软件定义网络核心原理与应用实践

　　《软件定义网络核心原理与应用实践》分为核心原理和应用实践两大部分，对软件定义网络（SDN）技术进行了全面剖析和深入解读。第一部分首先阐述了SDN的设计思想与体系架构，详细分析了软件定义网络的控制转发分离和可编程性两个突出属性，其次介绍了以OpenFlow为代表的SDN南向接口协议，以及北向和东向接口协议，接下来根据SDN的层次化架构，依次介绍了SDN数据平面、控制平面以及SDN应用案例，最后梳理总结了SDN标准化进展以及学术发展情况。第二部分着重讲述SDN应用实践，从系统架构、代码解析等方面详细介绍了虚拟交换机、开源控制器、仿真测试实验工具的基本知识，并结合模拟网络环境搭建、虚拟网络设备部署、实际业务开发等具体应用实践场景，深入讲解了利用SDN技术进行创新研发的过程。《软件定义网络核心原理与应用实践》涉及的内容广泛、技术思想凝练，突出核心原理和基本概念的阐述，同时力图深入浅出地讲解SDN的业务应用开发过程。《软件定义网络核心原理与应用实践》对从事SDN技术研发的专业人士、网络运营管理人员、相关专业高校学生以及对SDN技术感兴趣的读者，都具有一定的参考价值。

　　黄韬，北京邮电大学副教授，江苏省未来网络创新研究院院长助理。2002年毕业于南开大学获学士学位，2007年毕业于北京邮电大学获博士学位，2007～2009年在中国联通从事博士后科研工作。国家“863”课题“面向服务的软件定义网络体系架构与关键技术研究”负责人，并主持或参与多项未来网络相关的国家自然基金、“973”、“863”、江苏省科技成果转化等科研项目。在国内外重要期刊和国际会议上发表学术论文60余篇，获得技术发明专利10余项，提交国际标准提案8篇，出版个人专著3部。目前主要研究方向为未来网络体系架构、软件定义网络、网络融合与演进等。刘江，北京邮电大学讲师，2005年毕业于北京理工大学获学士学位，2012年毕业于北京邮电大学获博士学位。国家自然科学基金项目“基于SDN特征的虚拟网络映射问题研究”负责人，并参与了多项未来网络相关的国家级和省部级科研课题。在国内外重要期刊和国际会议上发表学术论文30余篇，申请技术发明专利10余项。目前主要研究方向为未来网络体系架构、网络虚拟化、软件定义网络、信息中心网络等。魏亮，北京邮电大学博士，现任江苏省未来网络创新研究院CDN团队副总监。参与了面向服务的未来互联网体系结构及机制研究（973项目）为代表的多项未来网络领域科研课题。目前正带领团队从事SDN创新实验平台、网络虚拟化平台、SDN控制器、基于云架构的网络资源管理平台等方面的研发工作。获得软件著作权9项，申请技术发明专利6项。目前主要研究方向为软件定义网络、云计算、网络试验床等。张娇，北京邮电大学讲师，2008年毕业于北京邮电大学获学士学位，201 4年毕业于清华大学获博士学位，博士期间于2012年8月至2013年8月受国家留学基金委资助赴美国UC Berkeley作为联合培养博士生学习一年。目前已在重要的国内外期刊和国际会议上发表学术论文15篇，其中SCI检索论文7篇，EI检索论文7篇，撰写专利1项。目前主要研究方向为未来网络体系架构、数据中心网络、软件定义网络等。刘韵洁，1968年毕业于北京大学获学士学位。现任中国联通科技委主任、北京邮电大学信息与通信工程学院院长、江苏省未来网络创新研究院院长。曾获国家科技进步一等奖1项，部级科技进步一等奖2项，国家发明专利10余项。从事网络技术工作近40年，在数据网、互联网以及网络融合等方面做出了开拓性工作，2005年当选中国工程院院士。目前主要研究方向为未来网络、网络体系架构、网络融合与演进，现为“973”项目“面向服务的未来互联网体系结构及机制研究”首席科学家。

目　录
第一部分　SDN核心原理
第1章　SDN概述　3
第2章　SDN基本原理　9
2．1　SDN定义与架构　9
2．1．1　SDN定义　9
2．1．2　SDN架构　11
2．2　数据控制分离　15
2．2．1　基本概念　15
2．2．2　数据控制分离历史　18
2．2．3　SDN数据控制分离　22
2．3　网络可编程　25
2．3．1　基本概念　25
2．3．2　网络可编程历史　26
2．3．3　SDN可编程　29
2．4　本章小结　32
参考文献　32
第3章　SDN接口协议　34
3．1　OpenFlow协议　34
3．1．1　OpenFlow v1．0协议　35
3．1．2　OpenFlow协议的演进　45
3．1．3　OpenFlow协议面临的问题　54
3．2　OF-CONFIG协议　55
3．2．1　协议框架　55
3．2．2　设计需求　56
3．2．3　数据模型　58
3．2．4　协议演进　60
3．3　其他SDN南向接口协议　61
3．3．1　XMPP　61
3．3．2　PCEP　62
3．3．3　I2RS　64
3．3．4　OpFlex　65
3．3．5　OVSDB Mgmt　66
3．4　SDN北向接口　67
3．4．1　ONF北向接口　68
3．4．2　SDN其他北向接口　70
3．4．3　SDN北向接口的前景　71
3．5　SDN东西向接口协议　72
3．6　本章小结　76
参考文献　76
第4章　SDN数据平面　78
4．1　数据平面架构　78
4．2　SDN芯片　81
4．3　SDN硬件交换机　85
4．3．1　基于ASIC芯片的SDN品牌交换机　86
4．3．2　基于ASIC芯片的SDN白盒交换机　92
4．3．3　基于NP的SDN交换机　96
4．3．4　基于NetFPGA的SDN交换机　97
4．4　SDN软件交换机　99
4．4．1　Open vSwitch　99
4．4．2　Pantou　100
4．4．3　Indigo　101
4．4．4　LINC　101
4．4．5　OpenFlowClick　102
4．4．6　OF13SoftSwitch　103
4．5　本章小结　104
参考文献　104
第5章　SDN控制平面　107
5．1　SDN控制器　107
5．1．1　SDN控制器体系架构　107
5．1．2　SDN控制器评估要素　110
5．2　开源控制器　112
5．2．1　NOX/POX　112
5．2．2　Ryu　114
5．2．3　Floodlight　116
5．2．4　OpenDaylight　118
5．2．5　OpenContrail　120
5．2．6　其他开源控制器　124
5．3　商用控制器　126
5．3．1　Big Network Controller　126
5．3．2　XNC　128
5．3．3　Contrail　129
5．3．4　SOX　131
5．4　本章小结　133
参考文献　133
第6章　SDN应用案例　135
6．1　SDN在网络试验平台中的应用　135
6．1．1　GENI OpenFlow　136
6．1．2　OFELIA　139
6．1．3　RISE　141
6．1．4　TWAREN　143
6．1．5　FINE　145
6．1．6　C-Lab　146
6．2　SDN在网络虚拟化中的应用　148
6．2．1　基于SDN的网络虚拟化简介　149
6．2．2　网络虚拟化工具FlowVisor　150
6．2．3　网络虚拟化平台CNVP　154
6．3　SDN在流量工程中的应用　158
6．3．1　概述　159
6．3．2　B4的设计思路　160
6．3．3　B4的核心网络功能　163
6．3．4　基于SDN的流量工程实现　167
6．3．5　B4的部署与成效　170
6．4　本章小结　173
参考文献　174
第7章　SDN标准化与学术进展　175
7．1　SDN标准化进展　175
7．1．1　开放网络基金会　175
7．1．2　互联网工程任务组　178
7．1．3　国际电信联盟　179
7．1．4　欧洲电信标准化协会　181
7．1．5　中国通信标准化协会　184
7．2　SDN学术进展　186
7．2．1　控制平面可扩展性　186
7．2．2　交换机/数据平面设计　188
7．2．3　SDN编程语言　189
7．2．4　测试、调试及管理　189
7．2．5　数据中心应用　190
7．2．6　校园网应用　191
7．2．7　其他　191
7．3　本章小结　192
参考文献　192
第二部分　应用实践
第8章　Open vSwitch应用实践　197
8．1　OVS系统架构　197
8．2　OVS代码解读　200
8．2．1　代码结构　200
8．2．2　代码解析　201
8．3　OVS安装使用　208
8．3．1　软件安装　208
8．3．2　使用说明　210
8．3．3　常用命令　211
8．4　OVS应用实例　212
8．4．1　实例介绍　212
8．4．2　实例开发　213
8．4．3　实验结果　216
8．5　本章小结　217
参考文献　217
第9章　Mininet应用实践　218
9．1　Mininet系统架构　218
9．2　Mininet代码解读　220
9．2．1　代码结构　220
9．2．2　代码解析　222
9．3　Mininet安装使用　224
9．3．1　软件安装　224
9．3．2　使用说明　226
9．3．3　添加OpenFlow 1．3支持　228
9．4　Mininet应用实例　230
9．4．1　实例介绍　231
9．4．2　实例开发　232
9．4．3　实验结果　234
9．5　本章小结　235
参考文献　236
第10章　POX应用实践　237
10．1　POX代码解读　237
10．1．1　代码结构　237
10．1．2　代码解析　238
10．2　POX安装配置　249
10．2．1　软件安装　249
10．2．2　系统配置　250
10．3　POX应用实例　252
10．3．1　实例介绍　252
10．3．2　实例开发　253
10．3．3　实验结果　261
10．4　本章小结　261
参考文献　262
第11章　Ryu应用实践　263
11．1　Ryu代码解读　263
11．1．1　代码结构　263
11．1．2　代码解析　264
11．2　Ryu安装配置　269
11．2．1　软件安装　269
11．2．2　系统配置　270
11．3　Ryu应用实例　271
11．3．1　实例介绍　271
11．3．2　实例开发　275
11．3．3　实验结果　281
11．4　本章小结　282
参考文献　283
第12章　Floodlight应用实践　284
12．1　Floodlight代码解读　284
12．1．1　代码结构　284
12．1．2　代码解析　285
12．2　Floodlight安装配置　291
12．2．1　软件安装　291
12．2．2　系统配置　292
12．3　Floodlight应用实例　292
12．3．1　实例介绍　292
12．3．2　实例开发　293
12．3．3　实验结果　296
12．4　本章小结　297
参考文献　297
第13章　OpenDaylight应用实践　298
13．1　OpenDaylight代码解读　298
13．1．1　代码结构　298
13．1．2　依赖技术　299
13．1．3　代码解析　300
13．2　OpenDaylight安装配置　309
13．2．1　软件安装　309
13．2．2　系统配置　310
13．3　OpenDaylight应用实例　311
13．3．1　实例介绍　311
13．3．2　实例开发　312
13．3．3　实验结果　315
13．4　本章小结　315
参考文献　316
第14章　FlowVisor应用实践　317
14．1　FlowVisor代码解读　317
14．1．1　代码结构　317
14．1．2　代码解析　318
14．2　FlowVisor安装使用　328
14．2．1　软件安装　328
14．2．2　系统配置　328
14．2．3　常用命令　329
14．3　FlowVisor应用实例　330
14．3．1　基于交换机的虚网划分　331
14．3．2　基于传输层的虚网划分　332
14．4　本章小结　335
参考文献　335
第15章　扩展实验工具　336
15．1　功能测试工具OFTest　336
15．1．1　工具简介　336
15．1．2　安装配置　337
15．1．3　应用实例　338
15．2　性能测试工具Cbench　340
15．2．1　工具简介　340
15．2．2　安装配置　341
15．2．3　应用实例　343
15．3　拓扑生成工具VND　345
15．3．1　工具简介　345
15．3．2　应用实例　345
15．4　报文分析工具Wireshark　347
15．4．1　工具简介　347
15．4．2　安装配置　347
15．4．3　应用实例　348
15．5　流量监控工具sFlow　350
15．5．1　工具简介　350
15．5．2　安装配置　351
15．5．3　应用实例　352
15．6　本章小结　354
参考文献　354
第16章　微控制器Miracle开发实践　355
16．1　Miracle简介　355
16．2　Miracle实现详解　356
16．2．1　环境准备　356
16．2．2　网络通信　357
16．2．3　协议解析　361
16．2．4　核心应用　376
16．3　运行Miracle　381
16．4　本章小结　382
参考文献　382
附录A　缩略语　383
附录B　SDN资源网站　390
名词索引　391