本文将从SDN由来，架构和Openflow协议三方面进行阐述，阅读完之后，应该对SDN有基本认识。
一、SDN由来
SDN（software defined Networking），即软件定义网络。是当前SDX中的一种，其中X可代表安全，存储，数据中心等等。采用软件定义特别受互联网公司的欢迎，是因为这种模式更能发挥他们在编程方面的优势，就如SDN最初并不是由网络设备厂商（思科，IBM等）提出来的，而是googel，facebook，yahoo等互联网公司推动的，这些大型的互联网巨头因为数据量大，而且特定时间会出现巨大的并发流量（就如中国的双11），互联网公司的网络设备一般是购买网络厂商的，这些设备在出厂时就基本定型了，并没有将编程魔力给与互联网公司，后来互联网公司发现很多时候，他们所购买的设备并没有发挥出最大作用，使用负载均衡可能并没有达到均衡的效果，而是有些设备跑的累趴，有些设备却接近开空车；有时候想做一点网络的变更也相当麻烦，自己一身编程本事，无奈被网络设备束缚。终于有一天他们受够了，在2011年初他们联合起来成立了ONF（opennetworking foundation，开发网络基金会），并正式提出了软件定义网络的概念。后来网络设备厂商大佬们也感觉到了压力，觉得这个新东西威力不少，于是思科，博通和IBM等几位大佬成立了开源平台项目OpenDayLight，旨在促进SDN技术交流和产业化开源机构，其实说白了还不是想保住自己的利益。所以说，这场网络新技术，是由互联网公司发起的。
二、SDN架构
学过计算机网络的人都知道，OSI七层架构，这是现代互联网通信的基础。而SDN提出的是三层架构，及应用层（业务层），控制层，转发层。如图1所示。
图1 SDN基本架构
在这种架构上有两个突出的特点，一个是控制平面和数据平面分离，一个是可编程性。数控分离可以更大程度的使转发层设备发挥数据转发能力（和瘦AP一个道理）；而可编程可以使网络设备成为变形金刚，一个设备可以是交换机，可以是路由器，也可以变成防火墙或者网关，设备功能由程序定义（这一点应该是互联网公司最喜欢的）。
上面提到的是SDN基本的三层架构，ONF提出的在此基础上提出了更加详细的架构，如图2所示
图2 ONF 定义的SDN架构
从该架构中可以明显的看出三层之间的关系，以SDN控制器为中心，向北提供北向API供用户调用，用户可以在应用层使用python，java，C等高级语言定义设备功能；向南提供南向接口， openflow协议就运行在数据平面和控制平面之间，该协议的提出与应用是SDN思想发展的主要推动力之一，目前是ONF主流的南向协议，在下面一节会说明openflow是如何工作。在这里顺便提一下东西接口，东西接口主要是为了控制器的集群。至此，应该形成以控制器为中心，南北东西的模型图。这里不经让我想起了华为部署的oceanconnet开发平台，也是这种南北架构。
三、Openflow协议
Openflow协议于2006年诞生于斯坦福大学的一个资助项目，2008年由Nick McKeown教授发表的论文《OpenFlow:Enableing Innovationin Campus Networks》正式提出。我们已经知道，SDN核心思想为数据与控制分离，硬件与软件解耦。openflow协议通过引入“流”的概念，控制器根据某次通信中“流”的第一个数据分组的特征，使用openflow协议提供的接口对数据平面设备部署策略，也就是在交换机上部署流表，这些通信的后续流量则按照相应流表在硬件上进行匹配，转发，从而实现网络设备在数据转发平面的灵活变动，网络设备的功能不再是一成不变。
上面已经讲到，openflow控制器通过部署流表来指导数据平面流量的，在每一个交换机中，都用一张流表，流表中存储了许多表项，每个表项都表征一个流和对应的处理方法（动作表）数据进入交换机后先与流表中的表项进行匹配，匹配成功了，则执行相应动作，匹配不成功，则上交给控制器。
在openflow协议 1.0版本中，流表项主要由三部分组成，如图3所示。
图3 openflow协议 1.0版 流表项结构
其中分组头域为数据分组匹配流表项时参考的依据，类似传统交换机做二层转发时匹配数据分组的MAC地址，或者路由器三层转发时的IP地址。分组头域里面包含OSI 1层至4层的12个网络控制信息，如源MAC，目的MAC，VLAN标签，VLAN优先级,源IP，TCP端口号等等，正是因为头域里面提供了丰富的标注，才使得控制器可以对流进行更加细粒度的控制。
计数器可以统计一些流的查找次数，生存时间等。
动作表为相应流对应的动作，如转发到本地网络栈，转给控制器，丢弃等。
了解了流表项的结构，就可以理解数据从进入交换机后执行的动作，如图4所示。
图4 流表匹配流程
其中数据分组就是通过分组头域的12个元组进行匹配的，之后根据匹配结果执行相应的动作。
当然随着openflow协议的发展，流表项的内容也越来越丰富，如openflow 1.4版本中的流表项就增加了优先级，指令集，Cookie等内容，这也是为什么基于openflow协议的交换机可以时信息流进行越来越精细的控制的原因。
以上就SDN的由来，架构和主流协议openflow做了简单介绍，至此应该知道SDN的主要特点是数控分离和可编程，其架构分为一个集中式的控制平面和分布式的数据平面，控制器位于上层应用和下层设备中间，通过将网络设备的各种功能进行抽象，建立具体的操作模型并为北向用户提供应用API，用户专注的业务将由控制器和转发设备完成。
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参考文献：《学术中国·院士系列：软件定义网络核心原理与应用实践》