第9章软件定义网终
第9章 软件定义网络
《网络体系结构与协议》课程内容包含三大板块。一是网络组成及其 体系结构与协议的基本概念,二是泛在网络结构及其演进和应用,三是网 络管理和控制。 网络体系结构与协议 网络构成与运行 泛在网络结构及其演进、应用 网络管理与控制 网络/算//互 机//联 物联 车‖云 联计 资网路息工网能网算数 网信 络源络 软 服 组 成 业及由中业及源及技据边件拥务 中缘定塞质 构和体构网联体联体及心计义控量 与 结 互其物其术 结 应/系与络网系|网|系其网算网|制|控 务 结结 络 结构 络 制 用/结协 构//议 构构
《网络体系结构与协议》课程内容包含三大板块。一是网络组成及其 体系结构与协议的基本概念，二是泛在网络结构及其演进和应用，三是网 络管理和控制。 计 算 机 网 络 及 其 体 系 结 构 网络构成与运行 网络体系结构与协议 泛在网络结构及其演进、应用 网络管理与控制 互 联 网 路 由 结 构 与 协 议 信 息 中 心 网 络 工 业 互 联 网 云 计 算 技 术 及 其 结 构 数 据 中 心 网 络 软 件 定 义 网 络 拥 塞 控 制 服 务 质 量 控 制 网 络 组 成 与 结 构 网 络 资 源 、 业 务 和 应 用 边 缘 计 算 物 联 网 及 其 体 系 结 构 车 联 网 及 其 体 系 结 构 能 源 物 联 网
目录 91软件定义网络的起源和发展 92软件定义网络体系结构 9.3 Open flow协议 94软件定义网络标准现状和开源项目 9.5软件定义网络应用
目录 9.1 软件定义网络的起源和发展 9.2 软件定义网络体系结构 9.3 Open Flow协议 9.4 软件定义网络标准现状和开源项目 9.5 软件定义网络应用
9.1软件定义网络的起源和发展 本节主要内容: 软件定义网络的起源、软件定义网络的发展
9.1 软件定义网络的起源和发展 本节主要内容： 软件定义网络的起源、软件定义网络的发展
9.1.1软件定义网络的起源 伴随着物联网、云计算等新技术的发展以及智能手机的普及,互联网以 强劲发展势头渗透至人们的学习、工作和生活等各个领域,其上所承载 的业务类型也日益丰富,涵盖了社交网络、电子商务、企业信息化系统 等多种不同特征的业务。 ■在这种网络环境下,网络用户的急剧增加、差异化的网络业务需求、用 户个性化的服务质量需求等都使得现有的网络架构难堪重负,以I为核 心的网络架构的局限性逐渐凸显出来。 ■例如:日益突出的网络信息窃取问题,恶意攻击、密码泄露、病毒、木 马每年都会造成上亿美元的损失;网络地址消耗殆尽;臃肿不堪的网络 路由无法满足云业务对网络的快速响应需求等,尽管如此,针对网络中 存在的问题,网络工程师们做了大量的改进和创新工作,提出了一系列 方案来解决网络中遇到的问题,如 IPSEc、MPLS、IPv6等
9.1.1 软件定义网络的起源 ◼ 伴随着物联网、云计算等新技术的发展以及智能手机的普及，互联网以 强劲发展势头渗透至人们的学习、工作和生活等各个领域，其上所承载 的业务类型也日益丰富，涵盖了社交网络、电子商务、企业信息化系统 等多种不同特征的业务。 ◼ 在这种网络环境下，网络用户的急剧增加、差异化的网络业务需求、用 户个性化的服务质量需求等都使得现有的网络架构难堪重负，以IP为核 心的网络架构的局限性逐渐凸显出来。 ◼ 例如：日益突出的网络信息窃取问题，恶意攻击、密码泄露、病毒、木 马每年都会造成上亿美元的损失；网络地址消耗殆尽；臃肿不堪的网络 路由无法满足云业务对网络的快速响应需求等，尽管如此，针对网络中 存在的问题，网络工程师们做了大量的改进和创新工作，提出了一系列 方案来解决网络中遇到的问题，如IPSec、MPLS、IPv6等
■这种“补丁式”的措施虽然奇迹般地让网络在各种不同的应用上工作到 了今天,但是,这种模式下发展起来的互联网已经成为一个规模臃肿 结构繁杂、QoS不可靠的系统,进一步加剧了网络数据层和网络控制层 的压力,使得网络控制层愈加复杂,难以适应目前网络业务的发展。 为了适应今后互联网业务的需求,业内也形成了“现在是创新思考互联 网基本体系结构,采用新的设计理念的时候了”的主流意见,并对未来 网络体系架构应具备的性质和功能提出了要求 ■首先,未来网络的体系架构应提供多视角的网络操作要求,用户、网络 服务提供商、网络设备制造商等都可以对网络的某些功能进行管理和控 制。其次,未来网络应提供信息共享、迅速感知网络状态的功能,保证 各个网络主体能快速地调整网络服务策略。软件定义网络的兴起为未来 网络的发展提供了方向
◼ 这种“补丁式”的措施虽然奇迹般地让网络在各种不同的应用上工作到 了今天，但是，这种模式下发展起来的互联网已经成为一个规模臃肿、 结构繁杂、QoS不可靠的系统，进一步加剧了网络数据层和网络控制层 的压力，使得网络控制层愈加复杂，难以适应目前网络业务的发展。 ◼ 为了适应今后互联网业务的需求，业内也形成了“现在是创新思考互联 网基本体系结构，采用新的设计理念的时候了”的主流意见，并对未来 网络体系架构应具备的性质和功能提出了要求。 ◼ 首先，未来网络的体系架构应提供多视角的网络操作要求，用户、网络 服务提供商、网络设备制造商等都可以对网络的某些功能进行管理和控 制。其次，未来网络应提供信息共享、迅速感知网络状态的功能，保证 各个网络主体能快速地调整网络服务策略。软件定义网络的兴起为未来 网络的发展提供了方向
■经过多年发展,以TCPP为核心的网络架构中存在着越来越多的问 题。大家一致认为传统的修修补补方式并不能从根本上解决网络问 题。为此,业界提出了重新设计网络架构以解决网络问题的方式, 学术界形象地称之为“ Clean slate”方案,可以尽可能地考虑当前 的各种需求及未来可能的需求 ■比较有代表性的有:美国的FIND( future Internet network design, 未来互联网网络设计)和GENI( global environment for network innovations,全球网络创新环境)、中国的CNGI( China next generation Internet,中国下一代互联网)、欧盟的FIRE( future Internet research and experimentation)以及日本国家信息通信技术所 (NICT)资助的AKAR项目及对应的下一代试验床JGN2+
◼ 经过多年发展，以TCP/IP为核心的网络架构中存在着越来越多的问 题。大家一致认为传统的修修补补方式并不能从根本上解决网络问 题。为此，业界提出了重新设计网络架构以解决网络问题的方式， 学术界形象地称之为“Clean Slate”方案，可以尽可能地考虑当前 的各种需求及未来可能的需求。 ◼ 比较有代表性的有：美国的FIND（future Internet network design， 未来互联网网络设计）和GENI（global environment for network innovations，全球网络创新环境）、中国的CNGI（China next generation Internet，中国下一代互联网）、欧盟的FIRE（future Internet research and experimentation）以及日本国家信息通信技术所 （NICT）资助的AKARI项目及对应的下一代试验床JGN2+
在学术界,以斯坦福大学为主导,联合美国国家自然科学基金会( NSF, national science foundation)以及包括工业界合作伙伴,共同启 动了 Clean slate( Clean- Slate design for the Internet)项目。在此项目 中, Martin casado博士领导了一个关于网络安全与管理的子项目 Ethane。 ■该项目试图通过一个集中式的控制器,以方便网络管理员自主定义 基于网络流的安全控制策略,并把这些安全策略应用到各种网络设 备中,从而实现对整个网络通信的安全控制
◼ 在学术界，以斯坦福大学为主导，联合美国国家自然科学基金会（ NSF，national science foundation）以及包括工业界合作伙伴，共同启 动了Clean Slate（Clean-Slate design for the Internet）项目。在此项目 中，Martin Casado博士领导了一个关于网络安全与管理的子项目 Ethane。 ◼ 该项目试图通过一个集中式的控制器，以方便网络管理员自主定义 基于网络流的安全控制策略，并把这些安全策略应用到各种网络设 备中，从而实现对整个网络通信的安全控制
受此项目的启发, Martin和他当时的导师 Nick MeKeown教授发现,如 果将 Ethane的设计更一般化,将传统网络设备的数据转发( data plane) 和路由控制( control plane)两个功能模块相分离,通过集中式的控制 器以标准化的接口对各种网络设备进行管理和配置,那么这将为网络资 源的设计、管理和使用提供更多的可能性,从而更容易推动网络的革新 和发展 于是,他们便提出了 Open Flow的概念,并于2008年在 ACM SIGCOMM 上发表名为《 Open Flow: Enabling Innovation in Campus Networks》的论 文。在这篇论文中,首次详细介绍了 Open Flowl的概念,并列举了校园 实验性通信网络协议支持、网络隔离、网络管理和访问控制等 Open Flow的六大应用场景。至此,奠定了软件定义网络(SDN Software defined Network)的雏形
◼ 受此项目的启发，Martin和他当时的导师Nick MeKeown教授发现，如 果将Ethane的设计更一般化，将传统网络设备的数据转发（data plane） 和路由控制（control plane）两个功能模块相分离，通过集中式的控制 器以标准化的接口对各种网络设备进行管理和配置，那么这将为网络资 源的设计、管理和使用提供更多的可能性，从而更容易推动网络的革新 和发展。 ◼ 于是，他们便提出了OpenFlow的概念，并于2008年在ACM SIGCOMM 上发表名为《OpenFlow：Enabling lnnovation in Campus Networks》的论 文。在这篇论文中，首次详细介绍了OpenFlow的概念，并列举了校园 实验性通信网络协议支持、网络隔离、网络管理和访问控制等 OpenFlow的六大应用场景。至此，奠定了软件定义网络（SDN， Software Defined Network）的雏形
91.2软件定义网络的发展 在目前的互联网框架下,互联网的发展已经快要接近极致。如何 提高互联网的传输效率、如何更方便的管理网络已经刻不容缓。 人们也渐渐开始把眼光瞄向传统网络框架之外,即重新定义一种 网络框架来实现高效的网络传输和控制,软件定义网络在这种背 景下应运而生 SDN首创者之一 Martin casado当时是斯坦福大学的研究生,其导 师是著名的 Nick McKeown教授,两人在创造推动SDN发展上有着 巨大贡献, Martin Casado还被称为SDN之父
◼ 在目前的互联网框架下，互联网的发展已经快要接近极致。如何 提高互联网的传输效率、如何更方便的管理网络已经刻不容缓。 人们也渐渐开始把眼光瞄向传统网络框架之外，即重新定义一种 网络框架来实现高效的网络传输和控制，软件定义网络在这种背 景下应运而生。 ◼ SDN首创者之一Martin Casado当时是斯坦福大学的研究生，其导 师是著名的Nick McKeown教授，两人在创造推动SDN发展上有着 巨大贡献，Martin Casado还被称为SDN之父。 9.1.2 软件定义网络的发展