SDN技術(shù)原理介紹課件

背景1SDN體系架構(gòu)2SDN特征33SDN關(guān)鍵技術(shù)44SDN應(yīng)用和未來(lái)方向51課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！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(wú)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。2課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！什么是SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SoftwareDefinedNetwork,SDN），是由美國(guó)斯坦福大學(xué)cleanslate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(guò)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(shuō)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）。3課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！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)平面口（例如OpenFlow）SDN體系結(jié)構(gòu)4課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！網(wǎng)絡(luò)虛擬化可編程接口SDN控制轉(zhuǎn)發(fā)分離SDN特征5課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！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(guò)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)；ControllerHub工作原理：基于物理端口轉(zhuǎn)發(fā)策略：Flood

L2Switch工作原理：基于MAC地址表轉(zhuǎn)發(fā)

策略：STP+MAC地址學(xué)習(xí)

Router工作原理：基于路由表轉(zhuǎn)發(fā)策略：靜態(tài)路由+動(dòng)態(tài)路由協(xié)議

1

控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離6課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！被抽象出的網(wǎng)絡(luò)物理網(wǎng)絡(luò)/Fabric

Underlay網(wǎng)絡(luò)

通過(guò)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7課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！3

可編程接口8課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！SDN實(shí)現(xiàn)方式9課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！SDN的核心技術(shù)：OpenFlowFlowTable：FlowTable里面的每個(gè)條目都會(huì)與一個(gè)動(dòng)作相關(guān)聯(lián)，來(lái)告訴網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備來(lái)如何處理與這個(gè)條目相關(guān)聯(lián)的dataFlow；SecureChannel：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；OpenFlowProtocol：提供一個(gè)開放標(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

10課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！

Sep,

2012

OF

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,

2012

OF

1.2

IPv6Dec,

2011

OF

1.1多表MPLS、VLANgroupECMPFeb,

2011

OF

1.0功能：

單表

IPv4Dec,

2009OpenFlow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，有超過(guò)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。

1811課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！OpenFlowv1.0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)器動(dòng)作12課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！用于匹配交換機(jī)接收到的數(shù)據(jù)包的包頭內(nèi)容，OpenFlow1.0包頭域包含12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“ANYOpenFlow1.1及后續(xù)版本將“包頭域”更名為“匹配域

OpenFlowv1.0之包頭域

入端口源MAC地址目的MAC地址以太網(wǎng)類型VLANIDVLAN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IngressPortEtherSourceEtherDesEtherTypeVLANIDVLANPriorityIPSourceIPDesIPProtoIP

TOSbitsTCP/UDPSRC

PortTCP/UDPSRC

Port13課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！OpenFlow1.0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

14課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！OpenFlow1.0之流表動(dòng)作列表

動(dòng)作名稱說(shuō)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VLANID、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（Drop）交換機(jī)對(duì)沒(méi)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15課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！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(guò)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16課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！初始化包頭以太網(wǎng)類型=0X8100IP協(xié)議=6或17設(shè)置VLANID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(guò)程判斷是否設(shè)置輸入端口，以太網(wǎng)源地址，目的地址極其類型，并將其他所有置為017課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！Flow

Table

例子MAC

SRCMACDSTIPSRCIPDSTTCPDPortTCPSPortActionCount**192.168.1.0/254***Port1249**192.168.2.0/254***Port2229******Port3898MAC

SRCMACDSTIPSRCIPDSTTCPDPortTCPSPortActionCount**192.168.2.2192.168.3.580*Drop250**192.168.3.4192.138.5.480*Port3300******Controller9FlowTable定義路由FlowTable定義防火墻18課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！Openflow消息

Openflow消息總共分為三大類：

Controller‐to‐Switch

Features用來(lái)獲取交換機(jī)特性Configuration用來(lái)配置Openflow交換機(jī)Modify‐State用來(lái)修改交換機(jī)狀態(tài)(修改流表)Read‐Stats用來(lái)讀取交換機(jī)狀態(tài)Send‐Packet用來(lái)發(fā)送數(shù)據(jù)包AsynchronousPacket‐in用來(lái)告知控制器交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)包Flow‐Removed用來(lái)告知控制器交換機(jī)流表被刪除Port‐Status用來(lái)告知控制器交換機(jī)端口狀態(tài)更新Error用來(lái)告知控制器交換機(jī)發(fā)生錯(cuò)誤Symmetric

Hello用來(lái)建立Openflow連接

Echo用來(lái)確認(rèn)交換機(jī)與控制器之間的Vendor廠商自定義消息19課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！Packet‐in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(méi)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220課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！控制器配置流表（

Flow‐Mod消息）

Flow‐Mod消息用來(lái)添加、刪除、修改Openflow交換機(jī)的流表信息

ADDDELETEDELETE‐STRICTMODIFYMODIFY‐STRICFlow‐Mod21課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版！基于Openflow的SDN通信流程22課件部分內(nèi)容來(lái)源于網(wǎng)絡(luò)，如有異議侵權(quán)的話可以聯(lián)系刪除，可編輯版?、僦鳈C(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)包

②OF交換機(jī)流表無(wú)匹配項(xiàng)，通過(guò)PacketIn事件將數(shù)據(jù)包上報(bào)給控制器