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计算机网络——30SDN控制平面

news 2026/3/29 8:36:50

SDN控制平面

SDN架构

数据平面交换机

  • 快速、简单，商业化交换设备采用硬件实现通用转发功能
  • 流表被控制器计算和安装
  • 基于南向API，SDN控制器访问基于流的交换机
    • 定义了哪些可以被控制哪些不能
  • 也定义了和控制器的协议

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SDN控制器（网络OS）

  • 维护网络状态信息
  • 通过上面的北向API和网络控制应用交互
  • 通过下面的南向API和网络交换机交互
  • 逻辑上集中，但是在实现上通常由于性能、可拓展性、容错性以及鲁棒性采用分布式方法实现

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控制应用

网络控制应用：

  • 控制的大脑：采用下层提供的服务（SDN控制器提供的API）实现网络功能
    • 路由器、交换机
    • 接入控制防火墙
    • 负载均衡
    • 其他功能
  • 非绑定：可以被第三方提供，与控制器厂商以通常上不同，与分组交换机厂商也可以不同

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SDN控制器里的原件

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通信层：SDN控制器和SDN交换机之间进行通信

网络范围的状态管理层：网络链路、交互设备和服务的状态：分布式数据库

网络控制应用的界面层：抽象API

OpenFlow协议

  • 控制器和SDN交换机交互的协议
  • 采用TCP来交换报文
    • 加密可选
  • 3种OpenFlow报文类型
    • 控制器 > 交换机
    • 异步（交换机 > 控制器）
    • 对称

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控制器 - 交换机报文

一些关键的控制器到交换机的报文

  • 特性：交换机查询交换机特性，交换机应答
  • 配置：交换机查询/设置交换机的配置参数
  • 修改状态：增加删除修改OpenFlow表中的流表
  • packet-out：控制器可以将分组通过特定的端口发出
  • 分组进入：将分组（和它的控制）传给控制器，见来自控制器的packet-out报文
  • 流移除：在交换机上删除流表项
  • 端口状态：通告控制器报文端口的变化

幸运的是，网络管理员不需要直接通过创建/发送流表来编程交换机，而是采用在控制器上的app自动运算和配置

控制 - 数据平面交互的例子

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  • S1, 经历了链路失效，采用OpenFlow报文通告控制器:端口状态报文
  • SDN 控制器接收OpenFlow报文，更新链路状态信息
  • Dijkstra路由算法应用被调用（前面注册过这个状态变化消息）
  • Dijkstra路由算法访问控制器中的网络拓扑信息，链路状态信息计算新路由
  • 链路状态路由app和SDN控制器中流表计算元件交互，计算出新的所需流表
  • 控制器采用OpenFlow在交换机上安装新的需要更新的流表

OpenDaylight()ODL控制器

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  • ODL Lithium 控制器
  • 网络应用可以在SDN 控制内或者外面
  • 服务抽象层SAL：和内部以及外部的应用以及服务进行交互
  • 控制应用和控制器分离（应用app在控制器外部）
  • 意图框架：服务的高级规范：描述什么而不是如何
  • 相当多的重点聚焦在分布式核心上，以提高服务的可靠性，性能的可扩展性

SDN面临的挑战

  • 强化控制平面：可信、可靠、性能可扩展性、安全的分布式系统
    • 对于失效的鲁棒性： 利用为控制平面可靠分布式系统的强大理论
    • 可信任，安全：从开始就进行铸造
  • 网络、协议要满足特殊任务的需求，例如实时性，超高可靠性、超高安全性
  • 要满足互联网络范围内的扩展性而不是仅仅在一个AS的内部部署，全网部署

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