SDN课程阅读作业（2）

1.过去20年中可编程网络的发展可以分为几个阶段？每个阶段的贡献是什么？

可编程网络的发展可以分为以下三个阶段:

(1)主动网络(Active networking，20世纪90年代中期到21世纪初):

• 引入了网络可编程功能，以实现更大的创新。
• 主动网络是第一批干净的网络架构方法。
• 提供了平台的可移植性和一些代码安全。
• 网络虚拟化，基于包头的网络数据化及其解复用能力。
• 为MiddleBox编排提供统一架构的构想。

(2)将控制面与数据面分离(Separating Control and Data Planes，2001年-2007年左右):

• 催生了两项创新：控制和数据平面之间的开放接口以及在逻辑上对网络进行集中控制。
• 将控制功能转移到了单独的服务器上，这样逻辑上集中的路由控制器降低了标准的实施障碍，服务器技术的进步意味着单一的商品服务器可以存储的所有的路由状态，并为一个大型网络计算所有的路由决策。
• 提出了两个概念：分别为使用数据面的开放接口进行集中逻辑控制和分布式状态管理。

(3)OpenFlow API和网络操作系统(OpenFlow and Network OSes，2007年-2010年左右):

• 为学生和科研人员实现新协议和新算法提供一个很好的试验平台
• 代表了广泛采用开放接口的第一个实例，并开发了使控制数据平面分离具有可扩展性和实用性的方法。
• 概括网络设备和功能。以前的路由控制工作主要集中在根据目的地IP前缀匹配流量上。相反，OpenFlow规则可以基于13个不同的数据包头的任意一组定义流量上的转发行为。
• 网络操作系统的构想。与先前提出节点操作系统的主动网络研究不同，OpenFlow的研究引入了网络操作系统的概念。
• 分布式状态管理技术。分离控制平面和数据平面带来了有关状态管理的新挑战。运行多个控制器对于可伸缩性、可靠性和性能至关重要，但是这些副本应该像单个逻辑集中式控制器一样协同工作。

2.网络虚拟化与SDN的关系？

  网络虚拟化表示从底层物理设备分离的网络的抽象，网络虚拟化允许多个虚拟网络在共享基础设施上运行，并且每个虚拟网络可以具有比底层物理网络更简单（更抽象）的拓扑。例如，虚拟局域网（VLAN）提供了一个跨越多个物理子网的单一LAN的假象，多个VLAN可以在相同的交换机和路由器集合上运行。网络虚拟化（从逻辑网络的角度对物理网络进行抽象）显然不需要SDN。同样，SDN（逻辑集中控制平面与底层数据平面的分离）并不意味着网络虚拟化。尽管网络虚拟化在概念上独立于SDN，但近年来这两种技术之间的关系变得更加密切。而SDN和网络虚拟化主要有三种关系：

（1）SDN作为网络虚拟化的一种支持技术

  云计算使网络虚拟化变得突出，因为云提供商需要一种方式，允许多个客户（或“租户”）共享同一网络基础设施。Nicira的网络虚拟化平台（Network Virtualization Platform，NVP）提供了这种抽象，而不需要底层网络硬件的任何支持,解决方案是使用覆盖网络为每个租户提供连接其所有虚拟机的单个交换机的抽象。然而，与先前在覆盖网络上的工作相比，每个覆盖节点实际上是物理网络的一个扩展——一个软件交换机（如Open vSwitch），它封装了发送到其他服务器上运行的虚拟机的流量。逻辑集中式控制器在这些虚拟交换机中安装规则，以控制如何封装数据包，并在虚拟机移动到新位置时更新这些规则。

（2）网络虚拟化用于评估和测试SDN

  将SDN控制应用程序与底层数据平面分离的能力，使得在将SDN控制应用程序部署到操作网络之前，可以在虚拟环境中测试和评估SDN控制应用程序。Mininet使用基于进程的虚拟化在同一物理（或虚拟）机上运行多个虚拟OpenFlow交换机、终端主机和SDN控制器，每个控制器都作为单个进程。使用基于进程的虚拟化允许Mininet模拟一个网络，在一台机器上有数百个主机和交换机。在这样的环境中，研究人员或网络运营商可以开发控制逻辑，并在生产数据平面的全面仿真上轻松地对其进行测试。一旦对控制平面进行了评估、测试和调试，就可以将其部署到实际的生产网络上。

（3）虚拟化（切片）SDN

  在传统网络中，虚拟化路由器或交换机是很复杂的，因为每个虚拟组件都需要运行自己的Controlplane软件实例，相比下虚拟化“哑”SDN交换机要简单得多。FlowVisor系统使校园能够支持在承载生产流量的相同物理设备上进行联网研究的试验台，其主要思想是将业务流空间划分为“片”，其中每个片有一个网络资源共享，由不同的SDN控制器管理。FlowVisor作为Hypervisor运行，向每个SDN控制器和底层交换机传递OpenFlow。