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1、宽带通信网宽带通信网SDNSDN 技术学习报告技术学习报告学院：学院：学号：学号：姓名：姓名：北京邮电大学北京邮电大学SDNSDN 技术学习报告技术学习报告摘要：摘要：本文介绍了 SDN 的定义、典型架构以及 SDN 与 NFV 的关系，并简要介绍了 SDN 的应用现状和最新进展；最后提出了 SDN 带来的安全、管理、组织问题，以便在 SDN 短期内的实现中有效地解决应用中存在的问题。关键字：关键字：SDN 介绍，应用现状，存在的问题引言：引言：本次学习中，我看的文献是 The 2015 Guide to SDN and NFV 的第一部分，重点讲述 SDN。文章首先介绍了 SDN 的定义描述
2、、典型架构、服务链以及 SDN与NFV的关系等；之后列举出一些SDN的应用案例，如在数据中心、广域网（WAN）、校园中的应用；最后提出了一些 SDN 发展同时所面临的问题，如安全、管理、组织问题。此外还参考了 SDNLAB 网站的部分内容和观点。一、一、SDNSDN 介绍介绍1 1、SDNSDN 定义定义SDN（Software Defined Network），即软件定义网络。SDN 是一种新型的网络创新架构，是网络虚拟化（network virtualization）的一种实现方式。开放网络组织（ONF，Open Network Foundation）是一家非盈利的组织机构，成立于 201
3、1 年。ONF 致力于 SDN 的发展和标准化，是当前业界最活跃、规模最大的 SDN 标准组织。据调查表明，在过去的一年中了解 SDN 的人数量显著上升，SDN 架构具有可直接编程且反应敏捷、便于集中管理、可编程配置，并基于开放标准等特点。SDN 的一个重要应用是工程流量控制，编者将 SDN 比喻为车辆对其进行内容进行了简要描述。在交通中，交通信号灯为帮助车辆避免交通拥挤起到了积极作用，并对交通起到了调节作用，给予能够容纳较大车流量的道路优先权、分散车流量，以达到缓解交通拥挤的目的。从而使车辆选择更便捷的路径，在路上耗费更短的时间。在计算机网络中，一个数据包就类似于上面提到的一辆车。一方面，因
4、为它们都有起点和终点；另一方面，数据包从起点到终点的路上对路径进行选择的过程，类似于车辆根据信号灯对行驶道路进行选择的过程。然而，SDN 在交通控制工程中的应用并不是像上面的比喻描述的那样，而是更类似 Google 提出的无人驾驶汽车（Driverless Car），无人驾驶汽车能够连接到中央控制点，这个中央控制点对当前的交通情况有全面深入到掌握，基于这些对无人驾驶汽车进行指挥，使其与普通汽车保持一定的距离。但控制无人驾驶汽车与普通汽车暴力间距几英寸，还较难以实现。以上提到的中央控制点、无人驾驶汽车和交通工程控制车距仅有几英寸的实现还有些遥远。但是，Google 已将 SDN 应用到广域网。传
5、统的广域网利用率一般在 60-65%，而应用 SDN 的广域网将利用率提高至 95%，同时每月的花费减半。2 2、SDNSDN 的典型架构的典型架构图（1）为 ONF 提出的 SDN 的典型架构，共分为三层，最上层为应用层，包括各种不同的业务和应用；中间的控制层主要负责处理数据平面资源的编排，维护网络拓扑、状态信息等；最下层的基础设施层负责数据处理、转发和状态收集。除了上述三个层次之外，控制层与基础设施层之间的接口和应用层与控制层之间的接口也是 SDN 架构中的两个重要组成部分。按照接口与控制层的位置关系，前者通常被称作南向接口，后者则被称作北向接口（NBI）。其中，ONF 在南向接口上定义了
6、开放的 OpenFlow 标准，而在北向接口上还没有做统一要求。因此，ONF SDN 架构更多的是从网络资源用户的角度出发，希望通过对网络的抽象推动更快速的业务创新。图（1）SDN 典型架构3 3、SDNSDN 实现方案实现方案网络虚拟化不是一个新的话题。多年来，IT 领域实现了多种形式的网络虚拟化，例如 VLAN、VPN、VRF 等，但这与 SDN 所指的“网络虚拟化”有所不同。SDN 中的“网络虚拟化”指的是逻辑创新、虚拟网络等应用，通过铺设网络硬件来保证网络能够更好地融入并支撑虚拟环境。关于网络虚拟化与 SDN 的“网络虚拟化”的认识如今已经达成一致，即 SDN 的一个重要应用是实现网络
7、虚拟化。从 SDN 提出以来，各种类型的厂商结合自身优势提出了很多类型的实现方案，总体可分为三类：基于专用接口的方案、基于叠加网络的方案和基于开放协议OpenFlow 的方案。对不同的 SDN 实现方案而言，又有着不同的架构和技术。文献中对基于叠加网络的方案给出了两种方法：基于Overlay 和 Underlay 模型。该类方案的主要思想可被归纳为解耦、独立、控制三个方面。基于开放协议的方案是目前的主流方案，OpenFlow 通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。4 4、OpenDaylightOpenDaylight 开源
8、项目开源项目2013 年 4 月 OpenDaylight 开源项目推出，其参与者主要来自设备厂商，其中包括传统 IT 软硬件设备巨头、新兴网络设备厂商，以及新兴 IT 软件厂商。这充分证明了 SDN 领域为业界带来了更多的机会，使得更多的参与者能够加入到 SDN的研发和创新中。OpenDaylight 开源项目与 Linux 基金会合作，其目标是成为 SDN 架构中的核心组件，使用户能减少网络运营的复杂度，扩展其现有网络架构中硬件的生命期，同时还能够支持 SDN 新业务和新能力的创新。OpenDaylight 开源项目的架构如图（2）所示。图（2）OpenDaylight项目的架构5 5、S
9、DNSDN 与与 NFVNFV 的联系的联系SDN 与 NFV（网络功能虚拟化）既有联系，又有区别。SDN 和 NFV 有很强的互补性，但并不相互依赖，NFV 可以不依赖于 SDN 部署。但两者的概念和解决方案可以进行融合，并能形成潜在的、更大的价值。NFV 的目标可以不依赖 SDN 的机制，而是基于目前应用在大量数据中心内的现有技术而实现。但是，若能逐渐接近 SDN 所提出的将控制平面和数据平面分离开的思路，就可以进一步增强现有的部署性能，简化互操作性，减轻运营和维护流程的负担。NFV 为 SDN 软件的运行提供基础架构的支持，未来 NFV 可以和 SDN 的目标紧密联系在一起使用商业性服务
10、器和交换机。下面将二者的对比用下面图（3）来表示。图（3）SDN 与 NFV 的比较二、二、SDNSDN 应用现状应用现状关于 SDN 的应用及未来，不仅仅是光明一片。面对 SDN 带来的机遇与挑战，有部分人支持，也有部分人持反对意见。上述内容都在文章中用表格的形式清晰的表示出来，简洁明了，不做赘述。文章中详细介绍了SDN的部署计划以及目前SDN在数据中心、WAN（广域网）以及校园中的应用。我在学习中更多的关注了其应用，并参考了SDNLAB 网站中的一些观点。SDN应用的第一步肯定是从数据中心开始，第二步是渗入移动交换网络中。1 1、数据中心、数据中心、WANWAN 及校园中及校园中 SDNS
11、DN 的应用的应用（1）SDN 应用于数据中心，会极大程度地改变目前网络的架构。SDN 应用实现产品的虚拟化、网络扁平化、产品硬件成本数量级下降、软件维护成本下降等。具体而言，SDN 带来的价值包括：第一，网络更简单化。网络不再像原来那样很多层，将更加扁平化。同时，这种简单化还体现在可以用软件来控制网络。第二，更快速。这个快速不是指传输速度快，而是可以快速根据业务需求来重新部署网络。第三，更灵活。网络可以灵活地从一个机柜的规模扩容到数据中心网络的规模。第四，更开放。基于OpenFlow 的 SDN 协议是开放的，利用这个开放的协议，控制器和交换机可以分别来发展，也可以多厂家的支持，这样采购设备
12、也节省了投资。（2）Google 选择使用 SDN 来改造数据中心之间互联的 WAN 网（即 G-scaleNetwork），因为这个网络相对简单，设备类型以及功能比较单一，而且 WAN 网链路成本高昂（比如很多海底光缆），所以对 WAN 网的改造无论建设成本、运营成本收益都非常显著。他们把这个网络称为 B4 网络。Google 的 B4 网络在搭建上投入大、周期长，最后的验证效果也很好，是为数不多的大型 SDN 商用案例，而且非常成功，是充分利用了 SDN 优点（特别是OpenFlow 协议）的案例。（3）SDN 应用在校园场景，有多重方面的应用，例如交通工程、统一有线和无线网络、通过网络实
13、现 QoS 管理、个人搜索服务器和基于角色访问。目前北邮已经开始尝试 SDN 在校园应用的研究尝试。2 2、SDNSDN 应用的最新进展应用的最新进展（1）2015 年 11 月 13 日，中国电信浙江公司为解决业务云资源池中网络资源管理遇到的困境，试点引入 VxLAN 技术，以此为基础构建与物理网络松耦合的网络虚拟化资源池，进一步探索私有云网络资源开放的可行性。（2）2015 年 11 月 11 日，为了构建适应未来业务发展的云计算网络，美团与华为在 SDN 领域展开战略合作，携手共建面向云数据中心的 SDN 商用网络。只在实现：SDN 实现租户网络自动化，加速美团云业务部署；硬件 VXLA
14、N 构建多租户网络，服务器性能提升 2 倍；端到端业务路径可视，实现租户网络精细化运维。事实上，随着网络通信技术和计算机技术的发展，互联网+、三网融合、云计算服务等新兴产业对互联网在可扩展性、安全性、可控可管等方面需求激增，现有网络构架已不能更好支撑未来网络发展。而 SDN/NFV 作为一种新型的网络架构，其倡导的软件化和虚拟化，能全面突破现有网络困境，目前已成为未来网络演进发展的重要趋势和特征，相关技术及协议将被用来构成未来网络基础设施。可以说，SDN/NFV 意味着未来网络的发展趋势。三、三、操作影响操作影响在国内外众多公司厂商都在热火朝天地研究及应用 SDN 的同时，也面临着SDN 带来
15、的挑战。SDN 的未来不仅仅是光明一片，也带来了一定的影响，如安全隐患、云编排、管理问题、组织影响等。下面根据查询的资料，简要说一下SDN的安全问题和管理问题。SDN 交换机和云计算技术一样，同样面临着安全问题。尤其是 SDN 控制器的安全，它允许来自各个系统的控制平面得到集中管理，但对于安全人员而言，这就需要不惜一切代价来保护 SDN 控制器的安全。SDN 要实现完全安全管理仍有很长的路要走。SDN 交换机的出现只是解决了 SDN 产品有无的问题，SDN 技术本身仍有很多方面需要完善。SDN 的实现也会带来管理问题。许多人认为，如果从网络规划和运营中去除容易出错的人的因素，问题就不会发生。但
16、人并不导致许多故障和性能问题。而SDN 仍然容易出现链路或节点故障，软件错误，和不可预见的协议交互等问题。此外，SDN 还呈现出全新的挑战。仲裁网络资源的竞争性请求将是至关重要的。你将需要验证路径设置正确，并进行持续监控。当前 SDN 拓扑结构的可视化非常重要，这样你就可以了解程序变化的影响。主要的挑战是如何能够迁移今天的管理实践到自动化领域。我们必须了解应用程序对 SDN 资源的请求将对性能产生什么样的影响。SDN 需要复制传统功能如容量规划，监控，故障排除，安全性，以及其他的关键管理能力。这就需要开发全新的方法，强大的网络管理技术来管理网络。参考文献：参考文献：1The 2015 Guide to SDN and NFV,Part12雷葆华，王峰，王茜，王和宇等.SDN 核心技术剖析和实战指南.电子工业出版社，2013 年第 1 版3SDNLAB 网站结语：结语：非常感谢老师创造了这次学习机会，使得我对 SDN 技术有了一定了解；感谢本次学习活动中，组长的辛勤组织、查找文献并对整组的学习内容进行分配总结。最后，由于初次接触 SDN 概念及其相关知识，再加上时间仓促，报告中内容有一些纰漏，还望老师多多包涵。非常感谢！