SDN數(shù)據(jù)層和控制層關(guān)鍵技術(shù)研究

鐘文清++陳凱渝++王祖仙++董裕藝

【摘 要】為了對SDN數(shù)據(jù)層和控制層關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，首先，闡述了SDN的概念及其體系結(jié)構(gòu)；其次，在分析交換機(jī)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)、和控制器性能設(shè)計(jì)面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，提出數(shù)據(jù)層和控制層的關(guān)鍵技術(shù)；最后，面向大學(xué)信息服務(wù)多樣化業(yè)務(wù)需求，提出一個基于SDN應(yīng)用的部署案例，證明該方案能夠有效地提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率、增強(qiáng)業(yè)務(wù)部署效率、滿足用戶業(yè)務(wù)差異化需求。

【關(guān)鍵詞】5G SDN NFV

1 引言

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)具有協(xié)議固化、結(jié)構(gòu)封閉的缺點(diǎn)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)大，路由器負(fù)荷增加、工作效率變低，網(wǎng)絡(luò)性能優(yōu)化難度不斷加大。同時，通過手動對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行配置的方式，出錯率高，運(yùn)行維護(hù)成本高。此外，固化的業(yè)務(wù)管理模式限制了萬物互聯(lián)時代多樣化服務(wù)的定制與擴(kuò)展，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)面臨的問題已經(jīng)難以通過對現(xiàn)有協(xié)議及模式的簡單優(yōu)化得到有效解決。第5代移動通信系統(tǒng)將采用SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已成為業(yè)界共識。SDN通過將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的數(shù)據(jù)層與控制層進(jìn)行分離，提供一個開放的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，有效地提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率、增強(qiáng)業(yè)務(wù)部署效率、滿足用戶業(yè)務(wù)差異化需求。本文首先闡述SDN概念、體系結(jié)構(gòu)，以及給運(yùn)營商帶來的機(jī)遇，進(jìn)而圍繞數(shù)據(jù)層和控制層關(guān)鍵技術(shù)展開研究。具體地，在分析數(shù)據(jù)層交換機(jī)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)，控制層控制器設(shè)計(jì)、控制層特性設(shè)計(jì)所面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的解決方法。最后，面向大學(xué)數(shù)據(jù)中心多樣化業(yè)務(wù)需求，提出一個基于SDN架構(gòu)的部署方案，證明了SDN方案所具有的技術(shù)優(yōu)勢。

2 SDN及其體系結(jié)構(gòu)

可編程網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)工作提供了SDN發(fā)展的前期理論基礎(chǔ)[1]。主動網(wǎng)絡(luò)[2]使得用戶可以基于編程的方式動態(tài)地對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，方便了對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行運(yùn)維管理網(wǎng)，但是因?yàn)橄到y(tǒng)兼容性差等問題，并未獲得在產(chǎn)業(yè)界的實(shí)際部署。4D網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[3]從數(shù)據(jù)平面分離出可編程的控制平面，使控制邏輯中心化、自動化，其思想進(jìn)一步推動了SDN控制器的產(chǎn)生。2006年，斯坦福大學(xué)正式提出SDN的概念[4]：SDN通過集中控制的體系結(jié)構(gòu)，在不對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)行為進(jìn)行改變的基礎(chǔ)上，對包括路由器、交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)和邏輯控制功能進(jìn)行分離，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)層與控制層的解耦。

SDN架構(gòu)[5]最先由開放網(wǎng)絡(luò)基金會提出，并已經(jīng)得到學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的普遍認(rèn)可。除此之外，針對電信運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，ETSI（European Telecommunications Standards Institute，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）提出的NFV（Netwrko Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）架構(gòu)[6]也已得到產(chǎn)業(yè)界的支持。開放網(wǎng)絡(luò)基金會發(fā)布的SDN架構(gòu)如圖1所示，從下到上包括三個平面，即數(shù)據(jù)平面（層）、控制平面（層）和應(yīng)用平面（層）。控制平面和數(shù)據(jù)平面之間利用CDPI（Control-Data-Plane Interface，控制數(shù)據(jù)平面接口）進(jìn)行通信。Open Flow協(xié)議[7]當(dāng)前被作為控制數(shù)據(jù)平面接口統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)接口。控制平面和應(yīng)用平面之間的利用NBI（NorthBound Interface，北向接口）進(jìn)行通信。數(shù)據(jù)平面主要由交換機(jī)等網(wǎng)絡(luò)單元構(gòu)成，這些網(wǎng)絡(luò)單元通過基于不同策略構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通路進(jìn)行連接。在數(shù)據(jù)平面，僅基于控制器分發(fā)的策略對數(shù)據(jù)包進(jìn)行快速轉(zhuǎn)發(fā)，以適應(yīng)用戶日益增長的流量需求。控制平面主要由涵蓋控制器邏輯的SDN控制器組成，負(fù)責(zé)控制邏輯規(guī)則制定和管理全網(wǎng)視圖，使得運(yùn)營商能夠方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和新協(xié)議的部署。控制器能夠?yàn)檫\(yùn)營商等第三方提供便于使用的北向接口，該接口能夠根據(jù)租戶的具體需求進(jìn)行定制開發(fā)，以使租戶能夠較為方便地定制特色私有化應(yīng)用。應(yīng)用平面的組成為各種各樣基于SDN實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，通過簡單的編程，租戶即可實(shí)現(xiàn)新應(yīng)用的快速部署，而不需要去關(guān)注底層硬件設(shè)備的技術(shù)細(xì)節(jié)。控制數(shù)據(jù)平面接口主要負(fù)責(zé)將轉(zhuǎn)發(fā)策略從網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)分發(fā)到各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時可以進(jìn)行不同廠商和型號的匹配。

SDN給運(yùn)營商的發(fā)展帶來諸多機(jī)遇。首先，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率將大幅度提高。例如，傳統(tǒng)企業(yè)的廣域網(wǎng)平均利用率只有40%，而谷歌公司將SDN技術(shù)運(yùn)用到其內(nèi)部廣域網(wǎng)后，帶寬利用率提高到了90%以上，帶寬利用率的提高將降低運(yùn)營商的服務(wù)成本。其次，SDN新網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的部署周期將大大縮短。SDN通過將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件和軟件分離，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能的更新獨(dú)立于硬件外。通過使用軟件和通用交換機(jī)等設(shè)備去替換原有管道設(shè)備，可以更方便地進(jìn)行設(shè)備的升級和相對獨(dú)立地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的拓展。同時，SDN技術(shù)方便運(yùn)營商對基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行管理。資源虛擬化的策略使得運(yùn)營商只需要通過軟件就可以實(shí)現(xiàn)對這些虛擬資源進(jìn)行管理。此外，可針對特定行業(yè)進(jìn)行定制，SDN協(xié)議基于開放標(biāo)準(zhǔn)，可以在基礎(chǔ)設(shè)施、轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、應(yīng)用編程接口等層面進(jìn)行定制，以滿足針對特定行業(yè)技術(shù)廠商的需求。

3 SDN數(shù)據(jù)層和控制層關(guān)鍵技術(shù)研究

下文圍繞SDN數(shù)據(jù)層和控制層關(guān)鍵技術(shù)展開研究。具體地，在分析數(shù)據(jù)層交換機(jī)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)、控制層控制器設(shè)計(jì)、控制層特性取舍所面臨關(guān)鍵挑戰(zhàn)的基礎(chǔ)上，提出相應(yīng)的解決方法。

3.1 數(shù)據(jù)層關(guān)鍵技術(shù)研究

數(shù)據(jù)層的研究主要圍繞交換機(jī)設(shè)計(jì)和轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)兩個方面展開。交換機(jī)設(shè)計(jì)時應(yīng)考慮可擴(kuò)展、快速轉(zhuǎn)發(fā)兩個原則，確保靈活、快速地進(jìn)行數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)。轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)的目的在于確保策略更新時的一致性。

（1）交換機(jī)設(shè)計(jì)

在SDN架構(gòu)中，交換機(jī)位于數(shù)據(jù)層，作用主要是完成對數(shù)據(jù)流的轉(zhuǎn)發(fā)。在交換機(jī)設(shè)計(jì)時，基于硬實(shí)現(xiàn)的方式轉(zhuǎn)發(fā)速率快，但是存在進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)策略匹配時過于嚴(yán)格、動作集元素體量太少等問題。因此，如何使交換機(jī)在達(dá)到一定轉(zhuǎn)發(fā)速率的同時能夠保持一定的靈活性，是交換機(jī)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一。endprint

針對上述挑戰(zhàn)，提出兩種改進(jìn)方法：

1）可重配匹配表的方法。為了根據(jù)需要重置數(shù)據(jù)層，需要滿足四方面的要求：第一，能夠根據(jù)需要變化或者新添域定義；第二，在硬件資源允許的條件下，能夠指定流表的寬度、深度等特性；第三，支付新行為創(chuàng)建；第四，在對數(shù)據(jù)包的處理過程中，支持任意放置數(shù)據(jù)包的位置及指定傳輸端口。理想的模型如圖2所示。

圖2中輸出隊(duì)列可以通過軟件的方式進(jìn)行定義，這種可定義的特性主要是：由解析器來完成添加域的操作，之后由邏輯匹配部件來對解析器添加的域進(jìn)行匹配工作以及新的動作的完成。以上操作實(shí)現(xiàn)了路由的過程，這種通過軟件模擬路由過程的方式，能夠彌補(bǔ)硬件無法根據(jù)數(shù)據(jù)自助選擇策略的缺陷，可以在不是規(guī)定協(xié)議、不變更硬件前提下，進(jìn)行自主策略選擇以及數(shù)據(jù)處理。

2）基于硬件分層的方法。基本思想是通過對交換機(jī)進(jìn)行分層，提供高效、靈活的多表流水線業(yè)務(wù)。該方法將交換機(jī)分解為三層，最上面一層為軟數(shù)據(jù)層，通過策略更新來實(shí)現(xiàn)對任何新協(xié)議的部署；最下面一層為硬數(shù)據(jù)層，具有相對固定、轉(zhuǎn)發(fā)效率較高的特點(diǎn)；中部的一層為流適配層，主要承擔(dān)軟數(shù)據(jù)層和硬數(shù)據(jù)層之間的數(shù)據(jù)通信。具體工作過程如下：

若控制器進(jìn)行策略下發(fā)，軟數(shù)據(jù)層將這些策略進(jìn)行存儲，進(jìn)而形成具有N個階段的流表。硬數(shù)據(jù)層通過策略的高速匹配完成對應(yīng)的轉(zhuǎn)發(fā)行為。中間層充當(dāng)中介，將軟件和硬件兩個層次中的策略進(jìn)行無縫的映射，也就是把相對靈活的N階流表映射成為硬件可以識別的N階段流表。為了完成該映射過程，首先，流適配層需要對軟件數(shù)據(jù)層的全部策略進(jìn)行核查；其次，通過該完整的策略將N階段的流表映射成為1階段的流表；最后，把該1階段流表映射成為M階段流表，并進(jìn)一步將其分發(fā)給硬件數(shù)據(jù)層。基于這種無縫映射，可以較完整地解決交換機(jī)的硬件與控制器兩者之間多表流水線技術(shù)不兼容的問題。

（2）轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)

SDN支持較低抽象水平的方式對策略進(jìn)行更新，例如，由管理人員手動進(jìn)行更新，該方式容易造成失誤，導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)策略的不一致。即使沒有失誤，若網(wǎng)絡(luò)中部分交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)策略已更新，而部分交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)策略尚未更新，也會導(dǎo)致轉(zhuǎn)發(fā)策略的不一致。此外，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)失效也會造成轉(zhuǎn)發(fā)策略的不一致。

將較低層次的配置抽象為較高層次的管理方式是解決這個問題的方式之一。該方式具有兩個步驟：第一步，在有更新策略需求時，控制器首先處理已完成舊策略下數(shù)據(jù)流處理任務(wù)對應(yīng)交換機(jī)的更新；第二步，若所有交換機(jī)策略更新都已完成，則視為更新策略成功，否則更新策略失敗。基于這種處理的方式，新策略對應(yīng)數(shù)據(jù)的處理要等到舊策略數(shù)據(jù)處理完畢再進(jìn)行。該處理方式的使用前提是，支持以標(biāo)簽化的方式對要轉(zhuǎn)發(fā)的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，以此來標(biāo)識新策略、舊策略的版本號。更新策略時，交換機(jī)首先通過檢查數(shù)據(jù)的標(biāo)簽來確認(rèn)策略的版本號，當(dāng)把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)出去時，需要將數(shù)據(jù)的標(biāo)簽去掉。

3.2 控制層關(guān)鍵技術(shù)研究

隨著網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模不斷擴(kuò)展，現(xiàn)有的SDN方案中，單一結(jié)構(gòu)集中式控制方式的處理能力將無法滿足系統(tǒng)需求。本節(jié)研究了基于集中式控制器的兩種改進(jìn)方法：1）基于分布式控制器的扁平式控制模式；2）基于分布式控制器的層次控制模式。其次，對控制器三個重要特性“一致性、可用性和容錯性”進(jìn)行了詳細(xì)的分析。

（1）控制器設(shè)計(jì)

對于大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)而言，通常會將其劃分為多個組成域的形式，如圖3所示。當(dāng)僅使用單一集中式控制器來處理交換機(jī)請求時，其他域的交換請求就會有較大延遲，從而影響其他域的網(wǎng)絡(luò)處理性能，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模進(jìn)一步擴(kuò)大時，這種延遲將變得無法忍受。此外，這種控制模式還有單點(diǎn)失效問題。如果在整個網(wǎng)絡(luò)中分布多個控制器，并保持邏輯中心控制特性，這樣每個交換機(jī)與自己毗鄰的控制器進(jìn)行交互，減小了延遲，避開了單點(diǎn)失效問題，從而整個網(wǎng)絡(luò)的性能得以提升。

分布式控制器一般可用扁平控制模式（如圖4所示）和層次控制模式（如圖5所示）進(jìn)行擴(kuò)展。扁平控制模式是將多個控制器放置在不相交的區(qū)域里，它們管理各自所在的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。控制器之間地位對等，利用東西向接口可實(shí)現(xiàn)相互通信。層次控制方式中的控制器之間具有垂直管理的功能，即全局控制器控制局部控制器，局部控制器控制各自所在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域，局部控制器之間的通信需要通過全局控制器來實(shí)現(xiàn)。

在扁平控制方式中，控制器地位對等，邏輯上都能監(jiān)管整個網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，相當(dāng)于都是全局控制器。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓瘯r，所有控制器可同步更新，僅需重新配置交換機(jī)和控制器之間的地址映射，因此，該方式對數(shù)據(jù)層的影響較小。分布式控制器Onix[8]基于網(wǎng)絡(luò)信息庫來實(shí)現(xiàn)管理，支持扁平式控制架構(gòu)。每個控制器都有自己的網(wǎng)絡(luò)信息庫，保持網(wǎng)絡(luò)信息庫的一致性即能實(shí)現(xiàn)控制器的同步更新。在扁平控制方式中，所有控制器掌握著全部的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，卻只控制其所在的局部網(wǎng)絡(luò)，這就存在著資源浪費(fèi)。此外，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)更新時，這種控制方式會導(dǎo)致控制器的整體負(fù)載增大。

在層次控制方式中，控制器分為局部控制器與全局控制器。局部控制器在地理上較靠近交換機(jī)，負(fù)責(zé)管理本區(qū)域節(jié)點(diǎn)以及掌握本區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。全局控制器提供全網(wǎng)信息的路由，進(jìn)行全網(wǎng)信息維護(hù)。在這種控制方式下，控制器之間的交互包括兩種，局部控制器與全局控制器之間的交互，以及全局控制器與全局控制器之間的交互。局部控制器如果收到來自交換機(jī)的詢問請求，首先判斷所轉(zhuǎn)發(fā)的報(bào)文是否屬于其局部信息，若屬于，則對這些信息進(jìn)行處理；否則，該局部控制器將該詢問請求轉(zhuǎn)發(fā)給全局控制器，全局控制器將相應(yīng)信息返回給局部控制器，局部控制器再將信息返回給交換機(jī)。該方式的優(yōu)勢在于降低了全局控制器的交互頻率，并減輕了流量負(fù)載。

（2）控制層特性研究

控制層具有三個關(guān)鍵的特性：一致性、可用性和容錯性，這三者之間存在著一定的耦合性，同時滿足這三種特性需求十分困難，在設(shè)計(jì)中需要根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行取舍。

1）一致性

SDN的核心優(yōu)勢之一就是能夠通過集中控制來解決網(wǎng)絡(luò)配置的一致性問題。用戶能夠通過集中控制來獲取全局網(wǎng)絡(luò)視圖，并根據(jù)全網(wǎng)信息對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一部署與設(shè)計(jì)，從而保證了網(wǎng)絡(luò)的一致性。然而，不同的控制器對一致性的要求不一樣：在分布式的控制器中，如果要保證全局狀態(tài)的一致性，網(wǎng)絡(luò)性能就會下降；如果要提升網(wǎng)絡(luò)的性能，減少下發(fā)策略的時間，全局狀態(tài)就很難統(tǒng)一。因此，需要根據(jù)實(shí)際需要對性能進(jìn)行取舍。endprint

2）可用性

由于控制器需要處理大量來自交換機(jī)的請求，有可能造成控制器的負(fù)載過重，從而降低可用性。分布式控制器能夠一定程度上解決SDN的可用性問題。分布式控制器通過對交換機(jī)請求進(jìn)行分布式處理，平衡分配負(fù)載，從而提升整體的可用性。特別地，在層次控制方式中，由于局部控制器承擔(dān)了大部分交換機(jī)請求，全局控制器能夠更好地保證服務(wù)品質(zhì)。然而，由于每個控制器分別處理不同的交換機(jī)請求，如果網(wǎng)絡(luò)流量分布不均勻，就會導(dǎo)致一些控制器的可用性下降。因此，在分布式控制器架構(gòu)中，仍然存在著可用性問題。采用負(fù)載窗口的方法能夠?qū)捎糜眯宰鬟M(jìn)一步優(yōu)化，該方法通過不斷地檢查負(fù)載窗口的總負(fù)荷，并基于實(shí)際需求對控制器之間的流量進(jìn)行動態(tài)地調(diào)整。此外，通過減少交換機(jī)的請求次數(shù)也可以對可用性進(jìn)行優(yōu)化。該方法將數(shù)據(jù)流劃分成短流和長流，短流由數(shù)據(jù)層來處理，長流則由控制層處理。由于長流數(shù)量非常少，因此該方法能夠降低控制器的負(fù)載，從而增強(qiáng)系統(tǒng)可用性。

3）容錯性

SDN網(wǎng)絡(luò)中仍然存在節(jié)點(diǎn)失效或鏈路失效的問題，不同于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的是，SDN控制器具有較強(qiáng)的容錯能力，能夠根據(jù)全網(wǎng)信息快速地恢復(fù)失效節(jié)點(diǎn)。圖6展示了網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)或鏈路失效恢復(fù)收斂的過程：①若網(wǎng)絡(luò)中有一臺交換機(jī)發(fā)生失效，那么在網(wǎng)絡(luò)中的其他交換機(jī)則能夠感知該變化；②交換機(jī)將該變化傳遞給控制器；③控制器計(jì)算出使節(jié)點(diǎn)或鏈路恢復(fù)的策略；④控制器進(jìn)行策略更新后，在受到失效影響的網(wǎng)絡(luò)元素中擴(kuò)散該更新策略；⑤這些網(wǎng)絡(luò)元素對各自的流表中的信息進(jìn)行相應(yīng)的更改。

圖6 失效節(jié)點(diǎn)或鏈路的收斂

4 SDN應(yīng)用案例

基于上述討論，面向大學(xué)信息服務(wù)多樣化業(yè)務(wù)需求，本節(jié)提出一個基于SDN的應(yīng)用部署案例。

某大學(xué)數(shù)據(jù)中心的主要業(yè)務(wù)包括辦公自動化系統(tǒng)、校園網(wǎng)系統(tǒng)、校園一卡通系統(tǒng)、考試系統(tǒng)、選課系統(tǒng)等，IT資源部署依照應(yīng)用進(jìn)行簡單的物理劃分。這種方式存在以下問題：業(yè)務(wù)部署速度慢；資源利用率較低；運(yùn)行維護(hù)成本高；管理不集中。為解決這些問題，提出基于SDN的實(shí)現(xiàn)方案。

如圖7所示，KVM平臺作為計(jì)算虛擬化底層，基于NFV的SDN方案實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過采用OpenStack架構(gòu)[9]、中興iROS系統(tǒng)[10]實(shí)現(xiàn)云管理平臺。具體地：1）組網(wǎng)基于SDN架構(gòu)，通過控制器進(jìn)行集中的網(wǎng)絡(luò)控制；2）采用虛擬可擴(kuò)展局域網(wǎng)的實(shí)現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)；3）M6000作為虛擬可擴(kuò)展局域網(wǎng)網(wǎng)關(guān)，完成虛擬路由和網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換功能；部署在計(jì)算服務(wù)器上的ZXDVS交換機(jī)實(shí)現(xiàn)虛擬通道終端功能；4）基于軟硬結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)NFV方案，采用A10硬件負(fù)載均衡設(shè)備實(shí)現(xiàn)負(fù)載均衡；5）iROS作為集中的云運(yùn)營管理平臺，進(jìn)行統(tǒng)一的資源管理、統(tǒng)一的生產(chǎn)調(diào)度，“一點(diǎn)受理，全網(wǎng)服務(wù)”，實(shí)現(xiàn)集約化服務(wù)。

該方案的優(yōu)勢有：1）基于OpenStack的開放架構(gòu)，易于集成業(yè)界領(lǐng)先NFV產(chǎn)品，減少了之前封閉系統(tǒng)存在的各種技術(shù)和成本問題；2）效率更高。分布式路由策略減少了用戶內(nèi)部路由迂回，極大地提升網(wǎng)絡(luò)效率；SDN控制器自動引流，不需要手工進(jìn)行路由配置；3）安全可靠。基于虛擬機(jī)的云平臺提供高可靠性、高性能保障；4）更加靈活。地址重疊和NAT功能使得用戶可以自定義網(wǎng)絡(luò)，并根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)模對調(diào)整虛擬負(fù)載均衡器規(guī)格進(jìn)行靈活調(diào)整；5）iROS云管理平臺對網(wǎng)元進(jìn)行統(tǒng)一的管理和配置。

5 結(jié)束語

本文系統(tǒng)闡述了現(xiàn)有的SDN架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)及關(guān)鍵技術(shù)，主要涉及數(shù)據(jù)層關(guān)鍵技術(shù)、控制層關(guān)鍵技術(shù)，具體包括交換機(jī)設(shè)計(jì)、轉(zhuǎn)發(fā)策略設(shè)計(jì)、控制器設(shè)計(jì)、控制層特性分析。最后，基于上述方法論，嘗試設(shè)計(jì)了一個具備管理方便、配置靈活、安全高效等優(yōu)勢的面向校園多業(yè)務(wù)應(yīng)用SDN部署方案。

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