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SDN控制平面第5章

5.1SDN控制器概述5.2开源控制器5.3商业控制器5.4基于控制器的编程2.5数字传输系统2.6宽带接入技术

5.1SDN控制器概述SDN控制平面主要由一个或者多个控制器组成。作为数据控制分离的SDN的操作系统，控制器具有举足轻重的地位，它是连接底层交换设备与上层应用的桥梁。一方面，控制器通过南向接口协议对底层网络交换设备进行集中管理、状态监测、转发决策以处理和调度数据平面的流量;另一方面，控制器通过北向接口向上层应用开放多个层次的可编程能力，允许网络用户根据特定的应用场景灵活地制定各种网络策略。控制器是SDN的重要组成部分，其设计与实现是SDN最为关键的技术环节之一，因此理解控制器的体系架构对于深入研究SDN技术是极其重要的。

控制器连接了底层交换设备与上层业务应用，可以看作SDN的网络操作系统。正如第2章介绍，传统网络的操作系统与硬件设备在物理上是紧密耦合的，而SDN中数据平面和控制平面是完全分离的，这种分离增加了实现的灵活性。控制器作为SDN的核心部分，与计算机操作系统的功能类似，需要为网络开发人员提供一个灵活的开发平台、为用户提供一个便于操作使用的用户接口。因此，参考计算机操作系统的体系架构，将更加有助于对SDN控制器体系架构的理解与设计。5.1.1SDN控制器体系架构基本概念：软件定义网络（SDN）中控制器的角色和重要性。

从图5.1可以看到，在这种层次化的体系结构下，控制器功能被分为基本功能层与网络基础服务层两个层面。(1)基本功能层。这一层主要提供控制器所需要的最基本功能。一个通用的控制器应该能够方便地添加接口协议，这对于动态灵活地部署SDN非常重要，因此在这一层首先要完成的就是协议适配功能。总结起来，需要适配的协议主要包含两类:一类是用来跟底层交换设备进行信息交互的南向接口协议，第二类是用于控制平面分布式部署的东西向接口协议。协议适配工作完成后，控制器需要提供用于支撑上层应用开发的功能。(2)网络基础服务层。对于一个完善的控制器体系架构来说，仅仅实现基本功能层是远远不够的。为使开发者能够专注于上层的业务逻辑，提高开发效率，需要在控制器中加入网络基础服务层，以提供基础的网络功能。网络基础服务层中的模块作为控制器实现的一部分，可以通过调用基本功能层的接口来实现设备管理、状态监测等一系列基本功能。这一层涵盖的模块可以有很多，取决于控制器的具体实现。控制器层次化体系结构图5.1控制器层次化体系结构?

基本功能层协议适配工作完成后，控制器需要提供用于支撑上层应用开发的功能。这些功能主要包括以下4方面内容。●模块管理：重点完成对控制器中各模块的管理。允许在不停止控制器运行的情况下加载新的应用模块，实现上层业务变化前后底层网络环境的无缝切换。●事件机制：该模块定义了事件处理相关的操作，包括创建事件、触发事件、事件处理等操作。事件作为消息的通知者，在模块之间划定了清晰的界限，提高了应用程序的可维护性和重用性。●任务日志：该模块提供了基本的日志功能。开发者可以用它来快速地调试自己的应用程序，网络管理人员可以用它来高效、便捷地维护SDN.●资源数据库：这个数据库包含了底层各种网络资源的实时信息，主要包括交换机资源、主机资源、链路资源等，方便开发人员查询使用。

网络基础服务层有5个主要的功能模块。●交换机管理：控制器从资源数据库中得到底层交换机信息，并将这些信息以更加直观的方式提供给用户以及上层应用服务的开发者。●主机管理：与交换机管理模块的功能类似，重点负责提取网络中主机的信息。●拓扑管理：控制器从资源数据库中得到链路、交换机和主机的信息后，就会形成整个网络的拓扑结构图。●路由、转发策略：提供数据分组的转发策略，最简单的策略有根据二层MAC地址转发、根据IP地址转发数据分组。用户也可以在此基础上继续开发来实现自己的转发策略。●虚拟网划分：虚拟网划分可有效利用网络资源，实现网络资源价值的最大化。但出于安全性的考虑，SDN控制器必须能够通过集中控制和自动配置的方式实现对虚拟网络的安全隔离。

5.1.2SDN控制器的基础功能路由管理：根据交换机收集到的路由选择信息，创建并转发优化的最短路径信息。通知管理