【SDN软件定义网络】-1：SDN+Mininet+Ryu+OpenFlow 相关概念简介

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一、SDN是什么

SDN（Software-Defined Networking，软件定义网络）是一种网络架构理念，它使得网络设备（如交换机和路由器）的控制功能与数据转发功能分离。这种分离使得网络的配置和管理更加灵活和自动化，从而提高网络的可扩展性和可编程性。

简而言之，SDN有以下特性：

1. 控制平面与数据平面分离：在SDN中，控制平面负责网络的管理和决策，而数据平面负责数据的实际转发。这种分离使得网络的管理和控制可以由软件来实现，而不需要依赖于硬件设备。
2. 集中式控制：SDN通常采用集中式控制架构，所有的网络控制决策都由一个或多个控制器来完成。这些控制器可以是物理设备，也可以是虚拟设备。
3. 可编程性：SDN允许网络管理员通过编程方式来定义网络的行为和策略，而不需要手动配置每个网络设备。这种可编程性使得网络的配置和管理更加灵活和自动化。
4. 开放性：SDN支持开放的API（应用程序编程接口），允许开发者和网络管理员通过编程方式与网络设备进行交互，实现更复杂的网络功能和应用。
5. 灵活性和扩展性：由于控制平面与数据平面的分离，SDN网络可以更容易地扩展和升级。网络管理员可以快速地添加或修改网络策略，而不需要更换或重新配置物理设备。
6. 安全性：SDN可以通过集中式控制来提高网络的安全性。例如，可以更容易地实现网络隔离、访问控制和流量监控等功能。

二、Mininet

Mininet是一个网络模拟器，它允许研究人员和开发人员在笔记本电脑上创建一个虚拟的网络环境。Mininet使用Linux容器来模拟网络交换机和主机，提供了一个轻量级、快速、易于使用的测试平台。

以下是Mininet的一些特点：

• 轻量级：Mininet使用Linux内核功能，如虚拟网络设备和命名空间，来创建一个轻量级的网络模拟环境。
• 易于使用：Mininet提供了一个简单的命令行界面，可以快速启动和配置模拟网络。
• 灵活性：用户可以定义自己的拓扑结构，包括交换机、路由器、主机和链路。
• 实时性：Mininet可以模拟实时网络行为，包括数据包的传输和处理。

三、Ryu 控制器

Ryu是一个基于Python的SDN框架，它实现了OpenFlow协议的控制器部分。Ryu提供了一个灵活的编程环境，允许开发者编写自己的网络应用程序来控制SDN网络。

以下是Ryu的一些特点：

• 基于Python：Ryu使用Python编写，易于学习和使用，同时支持快速开发和原型设计。
• 支持OpenFlow协议：Ryu实现了OpenFlow协议，可以与支持OpenFlow的交换机进行通信。
• 模块化设计：Ryu采用模块化设计，允许开发者重用和组合不同的组件来构建网络应用程序。
• REST API支持：Ryu提供了REST API，使得网络应用程序可以通过HTTP请求与控制器进行交互。

将Mininet和Ryu结合使用，可以创建一个完整的SDN开发和测试环境。

四、OpenFlow协议

OpenFlow协议是一种通信协议，它定义了软件定义网络（SDN）中控制器与网络设备（如交换机和路由器）之间的接口。OpenFlow由ONF（Open Networking Foundation）制定，是SDN架构中的关键组成部分，它允许网络管理员通过软件程序来控制网络设备的行为。

以下是OpenFlow协议的一些特点：

• 标准化的接口：OpenFlow提供了一个标准化的接口，使得不同的控制器能够与多种品牌的网络设备进行通信。
• 流表（Flow Table）：在OpenFlow中，网络设备使用流表来处理数据包。每个流表项（Flow Entry）包含了匹配数据包头部字段的规则和对匹配数据包执行的动作（如转发、丢弃等）。
• 匹配-动作模型：OpenFlow采用匹配-动作模型来处理数据包。控制器根据数据包的特定头部字段（如源IP、目的IP、源端口、目的端口等）来匹配流表项，并执行相应的动作。
• 灵活性和可编程性：OpenFlow允许控制器动态地添加、修改或删除流表项，从而实现对网络流量的灵活控制。
• 集中式控制：OpenFlow支持集中式控制架构，控制器可以集中管理整个网络的流表，实现全局流量工程和策略部署。
• 多版本支持：OpenFlow已经发展了多个版本，每个版本都增加了新的特性和改进，以支持更复杂的网络功能和应用。
• 安全性：OpenFlow协议包括安全机制，如传输层安全（TLS）和安全连接建立过程，以保护控制器与网络设备之间的通信。
• 支持多种网络设备：OpenFlow支持多种类型的网络设备，包括物理交换机、虚拟交换机和路由器等。
• 广泛的应用场景：OpenFlow协议在多种网络场景中得到应用，包括数据中心网络、校园网络、服务提供商网络等。

五、OpenDaylight（ODL）控制器

OpenDaylight是由Linux Foundation管理的一个开源SDN控制器平台。它支持多种南向接口协议，如OpenFlow、Netconf、OVSDB等，并且具有高度模块化和可扩展的架构。ODL的设计允许网络运营商和开发人员创建定制化的网络服务和应用。

ODL的特点包括：

• 基于OSGi的模块化设计，允许动态加载和卸载模块。
• 支持多南向协议，包括OpenFlow的不同版本。
• 引入了模型驱动的服务抽象层（MD-SAL），这是ODL的核心，负责数据存储、请求路由等。
• 提供开放的北向API，支持REST和OSGi接口。
• ODL控制器适用于需要高度可定制性和扩展性的场景，并且拥有一个活跃的社区，每6个月发布一次新版本。

六、ONOS（Open Network Operating System）控制器

ONOS是一个开源SDN网络操作系统，主要面向服务提供商和企业骨干网。它提供控制平面，用于管理网络组件如交换机和链路，并运行软件程序或模块以提供通信服务。

ONOS的特点包括：

• 模块化：由一系列功能模块组成，每个模块提供特定的服务。
• 开放：提供开放的北向和南向API。
• 抽象：抽象出统一的网络资源和网元模型。
• 分布式：可以跨多个服务器运行，提供容错和扩展性。

ONOS的设计目标是满足高可靠性、高性能和高灵活性的网络需求，适合于大规模网络部署和服务提供商环境。

七、Floodlight 控制器

Floodlight是由Big Switch Networks开发的基于Java的开源SDN控制器。它以其稳定性和易用性获得了专业人士和爱好者的好评。

Floodlight的特点包括：

• 提供了ACL、防火墙、静态流表和虚拟网络等API接口。
• 支持通过REST API下发流表和组到OpenFlow网络。
• 支持主动和被动两种流表下发方式。

Floodlight适合于需要快速部署和测试SDN应用的场合。