软件定义网络：原理、技术与实践

　　软件定义网络（SDN）是由Emulex公司提出的一种新型网络创新架构，旨在帮助网络跨入云时代，适应快速变化的业务需求。本书全面介绍了软件定义网络的基本概念、原理和商业应用。全书共13章，从多个方面阐释了SDN，从SDN的由来和历史沿革，到SDN技术的最新发展情况和未来走向，全面分析了SDN和OpenFlow的技术原理，分析了SDN的开放源码及相关资源，并探讨了SDN的应用场景、商业发展及其局限性，是一本视野广阔的SDN参考手册。

　　王海：IEEE高级会员。现为解放军理工大学通信工程学院教授，博士生导师。负责国家自然科学基金课题4项，国家863课题1项，参与国家863课题、国家重点基础研究发展计划（973计划）项目、国防973项目多项。2010年作为访问学者赴加拿大不列颠哥伦比亚大学电子与计算机工程系从事无线组网的研究。2011年12月回国，目前主要从事无线网络与应用、认知无线网络、组网协议等相关方面研究，获军队科技进步二等奖1项，三等奖6项。出版译著多部。作为第一发明人申请国家发明专利10余项。发表论文50余篇。

目 录 第1章 绪言 1.1 分组交换的基本术语 1.2 历史背景 1.3 现代数据中心 1.4 传统交换机体系结构 1.4.1 数据、 控制和管理平面 1.4.2 基于软件的路由选择和 桥接 1.4.3 转发表的硬件查找 1.4.4 通用可编程的转发规则 1.5 自治和动态转发表 1.5.1 二层控制 1.5.2 三层控制 1.5.3 是协议大杂烩还是一碗 交换机粥 1.6 我们能提高分组转发的 IQ值吗 1.7 开源和技术转变 1.8 本书的组织结构 参考文献 第2章 为什么是SDN 2.1 交换机及控制平面的发展 历程 2.1.1 用软件实现的简单的分组转发和 路由选择 2.1.2 早期设备的独立性和 自治性 2.1.3 从软件走向硬件 2.1.4 硬件转发以及用软件实现的 控制 2.1.5 简化设备的需求越来 越强烈 2.1.6 控制从设备上的移除 2.2 成本 2.2.1 开发成本不断增加 2.2.2 封闭的环境鼓励供应商的市场 圈定 2.2.3 变革的复杂性与阻力 2.2.4 网络运营成本的上升 2.3 SDN意味着不断的探索和 革新 2.3.1 现状对目前主流供应商 有利 2.3.2 SDN对科研创新的促进 作用 2.4 数据中心的创新 2.4.1 计算和存储虚拟化 2.4.2 当前网络的不足之处 2.5 数据中心的要求 2.5.1 自动化 2.5.2 可扩展性 2.5.3 多路径 2.5.4 多租户 2.5.5 网络虚拟化 2.6 小结 参考文献 第3章 SDN的起源 3.1 网络技术的发展历程 3.1.1 大型机网络： 远程终端 3.1.2 点对点对等连接 3.1.3 局域网 3.1.4 桥接网络 3.1.5 路由选择网络 3.2 SDN的前身 3.2.1 早期的尝试 3.2.2 网络接入控制 3.2.3 编排 3.2.4 虚拟管理器网络插件 3.2.5 ForCES： 转发和控制平面的 分离 3.2.6 4D： 集中的网络控制 3.2.7 Ethane： 基于控制器的网络 策略 3.3 软件定义网络的诞生 3.3.1 OpenFlow的出现 3.3.2 开放网络基金会 3.4 维护SDN的互操作性 3.5 开放源代码的积极作用 3.5.1 集体的力量 3.5.2 集体的危险性 3.5.3 SDN开源代码 3.6 传统机器向SDN的演化 3.7 网络虚拟化 3.8 我可以把自己的网络称为 SDN吗 3.9 小结 参考文献 第4章 SDN的工作原理 4.1 SDN的基本特点 4.1.1 平面分离 4.1.2 简化的设备和集中的 控制器 4.1.3 网络自动化和虚拟化 4.1.4 开放性 4.2 SDN的工作原理 4.3 SDN网络设备 4.3.1 流表 4.3.2 软件SDN交换机 4.3.3 硬件SDN设备 4.3.4 SDN设备的现有实现 4.3.5 流的数量调整 4.4 SDN控制器 4.4.1 SDN控制器的核心模块 4.4.2 SDN控制器接口 4.4.3 目前SDN控制器的实现 4.4.4 SDN控制器的潜在问题 4.5 SDN应用 4.5.1 SDN应用的职责 4.6 替代的SDN方法 4.6.1 利用现有API的SDN 4.6.2 利用基于虚拟机管理程序的 覆盖网络的SDN 4.7 小结 参考文献 第5章 OpenFlow规范 5.1 本章使用的术语 5.2 OpenFlow概述 5.2.1 OpenFlow交换机 5.2.2 OpenFlow控制器 5.2.3 OpenFlow协议 5.2.4 控制器与交换机之间的安全 通道 5.3 OpenFlow 1.0和OpenFlow的 基本概念 5.3.1 端口和端口队列 5.3.2 流表 5.3.3 分组匹配 5.3.4 动作与分组转发 5.3.5 控制器和交换机之间的 消息 5.3.6 举例： 控制器对流表的 编程 5.3.7 举例： 基本的分组转发 5.3.8 举例： 交换机向控制器转发 分组 5.4 OpenFlow 1.1新增功能 5.4.1 多级流表 5.4.2 群组 5.4.3 MPLS和VLAN标签的 支持 5.4.4 虚拟端口 5.4.5 控制器连接失效 5.4.6 举例： 使用多级流表的 转发 5.4.7 举例： 使用V.1.1的群组 多播 5.5 OpenFlow 1.2的新增功能 5.5.1 支持可扩展匹配 5.5.2 支持可扩展的SET_FIELD 分组重写 5.5.3 PACKET_IN中可扩展的上下文 表达式 5.5.4 多控制器 5.5.5 举例： 经过SP网络的桥接 VLAN 5.6 OpenFlow 1.3的新增功能 5.6.1 功能协商的重构 5.6.2 支持更灵活的表失配 5.6.3 每流计量 5.6.4 每连接的事件过滤 5.6.5 辅助连接 5.6.6 PACKET_IN消息中的 Cookie 5.6.7 运营商骨干网桥接的标签 处理 5.6.8 举例： 利用计量段强制实施 的QoS 5.7 OpenFlow的局限性 5.8 小结 参考文献 第6章 SDN的替代定义 6.1 OpenFlow潜在的缺点 6.1.1 变化太大、 太快 6.1.2 单点故障 6.1.3 性能和规模 6.1.4 深度分组检测 6.1.5 状态流意识 6.1.6 结论 6.2 SDN-via-API 6.2.1 网络设备中的传统API 6.2.2 适用于SDN-via-API的 API 6.2.3 REST： 一种不同的API 协议 6.2.4 SDN-via-API举例 6.2.5 SDN-via-API的评估 6.3 基于虚拟机管理程序的覆盖 网络SDN 6.3.1 覆盖网络中的控制器 6.3.2 覆盖网络的操作过程 6.3.3 SDN-via-overlay举例 6.3.4 SDN-via-overlay的评估 6.4 利用开放设备的SDN 6.5 网络功能虚拟化 6.6 各种替代方法之间的重叠与 比较 6.7 小结 参考文献 第7章 数据中心的SDN 7.1 数据中心的定义 7.2 数据中心的需求 7.2.1 克服当前网络的限制 7.2.2 增加、 移动和删除资源 7.2.3 故障恢复 7.2.4 多租户 7.2.5 流量工程和路径效率 7.3 数据中心的隧道技术 7.3.1 虚拟扩展局域网 7.3.2 使用通用路由封装的网络 虚拟化 7.3.3 无状态传输隧道 7.4 数据中心的路径技术 7.4.1 通用多路径路由选择 7.4.2 多生成树协议 7.4.3 最短路径桥接 7.4.4 等价多路径 7.4.5 SDN和最短路径的复杂性 7.5 数据中心的以太网矩阵 7.6 数据中心的SDN应用场景 7.6.1 克服当前网络的限制 7.6.2 增加、 移动和改变网络 资源 7.6.3 故障恢复 7.6.4 多租户 7.6.5 流量工程和路径有效性 7.7 比较开放SDN与SDN-via-overlay 在数据中心的表现 7.7.1 SDN-via-overlay 7.7.2 开放SDN 7.8 现实世界的数据中心实现 7.9 小结 参考文献 第8章 非数据中心环境下的SDN 8.1 广域网 8.1.1 SDN在广域网中的应用 8.1.2 举例： 谷歌广域网的 MPLS LSP 8.2 服务提供商和电信运营商 网络 8.2.1 SDN在服务提供商和电信 运营商网络中的应用 8.2.2 举例： MPLS-TE和MPLS  VPN 8.2.3 举例： 服务提供商的 云爆发 8.3 园区网 8.3.1 园区网中的SDN： 策略的 应用 8.3.2 园区网中的SDN： 设备与 用户安全 8.3.3 园区网中的SDN： 流量 抑制 8.4 酒店网 8.5 移动网络 8.5.1 SDN应用于移动网络 8.6 在线网络功能 8.6.1 NFV与SDN的比较 8.6.2 SDN应用于服务器负载 均衡 8.6.3 SDN用于防火墙 8.6.4 SDN应用于入侵检测 8.7 光传输网络 8.7.1 SDN应用于光网络 8.8 SDN与P2P/覆盖网络的 比较 8.9 小结 参考文献 第9章 SDN生态圈合作伙伴 9.1 学术研究机构 9.1.1 学术界对SDN的主要 贡献 9.2 产业研究实验室 9.3 网络设备制造商 9.4 软件供应商 9.5 白盒交换机 9.6 商用芯片生产商 9.7 原始设备制造商 9.8 企业 9.9 标准机构和产业联盟 9.9.1 开放网络基金 9.9.2 OpenDaylight 9.9.3 OpenStack 9.9.4 IETF和IEEE 9.10小结 参考文献 第10章 SDN的应用 10.1 前期工作 10.2 反应式应用和先应式应用的 比较 10.2.1 术语 10.2.2 反应式SDN应用 10.2.3 先应式SDN应用 10.3 一些简单SDN应用的 分析 10.4 一个简单的Java反应式 应用 10.4.1 主机名黑名单 10.4.2 IP地址的黑名单处理 10.4.3 黑名单： 监听器 10.4.4 黑名单： 分组处理器 10.4.5 黑名单： 流管理器 10.5 控制器的背景 10.6 使用Floodlight控制器 10.6.1 Java API 10.6.2 RESTful API 10.7 使用OpenDaylight控制器 10.7.1 Java API 10.7.2 RESTful API 10.8 使用思科的XNC控制器 10.8.1 RESTful API 10.9 使用惠普控制器 10.9.1 Java API 10.9.2 RESTful API 10.10关于交换机的考虑 10.11创建网络虚拟隧道 10.12数据中心的流卸载 10.13用于园区网的接入控制 10.14服务提供商的流量工程 10.15小结 参考文献 第11章 SDN开源代码 11.1 本章特定术语 11.2 开源许可证相关事宜 11.3 SDN开源代码用户的特征 11.4 OpenFlow的源代码 11.5 交换机实现 11.6 控制器实现 11.7 SDN应用 11.8 编排和网络虚拟化 11.9 仿真、 测试和工具 11.10OpenStack 11.11举例： SDN开源代码的 应用 11.12小结 参考文献 第12章 商业影响 12.1 一切皆服务 12.2 市场规模 12.3 SDN厂商分类 12.3.1 服务器虚拟化传统运营商 和SDN 12.3.2 增值经销商 12.4 对传统网络设备制造商的 影响 12.4.1 保护市场份额 12.4.2 适度创新 12.5 对企业客户的影响 12.5.1 降低设备成本 12.5.2 避免混乱 12.6 在网络行业中引发的风暴 12.6.1 大型网络设备制造商变得 越来越少 12.6.2 迁移到云计算 12.6.3 渠道变化 12.7 风险投资 12.8 重要的SDN收购案 12.8.1 VMware 12.8.2 Juniper 12.8.3 Brocade 12.8.4 思科 12.9 SDN初创公司 12.9.1 OpenFlow中坚力量 12.9.2 非OpenFlow的白盒 企业 12.9.3 OpenFlow ASIC？ 12.9.4 数据中心网络虚拟化 12.9.5 WAN网络虚拟化 12.9.6 网络功能的虚拟化 12.9.7 光交换 12.9.8 网络边缘的移动功能 和SDN 12.10职业影响 12.11小结 参考文献 第13章 SDN的未来 13.1 现状 13.2 开放SDN潜在的创新 应用 13.2.1 管理非传统的物理层 链路 13.2.2 对网络应用编程技术 13.2.3 安全应用 13.2.4 移动网络中的漫游 13.2.5 移动网络中的流量工程 13.2.6 节能 13.2.7 支持SDN的交换机 芯片 13.3 小结 参考文献 附录 缩略语