基于OpenFlow的SDN技术研究_左青云

软件学报 ISSN 1000-9825, CODEN RUXUEW Journal of Software,2013,24(5):1078 1097 [doi: 10.3724/SP.J.1001.2013.04390] ©中国科学院软件研究所版权所有.E-mail: jos@ Tel/Fax: +86-10-62562563基于 OpenFlow 的 SDN 技术研究左青云, 陈 鸣, 赵广松, 邢长友, 张国敏, 蒋培成(解放军理工大学 指挥信息系统学院,江苏 南京 通讯作者: 左青云, E-mail: zuoqy@ 210007)摘要:软件定义网络(software-defined networking,简称 SDN)技术分离了网络的控制平面和数据平面,为研发网络新应用和未来互联网技术提供了一种新的解决方案.综述了基于 OpenFlow 的 SDN 技术发展现状,首先总结了逻 辑控制和数据转发分离架构的研究背景,并介绍了其关键组件和研究进展,包括 OpenFlow 交换机、控制器和 SDN 技术,然后从 4 个方面分析了基于 OpenFlow 的 SDN 技术目前所面临的问题和解决思路.结合近年来的发展现状, 归纳了在校园网、数据中心以及面向网络管理和网络安全方面的应用,最后探讨了未来的研究趋势. 关键词: OpenFlow;未来互联网;控制器;虚拟化;软件定义网络 中图法分类号: TP393 文献标识码: A中文引用格式: 左青云,陈鸣,赵广松,邢长友,张国敏,蒋培成.基于 OpenFlow 的 SDN 技术研究.软件学报,2013,24(5):1078 1097. /1000-9825/4390.htm 英文引用格式: Zuo QY, Chen M, Zhao GS, Xing CY, Zhang GM, Jiang PC. Research on OpenFlow-based SDN technologies. Ruan Jian Xue Bao/Journal of Software, 2013,24(5):1078 1097 (in Chinese). /1000-9825/4390.htmResearch on OpenFlow-Based SDN TechnologiesZUO Qing-Yun, Cheng CHEN Ming, ZHAO Guang-Song, XING Chang-You, ZHANG Guo-Min, JIANG Pei-(College of Command Information Systems, PLA University of Science and Technology, Nanjing 210007, China) Corresponding author: ZUO Qing-Yun, E-mail: zuoqy@ Abstract: The control and data planes are decoupled in software-defined networking, which provide a new solution for research on newnetwork applications and future Internet technologies. The development status of OpenFlow-based SDN technologies is surveyed in this paper. The research background of decoupled architecture of network control and data transmission in OpenFlow network is summarized first, and the key components and research progress including OpenFlow switch, controller, and SDN technologies are introduced. Moreover, current problems and solutions of OpenFlow-based SDN technologies are analyzed in four aspects. Combined with the development status in recent years, the applications used in campus, data center, network management and network security are summarized. Finally, future research trends are discussed. Key words: OpenFlow; future Internet; controller; virtualization; software-defined networking (SDN)随着网络规模的急剧膨胀和应用类型的不断丰富,因特网作为社会基础设施至关重要的一部分,结构和功 能日趋复杂,管控能力日趋减弱.尤其作为网络核心的路由器,承载功能不断扩展,如分组过滤、 区分服务、 多播、 服务质量(QoS)、流量工程等,路由器最初定义的“哑的、简单的”数据转发单元已经变得臃肿不堪.从路由器当 前主要厂商的发展趋势来看,性能提升和功能扩展依然是其主要研发目标.而出于对自身技术和市场占有率的 基金项目: 国家重点基础研究发展计划(973)(2012CB315806); 国家自然科学基金(61070173, 61103225); 江苏省自然科学基 收稿时间: 2012-05-03; 修改时间: 2012-11-06, 2013-01-07; 定稿时间: 2013-02-05; jos 在线出版时间: 2013-03-29 CNKI 网络优先出版: 2013-03-29 15:19, /kcms/detail/11.2560.TP.20130329.1519.004.html金(BK2010133)

左青云 等:基于 OpenFlow 的 SDN 技术研究1079考虑,路由器只能通过命令行接口(command-line interface,简称 CLI)等方式对外开放少量功能,研究人员难以在 真实的网络中实验和部署新型网络体系结构和网络技术.当前网络中所大量部署的网络设备和网络协议也将 在相当长一段时间内延续现有的网络体系结构[1]. 为了解决现有 TCP/IP 体系结构面临的诸多难题,世界各国已经大规模开展未来互联网的研究,如美国的 GENI[2]、欧盟的 FIRE[3]、日本的 JGN2plus[4]和我国的 SOFIA[5]等.研究未来互联网体系结构首先考虑的是网 络核心设备路由器的重新设计和部署,允许用户自行定义路由器功能模块,实现适应未来互联网发展的新型协 议功能.目前,可编程虚拟化路由器已经受到广泛关注,而设计的开放性和可控性将决定其设计思想是否可以得 到长远的发展.OpenFlow[1]技术概念最早由斯坦福大学的 Nick McKeown 教授提出,是斯坦福大学 Clean Slate 计划资助的一个开放式协议标准,后成为 GENI 计划的子项目.OpenFlow 将控制功能从网络设备中分离出来,在 网络设备上维护流表(flow table)结构,数据分组按照流表进行转发,而流表的生成、维护、配置则由中央控制器 来管理.OpenFlow 的流表结构将网络处理层次扁平化,使得网络数据的处理满足细粒度的处理要求.在这种控 制转发分离架构下,网络的逻辑控制功能和高层策略可以通过中央控制器灵活地进行动态管理和配置,可在不 影响传统网络正常流量的情况下,在现有的网络中实现和部署新型网络架构. OpenFlow 最初是为校园网络研究人员设计其创新网络架构提供真实的实验平台,随后,McKeown 等研究 者开始推广 SDN 概念,并引起学术界和产业界的广泛关注.SDN 将网络配置平面从嵌入式结点中独立出来,以 开放软件模式的控制平面替代了传统基于系统嵌入的控制平面,由软件驱动的中央控制结点来自动化控制整 个网络.OpenFlow 初步实现了 SDN 的原型设计思想,推动了 SDN 技术的快速发展,简化了网络的配置模式,增加 了网络控制权的开放性,在某种程度上符合未来互联网的发展需求,也是目前 SDN 最通用的实现方式.基于 OpenFlow 的 SDN 技术通过软件平台来打造弹性化的可控互联网,在给网络的发展带来巨大冲击的同时,也为 未来互联网的发展提供了一种新的解决思路. 本文第 1 节介绍逻辑控制和数据转发分离架构的研究背景.第 2 节综述基于 OpenFlow 的 SDN 关键组件与 研究进展.第 3 节总结分析目前面临的问题和解决方案.第 4 节系统地给出当前的典型应用.第 5 节总结全文并 探讨未来的研究重点和发展趋势.1SDN 研究背景:逻辑控制和数据转发分离传统因特网把控制逻辑和数据转发紧耦合在网络设备上,导致网络控制平面管理的复杂化,也使得网络控制层面新技术的更新和发展很难直接部署在现有网络上,灵活性和扩展性很难适应网络的飞速发展.网络的控 制转发分离架构提出由专有设备来部署高层策略,网络设备在高层策略指导下进行数据转发,减少了网络设备 承载的诸多复杂功能,提高了网络新技术和新协议实现和部署的灵活性和可操作性.逻辑控制和数据转发分离 4D 的这种管控思想是 SDN 技术的研究基础,前期已经在学术界引起较大关注,典型工作包括 ForCES[6]、 [7]架构、 RCP[8]、SANE[9]和 Ethane[10]. IETF 的 ForCES(forwarding and control element separation)[6]基于 开 放 可 编 程 思 想 的 网 络 体 系 结 构 , 将 网 络 元 素 分 为 控 制 件 (control element,简称 CE)和转发件(forwarding element,简称 FE),用 ForCES 协 议来实现各 …… 此处隐藏：6148字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……