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1、题目：软件定义网络（SDN）的国内外研究与发展现状一、 背景Software Defined Networking 是 Kate Greene创造的一个t在大约 2009 年提出 的。它是指网络的控制平面与实际的物理上的拓扑结构互相分离。这种分离可以使控制 平面用一种不同的方式实现，比如分布式的实现方式；另外，它还可以改变控制平面的 运行环境，比如不再运行在传统交换机上的那种低功耗CPULho所以SDN勺关键所在就是控制层与网络数据层是分离的，并不是传统的嵌入关系。 并且这种关系在物理实现上也是分离的，这意味着控制层与网络数据在不同的服务器与 路由器上操作。而连接两者的“协议”就是 OpenF
2、low, OpenFlow的要点就是相当于给 路由器安装一个小软件OpenFlow （后文详细论述），然后研究人员就可以很容易的改变 路由器的路由规则等等，从而改善网络质量。而且这是看似没有新意的主意最大的新意 就是大大开放了接口权限，所以面向众很广，门槛也比较低。近年来，伴随着云计算、大数据的迅速兴起，人们对数据业务的流量要求越来越大。 而相比于互联网日新月异，不断创新多变的应用层，网络层的发展却越来越跟不上步伐， 显得愈发死板不够兼容灵活。而网络层日益落伍的根源则是控制网络运行的软件都是内 嵌入路由器或是交换机中，并且交换器或是路由的软件操作标准又是不太一致的，所以 就造成了路由器/交换机
3、的复杂度大大提高，造成了很大的流量阻塞和资源浪费。所以 SDN的作用不是由嵌入到路由器和交换机内部的软件来控制网络流量，而是来自设备外 部的软件接手了这部分的工作。网络布局，或者说网络的形态分布，不再是植入在物理 端。它将对实时的系统需求非常灵活且可调节。如果SDN®行得当的话，这意味着一个运行在云端自身内部的应用程序可以接管引导网络流量的任务。或者说一个第三方云端管理应用程序将能够完成这项任务。这样可以简化许多工作，诸如跨服务器装载平衡设 备，以及自动地调节网络构造来适时给出最快最高效的数据路径。二、文献引述文献1主要重在介绍讨论了 SDNfe数据层、控制层以及应用层的一些关键技术
4、， 并从SDN的诞生背景引入，详细说明了 SDN的发展历程。在文献1中在SDNB层次结 构中，文章重点针对了其中的一致性、可用性以及容错性进行分析，并结合SDN勺一些热门特性探讨未来的发展之路和新的潜力点。文献2是一篇研究综述，主要阐述了 SDNfr的关键技术OpenFlow。并详细介绍了 基于OpenFlow平台的SDNW络结构中的一些关键实现点和热门方向。并探究了 SDN技 术在网络管理自动化、光网络传输与 IP承载的统一控制、无线网络的平滑切换、网络 虚拟化和QoS保证等方向的应用。并在SDN用的一些领域指出了尚待解决的问题和技 术难点。文献3全面的介ZS了基于OpenFlow平台的SD
5、NJJ术，并且大致讲解了其发展的现 状。SDNK术的核心思想就是简化网络运行流程，降低网络路由交换各方面的复杂度从 而达到减少网络运行负担的目标。而简化网络运行复杂度的最主要思路就是将控制层与 数据层分离操作，由第三方软件根据网络状况、用户需求进行实时调整规划，大大减少 了运行时效和成本。该文就从数据层与控制层分离的技术背景入手。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Open Flow交换机、控制器和SDN技术然后从4个方面分析了基于Open Flow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
6、安全方面的应用最后探讨了未来的研究趋势。三、文献分析SDN乍为简化网络规则流程的新热门技术，它的成熟与否与数据层和控制层能否有 效完美的分离息息相关。文献1中就主要介绍了数据层与控制层分离之后所展现的关 键热门技术。在SDNfr交换机将繁重的控制规则和策略都统统交给物理控制层，所以交 换机主要负责将控制器下达的命令实现。所以这就大大化简了繁重冗杂的转发流程。所 以数据层将任务分离之后就显得相对轻松，而其主要的技术问题就集中在路由器设计和转发规则算法优化这两个方面。交换机处于数据层当中，主要负责数据包的转发传送， 在交换机的设计当中，主要有硬件和软件转发两种方式。这两种方式各有利弊，硬件支 撑的
7、方式具有速度快、成本低和功耗小等优点。并且交换机CPU勺的处理速度比CPU处 理速度快两个数量级，比网络处理器（network processor,简称NP）快一个数量级。但是 硬件转发虽然效率高，但是相比于软件转发方式则显得不够灵活机动。所以如何设计出 极具有转发效率又具备转发规则灵活机动的交换机是现在的主要热门点。针对这两个方针，Bosshart等人针对数据平面转发提出了 RMT真型（如图1所示） 该模型实现了一个可重新配置的匹配表，它允许在流水线（pipeline）阶段支持任意宽度 和深度的流表，重新配置的数据层涉及4个方面：允许随意替换或增加域定义；允 许指定流表的数量、拓扑、宽度和深
8、度，仅仅受限于芯片的整体资源（如芯片内存大小等）; 允许创建新动作；可以随意将数据包放到不同的队列中，并指定发送端口。理削阶段I理软阶段"图1 RMT模型除了提出的RMT1型，还有另外一种能让使硬件相对实现灵活转发能力的技术：Flow Adapter。它主要运用了互联网分层处理问题的思想，将路由器的功能面也进行了分层 处理。该技术将交换机分为三层上层是可以实时匹配更新的软件层面，底层则是相对固 定的硬件处理中心，所以很容易就能猜到中层是连接两个业务层的纽带。中层将上层软 件层下达的转发规则和命令传输给底层硬件层执行，所以就兼顾了硬件转发效率高和软 件操作转发灵活的优势。在控制层主要的
9、依赖器件就是控制器，控制器在整个网络中面向用户和开发人员， 可以使用户能便捷迅速的管理网络和进行数据转发收集，保证了系统的安全性和性能的提升。文献1主要介绍了两种改进控制器的方法：一种是采用多线程的控制模式，另一种是通过增加分布式控制器数量，实现扁平式和层次式控制模式。然后介绍了主流接口 语言的研究发展，实现控制语言抽象。最后，深入分析了控制器的一致性、可用性和容错 性等特性。文献2和文献3的主要着重点是论述介绍了实现SDN（技术所要具备的主体技术 构成。谈到SDNft一定会提起OpenFlow技术，这个概念最早是由斯坦福大学 Clean Slate 研究组关于网络安全与管理的 Ethane项
10、目。OpenFlow协议现在已经发展成最主要的 SDNK据控制层协议。基于OpenFlow的交换机主要是有三部分组成：流表、安全信道以 及OpenFlow协议。涉及SDN®向接口的OpenFlow技术协议仍在不断完善中。因为基于 OpenFlow的网络具有可编程的特性，所以人们将 SDNT OpenFlow相结合。在SDN勺框 架中OpenFlow协议的主要作用是连接数据层与控制层。在 SDNlf架图（图2所示）中， 基础设施层、控制层与应用层的分工很明确，OpenFlow的南向接口作用也很清晰。中间 的控制层集中维护网络状态，并通过南向接口（控制和数据平面接口，如Open Flow
11、）获取 底层基础设施信息，同时为应用层提供可扩展的北向接口。目前,ONF仍在制定和完善南向接口 Open Flow协议，面向应用的可编程北向接口仍处在需求讨论阶段。应用层根据 网络不同的应用需求，调用控制层的北向接口，实现不同功能的应用程序。通过这种软件 模式，网络管理者能够通过动态的 SDN应用程序来配置、管理和优化底层的网络资源 ，从而实现灵活、可控的网络，这也是SDN开放性和可编程性最重要的体现图2 SDN框架同时文献2-3在预测SDN热门发展方向的同时也指出了一些尚未解决的技术或是 市场问题。文献3提出了几点基于OpenFlow协议的SDNg术问题，比如SDN专发平面 的设计问题、控制
12、平面的可扩展问题等等。这都是SDNft术需要完善和改进的技术难点。 四、文献评述文献1-3各有着重的介绍和论述一些与SDM目关的技术和问题。文献1从总的视 角介绍了 SDNg术的大致结构框图，从 SDN勺概念诞生的背景入手，再详细介绍了 SDN 的体系结构，从数据层、控制层和应用层一次展开综述介绍，并结合关键的结构层分析 其主要特性和性能指标。最后在原有基础上对 SDNK术进行评价和预测。所以该文献的 结构很清晰，有条不紊的向读者介绍 SDNft术从诞生到兴起的原因，并且在总的理论框 架上总结分类了 SDNft术的特点和结构。文献2-3的内容有不同程度的叠加，主要都是对 SDNK术中最为热门的
13、OpenFlow 协议进行介绍论述。将 OpenFlow协议的发展现状、与SDN的结合构架、以及存在的技 术难关都依次详细论述。同时在文献3中作者结合了大量的结构理论图，细化了OpenFlow协议小到与交换机大到结构层之间的联系与其发挥的作用，并且将SDNK术与 当今现实热门科技需求相结合介绍。五、结论从SDN既念被提出到成为当今最具热门白网络技术之一的这几年中，SDNK术得到了很多制造商和运营商的认可和推崇， SDN1网络运作简化的思想是当今庞杂的网络平 台所要共同认可的，SDNt数据层与控制层相分离并在最上层铺设应用，方便开发者和 用户自主实时的控制网络的转发规则。 这将大大减少网络系统的
14、复杂度和交换转发的负 担，使各个接口相兼容统一极大地方便了用户和管理者。不过SDNM术也面临了很多棘手的问题，需要社会各方的协调和努力。比如SDN&发展过程中的厂商锁定问题、网络投资占比过低、功能齐备性能堪忧等等一系列社会投 入以及技术问题。所以我们应当理性对待SDNJ术，在协调科研投入与开发的大局下不断推进SDN#术的全面发展。参考文献：1张朝昆,崔勇,唐着S ,吴建平.软件定义网络(SDN)研究进展J.软件学报，2015(1);1-152张顺淼，邹复民.软件定义网络研究综述J.计算机应用研究，2018(8);1-53左青云，陈鸣.基于OpenFlow的SDN技术研究J. 软件学报，2013(5);1-17