軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN專題技術(shù)報(bào)告-文檔資料

1、1Software Defined NetworkSDN2背景1SDN體系架構(gòu)2SDN特征3 3SDN關(guān)鍵技術(shù)4 4SDN應(yīng)用和未來方向53背景背景 傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（交換機(jī)、路由器）的固件是由設(shè)備制造商鎖定和控制，所以大家希望將網(wǎng)絡(luò)控制與物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞蛛x，從而擺脫硬件對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制。這樣企業(yè)便可以像升級(jí)、安裝軟件一樣對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行修改，滿足企業(yè)對(duì)整個(gè)網(wǎng)站架構(gòu)進(jìn)行調(diào)整、擴(kuò)容或升級(jí)。而底層的交換機(jī)、路由器等硬件則無需替換，節(jié)省大量的成本的同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)迭代周期將大大縮短。4什么是什么是SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network, SDN ），是由美國(guó)斯坦福大學(xué)clean

2、 slate研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，核心理念是，希望應(yīng)用軟件可以參與對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制管理，滿足上層業(yè)務(wù)需求，通過自動(dòng)化業(yè)務(wù)部署簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備緊耦合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)被分拆成應(yīng)用、控制、轉(zhuǎn)發(fā)三層分離的架構(gòu)?？刂乒δ鼙晦D(zhuǎn)移到了服務(wù)器，上層應(yīng)用、底層轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)施被抽象成多個(gè)邏輯實(shí)體。如果說現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是功能機(jī)，系統(tǒng)和硬件出廠時(shí)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(jī)上安裝、升級(jí)，同時(shí)還能安裝更多更強(qiáng)大的手機(jī) App（SDN 應(yīng)用層部署）。5應(yīng)用層控制層基礎(chǔ)設(shè)施層上層應(yīng)用SDN控制軟件網(wǎng)路服務(wù)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)設(shè)備APIAPIAPI控制數(shù)據(jù)平面

3、口（例如OpenFlow）SDN體系結(jié)構(gòu)體系結(jié)構(gòu)6網(wǎng)絡(luò)虛擬化網(wǎng)絡(luò)虛擬化可編程接口可編程接口SDNSDN控制轉(zhuǎn)發(fā)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離分離SDN特征特征7控制平面（CP）轉(zhuǎn)發(fā)平面（DP）CPCPDPDPCPDPCPDPCPDPCPDPCPCPDPDPCPCPDPDPCPDPCPDPCPDPCPDPCPCPDPDP 傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的CP與DP 不分離； 設(shè)備之間通過控制協(xié)議交互轉(zhuǎn)發(fā)信息； SDN 將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面集中上收到Controller; 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上只保留轉(zhuǎn)發(fā)平面（轉(zhuǎn)發(fā)表項(xiàng)）； 軟件可以實(shí)現(xiàn)靈活的控制面功能滿足用戶多元化需求 硬件成為簡(jiǎn)單啞資源，專注轉(zhuǎn)發(fā)；Controller1 控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離8被抽

4、象出的網(wǎng)絡(luò)物理網(wǎng)絡(luò)/FabricUnderlay網(wǎng)絡(luò) 通過Controller實(shí)現(xiàn)了對(duì)基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施的抽象； 應(yīng)用程序看到的是Controller提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)應(yīng)用程序的視角Controller2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化3 可編程接口SDN實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)方式SDN的核心技術(shù)：的核心技術(shù)：OpenFlowFlow Table：Flow Table 里面的每個(gè)條目都會(huì)與一個(gè)動(dòng)作相關(guān)聯(lián)，來告訴網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備來如何處理與這個(gè)條目相關(guān)聯(lián)的 data Flow；Secure Channel：用于連接網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備和遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)控制器，在控制器和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備之間互相發(fā)送命令和數(shù)據(jù)包；OpenFlow Protocol：提供一個(gè)開放

5、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的接口，使得控制器和網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備之間可以相互通信Sep, 2012OF 1.3.1 增強(qiáng)版本協(xié)商能力OF 1.3重構(gòu)了能力協(xié)商PBBIPv6擴(kuò)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(biāo)準(zhǔn)化組織的標(biāo)準(zhǔn)化組織Open Network Foundation，即開放式網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)。ONF是非盈利的組織機(jī)構(gòu)，致力于創(chuàng)新和發(fā)展新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，即軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）。-ONF成立一年

6、，有超過80家國(guó)內(nèi)外公司加入到ONF的商業(yè)化推廣和使用SDN技術(shù)的推廣。-國(guó)內(nèi)企業(yè)包括：華為、中興、騰訊、盛科、華三等。18OpenFlowv1.0之流表結(jié)構(gòu)之流表結(jié)構(gòu)流表是OpenFlow對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能的抽象表項(xiàng)包括了網(wǎng)絡(luò)中各個(gè)層次的網(wǎng)絡(luò)配置信息包頭域：用于對(duì)交換機(jī)接收到的數(shù)據(jù)包的包頭內(nèi)容進(jìn)行匹配計(jì)數(shù)器：用于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流量相關(guān)信息，可以針對(duì)交換機(jī)中的每張流表、每個(gè)數(shù)據(jù)流、每個(gè)設(shè)備端口、每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)隊(duì)列進(jìn)行維護(hù)動(dòng)作（action）：用于指示交換機(jī)在收到匹配數(shù)據(jù)包后如何對(duì)其進(jìn)行處理包頭域計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器動(dòng)作動(dòng)作 用于匹配交換機(jī)接收到的數(shù)據(jù)包的包頭內(nèi)容，用于匹配交換機(jī)接收到的數(shù)據(jù)包的包頭內(nèi)容，Op

7、enFlow 1.0包頭域包含包頭域包含12個(gè)元組（個(gè)元組（tuple） 涵蓋ISO網(wǎng)絡(luò)模型中第二至第四層的網(wǎng)絡(luò)配置信息 每一個(gè)元組中的數(shù)值可以是一個(gè)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(jí)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IngressPortEtherSourceEtherDesEtherTypeVLANIDVLANPriorityIPSourceIPDe

8、sIPProtoIP TOSbitsTCP/UDP SRC PortTCP/UDP SRC PortOpenFlow1.0之流表計(jì)數(shù)器之流表計(jì)數(shù)器針對(duì)交換機(jī)中的每張流表、每個(gè)數(shù)據(jù)流、每個(gè)設(shè)備端口、每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)隊(duì)列進(jìn)行維護(hù)，用于統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)流量的相關(guān)信息 針對(duì)每張流表，統(tǒng)計(jì)當(dāng)前活動(dòng)的表項(xiàng)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(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)流，統(tǒng)計(jì)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(shí)間等 針對(duì)每個(gè)設(shè)備端口，除統(tǒng)計(jì)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(biāo)之外，還可以對(duì)各種錯(cuò)誤發(fā)生的次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì) 針對(duì)每個(gè)隊(duì)列，統(tǒng)計(jì)發(fā)送的數(shù)據(jù)包數(shù)和字節(jié)數(shù)，還有發(fā)送時(shí)的溢出（Overrun）錯(cuò)誤次數(shù)等O

9、penFlow1.0之流表動(dòng)作列表之流表動(dòng)作列表動(dòng)作名稱說明轉(zhuǎn)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(jī)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(jī)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(zhuǎn)發(fā)（不包括入端口）修改域（Modify-Field） 設(shè)置VLAN ID、VLAN優(yōu)先級(jí)，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(hào)、目的端口號(hào)丟棄

10、（Drop） 交換機(jī)對(duì)沒有明確指明處理動(dòng)作的流表項(xiàng)，將會(huì)對(duì)與其所匹配的所有數(shù)據(jù)包進(jìn)行默認(rèn)的丟棄處理接收?qǐng)?bào)文包頭解析匹配表0實(shí)施動(dòng)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(shè)置VLAN ID和PCP設(shè)置IP源及目的地址設(shè)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(shè)定好的包頭域進(jìn)行查表Openflow1.0包頭解析過程包頭解析過程判斷是否設(shè)置輸入端口，以太網(wǎng)源地址，目的地址極

11、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FlowTable

12、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(jī)接收數(shù)據(jù)包）事件（交換機(jī)接收數(shù)據(jù)包）當(dāng)交換機(jī)收到一個(gè)數(shù)據(jù)包后，會(huì)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(jī)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(jī)會(huì)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(shí)數(shù)據(jù)包會(huì)被緩存在交換機(jī)中等待處理。情況1交換機(jī)流表所指示的action列表中包含轉(zhuǎn)發(fā)給控制器的動(dòng)作（ Output=CONTROLLER）。此時(shí)數(shù)據(jù)包不會(huì)被緩存在交換機(jī)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(jī)的流表信息ADDDELETEDELETE STRICTMODIFYMODIFY STRIC基于基于Openflow的的SDN通信