本文將從SDN由來，架構和Openflow協議三方面進行闡述，閱讀完之後，應該對SDN有基本認識。

一、SDN由來

SDN（software defined Networking），即軟體定義網路。是當前SDX中的一種，其中X可代表安全，儲存，資料中心等等。採用軟體定義特別受網際網路公司的歡迎，是因為這種模式更能發揮他們在程式設計方面的優勢，就如SDN最初並不是由網路裝置廠商（思科，IBM等）提出來的，而是googel，facebook，yahoo等網際網路公司推動的，這些大型的網際網路巨頭因為資料量大，而且特定時間會出現巨大的併發流量（就如中國的雙11），網際網路公司的網路裝置一般是購買網路廠商的，這些裝置在出廠時就基本定型了，並沒有將程式設計魔力給與網際網路公司，後來網際網路公司發現很多時候，他們所購買的裝置並沒有發揮出最大作用，使用負載均衡可能並沒有達到均衡的效果，而是有些裝置跑的累趴，有些裝置卻接近開空車；有時候想做一點網路的變更也相當麻煩，自己一身程式設計本事，無奈被網路裝置束縛。終於有一天他們受夠了，在2011年初他們聯合起來成立了ONF（opennetworking foundation，開發網路基金會），並正式提出了軟體定義網路的概念。後來網路裝置廠商大佬們也感覺到了壓力，覺得這個新東西威力不少，於是思科，博通和IBM等幾位大佬成立了開源平臺專案OpenDayLight，旨在促進SDN技術交流和產業化開源機構，其實說白了還不是想保住自己的利益。所以說，這場網路新技術，是由網際網路公司發起的。

二、SDN架構

學過計算機網路的人都知道，OSI七層架構，這是現代網際網路通訊的基礎。而SDN提出的是三層架構，及應用層（業務層），控制層，轉發層。如圖1所示。

圖1  SDN基本架構

在這種架構上有兩個突出的特點，一個是控制平面和資料平面分離，一個是可程式設計性。數控分離可以更大程度的使轉發層裝置發揮資料轉發能力（和瘦AP一個道理）；而可程式設計可以使網路裝置成為變形金剛，一個裝置可以是交換機，可以是路由器，也可以變成防火牆或者閘道器，裝置功能由程式定義（這一點應該是網際網路公司最喜歡的）。

上面提到的是SDN基本的三層架構，ONF提出的在此基礎上提出了更加詳細的架構，如圖2所示

                    圖2  ONF 定義的SDN架構

從該架構中可以明顯的看出三層之間的關係，以SDN控制器為中心，向北提供北向API供使用者呼叫，使用者可以在應用層使用python，java，C等高階語言定義裝置功能；向南提供南向介面， openflow協議就執行在資料平面和控制平面之間，該協議的提出與應用是SDN思想發展的主要推動力之一，目前是ONF主流的南向協議，在下面一節會說明openflow是如何工作。在這裡順便提一下東西介面，東西介面主要是為了控制器的叢集。至此，應該形成以控制器為中心，南北東西的模型圖。這裡不經讓我想起了華為部署的oceanconnet開發平臺，也是這種南北架構。

 三、Openflow協議

Openflow協議於2006年誕生於斯坦福大學的一個資助專案，2008年由Nick McKeown教授發表的論文《OpenFlow:Enableing Innovationin Campus Networks》正式提出。我們已經知道，SDN核心思想為資料與控制分離，硬體與軟體解耦。openflow協議通過引入“流”的概念，控制器根據某次通訊中“流”的第一個資料分組的特徵，使用openflow協議提供的介面對資料平面裝置部署策略，也就是在交換機上部署流表，這些通訊的後續流量則按照相應流表在硬體上進行匹配，轉發，從而實現網路裝置在資料轉發平面的靈活變動，網路裝置的功能不再是一成不變。

上面已經講到，openflow控制器通過部署流表來指導資料平面流量的，在每一個交換機中，都用一張流表，流表中儲存了許多表項，每個表項都表徵一個流和對應的處理方法（動作表）資料進入交換機後先與流表中的表項進行匹配，匹配成功了，則執行相應動作，匹配不成功，則上交給控制器。

在openflow協議 1.0版本中，流表項主要由三部分組成，如圖3所示。

圖3 openflow協議 1.0版 流表項結構

其中分組頭域為資料分組匹配流表項時參考的依據，類似傳統交換機做二層轉發時匹配資料分組的MAC地址，或者路由器三層轉發時的IP地址。分組頭域裡面包含OSI 1層至4層的12個網路控制資訊，如源MAC，目的MAC，VLAN標籤，VLAN優先順序,源IP，TCP埠號等等，正是因為頭域裡面提供了豐富的標註，才使得控制器可以對流進行更加細粒度的控制。

計數器可以統計一些流的查詢次數，生存時間等。

動作表為相應流對應的動作，如轉發到本地網路棧，轉給控制器，丟棄等。

瞭解了流表項的結構，就可以理解資料從進入交換機後執行的動作，如圖4所示。

圖4 流表匹配流程

其中資料分組就是通過分組頭域的12個元組進行匹配的，之後根據匹配結果執行相應的動作。

當然隨著openflow協議的發展，流表項的內容也越來越豐富，如openflow 1.4版本中的流表項就增加了優先順序，指令集，Cookie等內容，這也是為什麼基於openflow協議的交換機可以時資訊流進行越來越精細的控制的原因。

以上就SDN的由來，架構和主流協議openflow做了簡單介紹，至此應該知道SDN的主要特點是數控分離和可程式設計，其架構分為一個集中式的控制平面和分散式的資料平面，控制器位於上層應用和下層裝置中間，通過將網路裝置的各種功能進行抽象，建立具體的操作模型併為北向使用者提供應用API，使用者專注的業務將由控制器和轉發裝置完成。

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