SDN体系架构及控制器框架研究
发布时间:2021-04-26
随着网络新技术、新应用的不断出现,网络规模不断扩大,传统互联网的体系结构和设计理念日益暴露出严重不足。封闭的网络设备运行复杂、私有封闭的软件,不同厂商的网络设备的管理接口也不相同。这种运行管理模式严重影响了技术创新,并且增大了网络运营的复杂度和开销。SDN[1]的出现使得网络设计和管理展现了新的生机,SDN的技术路线最早可溯源于开放可编程网络技术和网络虚拟化技术。SDN的主要特点表现在:首先,它将控制平面从数据平面分离出来;其次,它对控制平面进行了加强,使得控制平面的一个软件控制程序能够控制多个数据平面单元。控制平面通过定义的API对数据平面单元进行直接控制。网络逻辑控制和数据转发分离的思想简化了网络管理和配置操作,保证了控制逻辑的健壮性,而开放式的软件编程模式使得网络控制具备超强的敏捷性,同时可以减少控制开销,集中先进技术实现网络管理的最优化目标。SDN技术获得了学术界和工业界的广泛认可和大力支持,并在许多研究新一代网络体系结构的著名科研项目中得到广泛应用和部署[2]。1转发与控制分离架构的提出传统因特网把控制逻辑和数据转发紧耦合在网络设备上,封闭的网络设备内置了过多的复杂协议,各种协议的决策逻辑交织在一起而使网络行为呈现出相当的复杂性,并且导致网络控制平面管理的复杂化,也使得网络控制层面新技术的更新和发展很难直接部署在现有网络上,灵活性和扩展性很难适应网络的飞速发展。将控制逻辑与数据转发相分离,采用集中控制的方式,由控制层设备掌握全局网络信息,进行网络管理配置,数据层网络设备仅提供简单的数据转发功能。减少了网络设备承载的诸多复杂功能,从而降低网络核心设备的复杂性,提高网络控制和管理的灵活性,增强对网络新技术、新协议的支持能力。代表性工作包括:IETF提出的转发与控制相分离的ForCES[3]模型、文献[4]提出的集中式网络控制和管理架构4D模型、CaesarM使用逻辑中央平台实现的BGP路由决策集中管控架构RCP[5]以及美国斯坦福大学CleanSlate项目组基于4D原则提出的企业网环境下集中管控架构SANE[6]和Ethane[7]等等。这些成果多局限于理论性和框架性的设计,虽然对新一代网络体系结构研究有所启发,但由于缺乏业界支持,无法进行较大规模真实网络环境下的验证,导致这些成果未能获得更大范围的认可。IETF组织的ForCES(forwardingandcontrolele-mentseparation)工作组针对一般网络设备提出了控制面-转发面分离的基本结构,如图1所示。转发面由包含各类标准化的逻辑功能块(logicalfunction-alblock,LFB)组成,转发面的编程性具体表现为模块间的拓扑构造和模块的属性控制。控制面和转发面间的信息交换按照“ForCES协议”实现。该体系能充分体现开放可编程网络的优点,即简洁的积木式开发以及不同控制面和转发面设备商间的可互操作性。ForCES但主要研究工作在于理论创新和功能建模,并没有面向真实网络的部署和实践。
