SDN技术原理介绍

背景1SDN体系架构2SDN特征33SDN关键技术44SDN应用和未来方向51精选2021版课件背景传统的网络设备（交换机、路由器）的固件是由设备制造商锁定和控制，所以大家希望将网络控制与物理网络拓扑分离，从而摆脱硬件对网络架构的限制。这样企业便可以像升级、安装软件一样对网络架构进行修改，满足企业对整个网站架构进行调整、扩容或升级。而底层的交换机、路由器等硬件则无需替换，节省大量的成本的同时，网络架构迭代周期将大大缩短。2精选2021版课件什么是SDN软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork,SDN），是由美国斯坦福大学cleanslate研究组提出的一种新型网络创新架构，核心理念是，希望应用软件可以参与对网络的控制管理，满足上层业务需求，通过自动化业务部署简化网络运维。传统网络设备紧耦合的网络架构被分拆成应用、控制、转发三层分离的架构。控制功能被转移到了服务器，上层应用、底层转发设施被抽象成多个逻辑实体。如果说现在的网络系统是功能机，系统和硬件出厂时就被捆绑在一起，那么SDN就是Android系统，可以在很多智能手机上安装、升级，同时还能安装更多更强大的手机App（SDN应用层部署）。3精选2021版课件应用层控制层基础设施层上层应用SDN控制软件网路服务网络设备网络设备网络设备网络设备网络设备APIAPIAPI控制数据平面口（例如OpenFlow）SDN体系结构4精选2021版课件网络虚拟化可编程接口SDN控制转发分离SDN特征5精选2021版课件控制平面（CP）转发平面（DP）CPCPDPDPCPDPCPDPCPDPCPDPCPCPDPDPCPCPDPDPCPDPCPDPCPDPCPDPCPCPDPDP

传统网络设备的CP与DP

不分离；

设备之间通过控制协议交互转发信息；

SDN

将网络设备的控制平面集中上收到Controller;

网络设备上只保留转发平面（转发表项）；

软件可以实现灵活的控制面功能满足用户多元化需求

硬件成为简单哑资源，专注转发；Controller1控制与转发分离6精选2021版课件被抽象出的网络物理网络/Fabric

Underlay网络

通过Controller实现了对基础网络设施的抽象；

应用程序看到的是Controller提供的网络服务

应用程序的视角

Controller2网络虚拟化7精选2021版课件3

可编程接口8精选2021版课件SDN实现方式9精选2021版课件SDN的核心技术：OpenFlowFlowTable：FlowTable里面的每个条目都会与一个动作相关联，来告诉网络交换设备来如何处理与这个条目相关联的dataFlow；SecureChannel：用于连接网络交换设备和远程网络控制器，在控制器和网络交换设备之间互相发送命令和数据包；OpenFlowProtocol：提供一个开放标准统一的接口，使得控制器和网络交换设备之间可以相互通信

10精选2021版课件

Sep,

2012

OF

1.3.1

增强版本协商能力

OF

1.3重构了能力协商PBBIPv6扩展头多ControllerPer

flow

meterApril,

2012

OF

1.2

IPv6Dec,

2011

OF

1.1多表MPLS、VLANgroupECMPFeb,

2011

OF

1.0功能：

单表

IPv4Dec,

2009OpenFlow的标准化组织Open

Network

Foundation，即开放式网络基金会。ONF是非盈利的组织机构，致力于创新和发展新型网络架构，即软件定义网络（SDN）。-ONF成立一年，有超过80家国内外公司加入到ONF的商业化推广和使用SDN技术的推广。-国内企业包括：华为、中兴、腾讯、盛科、华三等。

1811精选2021版课件OpenFlowv1.0之流表结构流表是OpenFlow对网络设备的数据转发功能的抽象

–表项包括了网络中各个层次的网络配置信息–包头域：用于对交换机接收到的数据包的包头内容进行匹配

–计数器：用于统计数据流量相关信息，可以针对交换机中的每张流表、每

个数据流、每个设备端口、每个转发队列进行维护

–动作（action）：用于指示交换机在收到匹配数据包后如何对其进行处理

包头域计数器动作12精选2021版课件用于匹配交换机接收到的数据包的包头内容，OpenFlow1.0包头域包含12个元组（tuple）

–涵盖ISO网络模型中第二至第四层的网络配置信息

–每一个元组中的数值可以是一个确定的值或者是“ANYOpenFlow1.1及后续版本将“包头域”更名为“匹配域

OpenFlowv1.0之包头域

入端口源MAC地址目的MAC地址以太网类型VLANIDVLAN优先级源IP地址目的IP地址IP协议IPTOS位TCP/UDP源端口TCP/UDP目的端口IngressPortEtherSourceEtherDesEtherTypeVLANIDVLANPriorityIPSourceIPDesIPProtoIPTOSbitsTCP/UDPSRCPortTCP/UDPSRCPort13精选2021版课件OpenFlow1.0之流表计数器

针对交换机中的每张流表、每个数据流、每个设备端口、每个转发队列进行维护，用于统计数据流量的相关信息

–针对每张流表，统计当前活动的表项数、数据包查询次数、数据包匹配次数等

–针对每个数据流，统计接收到的数据包数、字节数、数据流持续时间等

–针对每个设备端口，除统计接收到的数据包数、发送数据包数、接收字节

数、发送字节数等指标之外，还可以对各种错误发生的次数进行统计

–针对每个队列，统计发送的数据包数和字节数，还有发送时的溢出（Overrun）错误次数等

14精选2021版课件OpenFlow1.0之流表动作列表

动作名称说明转发（Forward）

ALL：将数据包从除入端口以外其他所有端口发出

CONTROLLER：将数据包发送给控制器

LOCAL：将数据包发送给交换机本地端口

TABLE：将数据包按照流表匹配条目处理

IN_PORT：将数据包从入端口发出

NORMAL：按照普通二层交换机流程处理数据包

FLOOD：将数据包从最小生成树使能端口转发（不包括入端口）

修改域（Modify-Field）设置VLANID、VLAN优先级，剥离VLAN头

修改源MAC地址、目的MAC地址

修改源IPv4地址、目的IPv4地址、ToS位

修改源端口号、目的端口号丢弃（Drop）交换机对没有明确指明处理动作的流表项，将会对与其所匹配的所有数据包进行默认的丢弃处理15精选2021版课件接收报文包头解析匹配表0实施动作匹配表n通过安全通道发送到控制器…..是否是否Openflow1.0数据包处理流程16精选2021版课件初始化包头以太网类型=0X8100IP协议=6或17设置VLANID和PCP设置IP源及目的地址设置IP源及目的地址协议和TOS位UDP/TCP源/目的端口作为四层信息ICMP类型和编码作为四层信息IP协议=1以太网类型=0X0806以太网类型=0X0800使用设定好的包头域进行查表Openflow1.0包头解析过程判断是否设置输入端口，以太网源地址，目的地址极其类型，并将其他所有置为017精选2021版课件Flow

Table

例子MACSRCMACDSTIPSRCIPDSTTCPDPortTCPSPortActionCount**192.168.1.0/254***Port1249**192.168.2.0/254***Port2229******Port3898MACSRCMACDSTIPSRCIPDSTTCPDPortTCPSPortActionCount**192.168.2.2192.168.3.580*Drop250**192.168.3.4192.138.5.480*Port3300******Controller9FlowTable定义路由FlowTable定义防火墙18精选2021版课件Openflow消息

Openflow消息总共分为三大类：

19精选2021版课件Packet‐in事件（交换机接收数据包）

当交换机收到一个数据包后，会查找流表，找出与数据包包头相匹配的条目。如果流表中有匹配条目，则交换机按照流表所指示的action列表处理数据包。如果流表中没有匹配条目，则交换机会将数据包封装在Packet‐in消息中发送给控制器处理。此时数据包会被缓存在交换机中等待处理。

情况1交换机流表所指示的action列表中包含转发给控制器的动作（Output=CONTROLLER）。此时数据包不会被缓存在交换机中。

情况220精选2021版课件控制器配置流表（

Flow‐Mod消息）

Flow‐Mod消息用来添加、删除、修改Openflow交换机的流表信息

ADDDELETEDELETE‐STRICTMODIFYMODIFY‐STRICFlow‐Mod21精选2021版课件基于Openflow的SDN通信流程22精选2021版课件①主机向网络发送数据包

②OF