)、 接收字節(jié)數(shù)、發(fā)送字節(jié)數(shù)等指標之外，還可以對各種錯誤發(fā)生的次數(shù)進行統(tǒng)計 針對每個隊列，統(tǒng)計發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)和字節(jié)數(shù)，還有發(fā)送時的溢出（Overru

9、n）錯誤次數(shù)等OpenFlow1.0之流表動作列表之流表動作列表動作名稱說明轉發(fā)（Forward） ALL：將數(shù)據(jù)包從除入端口以外其他所有端口發(fā)出 CONTROLLER：將數(shù)據(jù)包發(fā)送給控制器 LOCAL：將數(shù)據(jù)包發(fā)送給交換機本地端口 TABLE：將數(shù)據(jù)包按照流表匹配條目處理 IN_PORT：將數(shù)據(jù)包從入端口發(fā)出 NORMAL：按照普通二層交換機流程處理數(shù)據(jù)包 FLOOD：將數(shù)據(jù)包從最小生成樹使能端口轉發(fā)（不包括入端口）修改域（Modify-Field） 設置VLAN ID、VLAN優(yōu)先級，剝離VLAN頭修改源MAC地址、目的MAC地址修改源IPv4地址、目的IPv4地址、ToS位 修改源端口號

10、、目的端口號丟棄（Drop） 交換機對沒有明確指明處理動作的流表項，將會對與其所匹配的所有數(shù)據(jù)包進行默認的丟棄處理接收報文包頭解析匹配表0實施動作匹配表n通過安全通道發(fā)送到控制器.是否是否Openflow1.0數(shù)據(jù)包處理流程數(shù)據(jù)包處理流程初始化包頭以太網(wǎng)類型=0X8100IP協(xié)議=6或17設置VLAN ID和PCP設置IP源及目的地址設置IP源及目的地址協(xié)議和TOS位UDP/TCP源/目的端口作為四層信息ICMP類型和編碼作為四層信息IP協(xié)議=1以太網(wǎng)類型=0X0806以太網(wǎng)類型=0X0800使用設定好的包頭域進行查表Openflow1.0包頭解析過程包頭解析過程判斷是否設置輸入端口，以太網(wǎng)源

11、地址，目的地址極其類型，并將其他所有置為0Flow Table 例子例子MAC SRCMAC DSTIP SRCIP DSTTCP DPortTCP SPortActionCount*192.168.1.0/254*Port1249* 192.168.2.0/254*Port2229*Port3898MAC SRCMAC DSTIP SRCIP DSTTCP DPortTCP SPortActionCount*192.168.2.2192.168.3.580*Drop250* 192.168.3.4192.138.5.480*Port3300*Controller9FlowTable定義路由F

12、lowTable定義防火墻Openflow消息消息Openflow消息總共分為三大類：Packetin事件（交換機接收數(shù)據(jù)包）事件（交換機接收數(shù)據(jù)包）當交換機收到一個數(shù)據(jù)包后，會查找流表，找出與數(shù)據(jù)包包頭相匹配的條目。如果流表中有匹配條目，則交換機按照流表所指示的action列表處理數(shù)據(jù)包。如果流表中沒有匹配條目，則交換機會將數(shù)據(jù)包封裝在Packet in消息中發(fā)送給控制器處理。此時數(shù)據(jù)包會被緩存在交換機中等待處理。情況1交換機流表所指示的action列表中包含轉發(fā)給控制器的動作（ Output=CONTROLLER）。此時數(shù)據(jù)包不會被緩存在交換機中。情況2控制器配置流表（控制器配置流表（ FlowMod消息）消息） Flow-Mod消息用來添加、刪除、修改Openflow交換機的流表信息ADDDELETEDELETE STRICTMODIFYMODIFY STRIC基于基于Openflow的的SDN通