SDN核心技术剖析和实战指南

转型时代丛书

SDN核心技术剖析和实战指南（第一本原创的SDN著作）

雷葆华等 编著

ISBN 978-7-121-21339-7

2013年9月出版

定价：69.00元

264页

16开

内容提要

SDN（Software Defined Networking，软件定义网络）是当前网络领域的热点，被业界普遍认为是未来网络发展的方向，孕育着巨大的市场机会。

本书首先对SDN 的概念和背景进行了系统的论述，比较和分析了SDN 领域的主流观点；进而全面深入地梳理了SDN 的核心技术体系，针对SDN 网络架构中各个层次的关键技术进行了重点讲解。同时，本书提供了基于开源技术的SDN 实践指南，帮助读者进一步加深对SDN 的原理与实现的理解。最后，本书充分地分析了SDN 的应用场景，并从产业生态系统的角度对SDN 的发展格局和未来走势进行了分析和展望。

本书对从事SDN 技术产品研发的专业人士、网络运营服务从业人员，以及相关专业的高校学生和对SDN 感兴趣的各位读者，都会提供有益的帮助。

目录

第1 章 SDN 技术概述.........................................................................1

1.1 SDN 定义..................................................................................2

1.1.1 ONF SDN 架构定义..................................................... 3

1.1.2 ETSI NFV 架构定义.....................................................4

1.1.3 OpenDaylight 开源项目................................................5

1.1.4 SDN 架构的特征分析...................................................7

1.2 SDN 发展背景..........................................................................8

1.3 SDN 实现方案........................................................................10

1.3.1 基于专用接口的方案..................................................11

1.3.2 基于叠加网络的方案..................................................12

1.3.3 基于开放协议的方案..................................................14

1.3.4 SDN 实现方案分析.....................................................14

1.4 SDN 核心技术........................................................................14

1.4.1 交换机及南向接口技术..............................................15

1.4.2 控制器及北向接口技术..............................................17

1.4.3 应用编排和资源管理技术..........................................18

1.5 本章小结.................................................................................18

第2 章 SDN 交换机及南向接口技术.......................................20

2.1 交换机核心技术.....................................................................21

2.1.1 交换机工作原理..........................................................23

2.1.2 交换机实现技术......................................................... 24

2.2 OpenFlow 交换机规范........................................................... 29

2.2.1 OpenFlow v1.0 概述................................................... 29

2.2.2 OpenFlow 标准演进................................................... 40

2.2.3 OpenFlow 问题分析................................................... 56

2.3 OF-CONFIG 配置管理协议................................................... 57

2.3.1 OF-CONFIG v1.0 概述............................................... 59

2.3.2 OF-CONFIG 协议演进............................................... 62

2.4 OVS 交换机实现分析............................................................ 63

2.4.1 OVS 交换机工作原理................................................ 63

2.4.2 OVS 交换机核心实现................................................ 65

2.5 本章小结................................................................................ 68

第3 章 SDN 控制器及北向接口技术...................................... 69

3.1 控制器核心技术..................................................................... 70

3.1.1 南向网络控制技术..................................................... 70

3.1.2 北向业务支撑技术..................................................... 76

3.1.3 东西向控制器扩展技术............................................. 78

3.2 控制器设计要素..................................................................... 81

3.3 开源控制器实现..................................................................... 89

3.3.1 NOX/POX ................................................................... 90

3.3.2 Ryu.............................................................................. 91

3.3.3 Floodlight.................................................................... 93

3.3.4 控制器实现分析......................................................... 96

3.4 本章小结.............................................................................. 101

第4 章 SDN 应用编排和资源管理技术.............................. 102

4.1 SDN 应用类型和实现技术.................................................. 103

4.1.1 资源管理平台...........................................................105

4.1.2 软件定义的应用交付................................................108

4.2 OpenStack 平台的Quantum 组件分析................................. 111

4.2.1 OpenStack Quantum 实现原理.................................. 115

4.2.2 OpenStack Quantum 的基本功能.............................. 119

4.3 本章小结...............................................................................125

第5 章 SDN 网络系统实战.........................................................127

5.1 SDN 实验概述......................................................................128

5.2 利用Mininet 搭建模拟网络环境..........................................129

5.2.1 Mininet 模拟组网......................................................129

5.2.2 Open vSwitch 的安装和配置.....................................134

5.2.3 OpenFlow 数据流分析..............................................140

5.3 基于Floodlight 开发SDN 应用...........................................165

5.3.1 创建程序...................................................................165

5.3.2 增加服务...................................................................171

5.3.3 增加REST API..........................................................177

5.4 Floodlight REST API 开发....................................................183

5.4.1 编写说明...................................................................183

5.4.2 代码示例...................................................................183

5.4.3 常用REST API..........................................................185

5.5 本章小结...............................................................................189

第6 章 SDN 应用实践和探索...................................................190

6.1 网络总体概述.......................................................................191

6.2 SDN 在数据中心的应用.......................................................193

6.2.1 云数据中心的多租户网络解决方案.........................195

6.2.2 Windows Azure 虚拟化网络......................................197

6.3 SDN 在骨干网中的应用...................................................... 199

6.4 SDN 在城域网边缘的应用.................................................. 201

6.5 SDN 在接入网的应用.......................................................... 203

6.6 SDN 在IP RAN 中的应用.................................................... 206

6.7 SDN 在固移融合场景中的应用........................................... 208

6.8 SDN 在企业网络中的应用.................................................. 209

6.8.1 企业内部组网应用场景........................................... 210

6.8.2 大型企业网应用场景............................................... 212

6.9 本章小结.............................................................................. 214

第7 章 SDN 产业现状及展望................................................... 215

7.1 SDN 产业现状...................................................................... 217

7.1.1 芯片提供商............................................................... 218

7.1.2 设备和解决方案提供商——传统设备厂商............. 219

7.1.3 设备和解决方案提供商——创新公司..................... 224

7.1.4 互联网企业和运营商............................................... 227

7.1.5 开源项目................................................................... 229

7.2 SDN 标准化进展.................................................................. 229

7.2.1 ONF .......................................................................... 230

7.2.2 ETSI NFV ................................................................. 233

7.2.3 IETF.......................................................................... 235

7.2.4 ITU-T ........................................................................ 237

7.2.5 CCSA ........................................................................ 240

7.3 SDN 的市场化展望.............................................................. 240

7.4 SDN 发展展望...................................................................... 241

参考文献.................................................................................................... 245

精彩节摘

序

 

近几年，移动互联网、电子商务、大数据等服务的兴起，对人们的日常生活产生了深刻的影响，为用户带来了极大的便利，但同时对IT 基础设施的建设提出了更高的要求，希望它能做到按需供给、随需而变、灵活健壮。

为了满足这些需求，业界提出了软件定义数据中心、软件定义基础设施的概念和方法，将基础设施的资源通过虚拟化方式进行抽象，包括服务器、存储、网络等，并将资源变成一种IT 服务，通过自动化的流程与软件方式提供给客户。SDN（Software Defined Networking，软件定义网络）技术的出现适应了网络IT化，设备软件化和硬件标准化的趋势。SDN 的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，逻辑上集中的控制层面能够支持网络资源的灵活调度，灵活的开放接口能够支持网络能力的按需调用，并实现可编程化控制。通过这种方式，推动网络能力被便捷地调用，支持网络业务的创新。

SDN 是目前业界关注的热点，许多技术还在发展和探讨之中。本书是国内第一本系统介绍SDN 技术的书籍，作为国内最早接触和研究SDN 技术的研发团队之一，中国电信北京研究院的专家们编写了这本《SDN 核心技术剖析和实战指南》，希望和业界的朋友分享SDN 技术知识和观点，促进和推动国内相关技术和产品的繁荣发展。

张继平

中国电信集团公司副总经理

作者简介

赵慧玲

中国电信股份有限公司云计算研究中心主任，中国电信北京研究院总工程师，中国通信标准协会网络与交换技术工作委员会主席，中国通信学会信息通信网络技术专业委员会主任委员。被国家科技部聘任为国家十二五科技重点专项（宽带网络）专家组专家，国家科技部三网融合专家组成员。发表文章近百篇，出版技术专著12部；获国家科技进步二等奖2项、部级科技进步一等奖3项、二等奖9项、三等奖8项。

 

雷葆华

中国电信股份有限公司北京研究院云计算产品线总监，中国电子学会云计算专委会委员。2003年进入中国电信北京研究院，主要从事互联网业务和电信增值业务研究，参与中国电信业务网络和互联网产品的规划、设计和产品开发等工作。负责CDN、P2P、IDC等网络总体设计工作，并有着深入研究，是业界知名的云计算专家，负责云计算网络建设规划、新产品预研等工作。作为第一作者编写的《云计算解码》、《CDN技术详解》等书获得了业界的高度赞誉，其中《CDN技术详解》入选“2012年度51CTO读者评选的我最喜爱的IT原创图书”。提交专利28项，已授权专利8项，发表多篇有影响力的论文和文章，多次获得部级科技进步奖励，作为第一完成人的《高性能、可管控的内容分发网络》项目获得了2007年度中国通信学会科学技术奖三等奖，《电信运营商云计算应用技术创新及试商用推广》项目获得了2012年度中国通信学会科学技术奖二等奖。

 

王峰

中国电信股份有限公司北京研究院高级工程师，中国科学技术大学计算机科学与技术专业博士，北京航空航天大学研究生导师。负责中国电信的云计算规划，对数据中心、虚拟桌面等云计算关键技术有深入研究和丰富实践。

 

王茜

北京邮电大学通信与信息系统专业博士，就职于中国电信北京研究院。多年来一直从事电信宽带网络领域的研究，在IP网络规划和优化、下一代互联网技术、智能管道技术、网络虚拟化技术等方面有深入研究和积累，并参加ITU-T、IETF、CCSA等标准组织的标准编制工作，发表文章30余篇，专著4本。

 

王和宇

中国电信股份有限公司北京研究院高级工程师，北京邮电学院计算机系硕士。多年来一直从事IPv6、城域网、CDN、云计算、SDN等领域的技术研究。在国内核心期刊发表过多篇技术文章、提交过多项国内专利，参与编写了《NGI与IPv6》系列丛书及《云计算解码（第2版）》。

 

解云鹏

北京邮电大学计算机应用技术专业硕士，中国电信北京研究院高级工程师。先后从事IP城域网、下一代互联网、家庭及中小企业网络等领域的研究，在国内核心期刊发表过多篇技术文章，提交过多项发明专利，参与编写了《城域网组网技术与业务运营》、《新型应用时代的智能管道关键技术》等图书。

 

刘圆

中国电信股份有限公司北京研究院高级工程师，中国科学技术大学计算机系博士，北京航空航天大学研究生导师。曾任清华大学信研院博士后、英特尔中国研究院研究员，研究领域包括：云存储，数据中心光互连网络、可重构计算、自动并行编译器，具有多年嵌入式设备驱动、编译器开发的经验。

 

史凡

高级工程师，中国电信股份有限公司北京研究院网络技术部全业务承载网研究室主任，MEF（城域以太网论坛）中国工作组Co-Chair，CCSA（中国通信标准化协会）TC3“软件化智能型通信网络”工作组组长。主要研究领域为下一代互联网、智能管道和SDN。

媒体评论

Not only is this Deciphering SDN: Core Techniques and Practical Guide the first in depth treatment of SDN in Chinese, but it is one of the very few sources globally that cover both the theory and practice adequately. Students, engineers, operators, and really anyone with an interest in networking will all find a lot of value within it.

Martin Casado

CTO of Networking, VMWare

CTO and Co-Founder of Nicira Inc.

 

在基础设施领域，软件定义已经是大势所趋，软件定义网络（SDN）更是当前业界关注的焦点。什么是SDN？如何实现SDN？SDN给我们带来哪些好处？这些问题的答案将在本书中揭晓。本书将有助于读者搭建完善的SDN的知识体系，进而以此为基础从容应对当前不断涌现的新技术和新名词。

陈怀临

弯曲评论（）创办人

 

在云计算和大数据的浪潮下，当越来越多的传统被颠覆之后，我们也把目光投向了IT基础设施中最“重”的部分——传输网络。云计算的特点是大规模资源整合和快速交付，大数据则带来了对业务模式进行分析从而调整优化的新理念，这些特点和理念如何引导传输网络发展？SDN是否就是那把金钥匙？这些都是亟待业界探索的课题。

中国电信运营着全球最大规模的固定通信网络，其经验和思考将给业界带来很多启发。

林仕鼎

百度大数据首席架构师

 

SDN将引领新的全球网络革新浪潮，本书系统阐述了SDN核心技术组成，指明了SDN应用的实践方向，并对产业前景、标准化进展等加以分析，是值得推荐的专业书籍。

刘东

下一代互联网关键技术和评测北京市工程研究中心主任

中国SDN与开放网络专业委员会副主任委员

 

SDN具有的颠覆性力量，现在才刚刚显现。作为国内第一部SDN领域的专著，本书的出版恰逢其时。书中内容兼顾理论与实践，对业界各种流派能够包容并蓄，值得向大家推荐。

刘江

CSDN与《程序员》杂志总编

 

SDN正在深切地改变着未来的网络，和网络相关的从业者、研究者、投资者都必须关注并学习相关技术与产业趋势。本书能够帮助大家快速掌握SDN的核心理念，厘清SDN的技术演进，明晰SDN的发展方向。书中的内容不乏真知灼见，相信每位读者都能够从中受益。

亓亚烜

北京云杉世纪网络科技有限公司创始人及CEO

前言

SDN（Software Defined Networking，软件定义网络）是当前网络领域的热点，被业界普遍视作未来网络的演进方向。同时，它还有另外一个绰号——Still Don’t kNow！那么，SDN 究竟是什么？它是一项技术？它是一种网络？它是一类服务？随着SDN 日益受到关注，各方参与者都从各自的角度进行了回答，这些答案丰富了SDN 的内涵和外延，同时也为SDN 蒙上了神秘的面纱。

很久以来，网络领域一直存在着一个讨论，即底层网络资源如何能更好地为上层业务及应用服务，做到资源的灵活调度与按需交付。为此，业界曾从通信技术的角度进行了很多尝试，但效果并不明显。而云计算、大数据等业务的兴起，对网络的改造需求越来越迫切，于是，业界开始从IT 的视角看待网络，SDN 就是一个具有代表性的突破。SDN 倡导的标准化控制协议、软件化网络接口为资源的统一管理、业务的推陈出新提供了很好地支持，能够为用户提供更好的网络体验，提升了网络的价值。

SDN 秉承着软件化、IT 化、开放化的理念，正在改变着人们对传统网络的看法。我们有理由相信它将在未来的网络中拥有越来越重要的地位。同时，SDN是一把“双刃剑”，如何趋利避害，也是每位参与者必须审慎考虑的问题。

本书的主要内容是我们在多年研究的基础上对SDN 进行的总结和梳理，其中既包括了对SDN 关键技术体系的详细解读，又包括了基于开源软件的典型SDN 环境搭建，还包括了丰富的业界进展介绍和SDN 发展趋势分析。

本书第1 章介绍了SDN 技术的概述，阐释了主流的SDN 架构定义并分析了它们的异同，进而论述了SDN 的提出背景和当前主要的实现方案类型，并基于SDN 层次化架构建立了关键技术体系，使读者能够了解到SDN 的概貌，为后续深入阅读奠定了基础。

本书第2 章至第4 章分别从交换机和控制器南向接口、控制器及其北向接口、应用编排和资源管理等三个层面全面地剖析了支撑SDN 架构的关键技术。除了对相关技术的工作原理进行深入解读外，还介绍和分析了相应领域的主流开源技术。

本书第5 章介绍了SDN 的实践案例，包括模拟网络环境搭建、虚拟网络设备部署、典型数据流分析等环节中的详细步骤，并重点介绍了基于Floodlight控制器开发SDN 应用的工作流程和注意事项，将有助于读者通过动手实践加深对SDN 的理解。

本书第6 章和第7 章分别介绍了SDN 的应用场景和现状展望，全面地阐释了在各种应用场景中引入SDN 的策略和方法，介绍了SDN 产业现状及其标准化进展，并深入分析和阐述了SDN 面临的机遇和挑战，帮助读者辨析SDN 的未来方向和发展前景。

在SDN 技术研究和本书书稿的编写过程中，我们得到了中国电信集团公司和中国电信北京研究院领导的大力支持。SDN 兴起伊始，研究院领导就鼓励我们积极参与SDN 业界的各项活动，并创造各种环境支持我们对相关技术进行研究，为我们深入了解产业进展、快速掌握核心技术提供了很多便利。

我们希望本书中展现的成果能为读者呈现出SDN 的全貌，帮助大家拨开SDN 的迷雾、领悟SDN 的真谛，并最终推动SDN 的应用与推广。

SDN 方兴未艾，当前仍处于快速发展之中，因此书中内容难免存在纰漏之处，还请各位专家和读者不吝赐教。