OpenFlow網(wǎng)絡(luò)由OpenFlow交換機(jī)、Flow Visor和Controller三部分組成。OpenFlow交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)；FlowVisor對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化；Controller對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制，實(shí)現(xiàn)控制層的功能。OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)示意圖如下：

OpenFlow交換機(jī)

OpenFlow交換機(jī)是整個(gè)OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的核心部件，主要管理數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)。OpenFlow交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)包后，首先在本地的流表上查找轉(zhuǎn)發(fā)目標(biāo)端口，如果沒有匹配，則把數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給Controller，由控制層決定轉(zhuǎn)發(fā)端口。

OpenFlow交換機(jī)的組成

OpenFlow交換機(jī)由流表、安全通道和OpenFlow協(xié)議三部分組成。

安全通道是連接OpenFlow交換機(jī)到控制器的接口。控制器通過這個(gè)接口控制和管理交換機(jī)，同時(shí)控制器接收來自交換機(jī)的事件并向交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包。交換機(jī)和控制器通過安全通道進(jìn)行通信，而且所有的信息必須按照OpenFlow協(xié)議規(guī)定的格式來執(zhí)行。

OpenFlow協(xié)議用來描述控制器和交換機(jī)之間交互所用信息的標(biāo)準(zhǔn)，以及控制器和交換機(jī)的接口標(biāo)準(zhǔn)。協(xié)議的核心部分是用于OpenFlow協(xié)議信息結(jié)構(gòu)的集合。

OpenFlow協(xié)議支持三種信息類型：Controller-to-Switch，Asynchronous和Symmetric，每一個(gè)類型都有多個(gè)子類型。Controller-to-Switch信息由控制器發(fā)起并且直接用于檢測(cè)交換機(jī)的狀態(tài)。Asynchronous信息由交換機(jī)發(fā)起并通常用于更新控制器的網(wǎng)絡(luò)事件和改變交換機(jī)的狀態(tài)。Symmetric信息可以在沒有請(qǐng)求的情況下由控制器或交換機(jī)發(fā)起。

OpenFlow交換機(jī)的分類

按照對(duì)OpenFlow的支持程度，OpenFlow交換機(jī)可以分為兩類：專用的OpenFlow交換機(jī)和支持OpenFlow的交換機(jī)。

專用的OpenFlow交換機(jī)是專門為支持OpenFlow而設(shè)計(jì)的。它不支持現(xiàn)有的商用交換機(jī)上的正常處理流程，所有經(jīng)過該交換機(jī)的數(shù)據(jù)都按照OpenFlow的模式進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。專用的OpenFlow交換機(jī)中不再具有控制邏輯，因此專用的OpenFlow交換機(jī)是用來在端口間轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的一個(gè)簡(jiǎn)單的路徑部件。

支持OpenFlow的交換機(jī)是在商業(yè)交換機(jī)的基礎(chǔ)上添加流表、安全通道和OpenFlow協(xié)議來獲得了OpenFlow特性的交換機(jī)。其既具有常用的商業(yè)交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)模塊，又具有OpenFlow的轉(zhuǎn)發(fā)邏輯，因此支持OpenFlow的交換機(jī)可以采用兩種不同的方式處理接收到的數(shù)據(jù)包。

按照OpenFlow交換機(jī)的發(fā)展程度來分，OpenFlow交換機(jī)也可以分為兩類：“Type0”交換機(jī)和“Type1”交換機(jī)。

“Type0”交換機(jī)僅僅支持十元組以及以下四個(gè)操作：轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)流的數(shù)據(jù)包給一個(gè)給定的端口（或者幾個(gè)端口）；壓縮并轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)流的數(shù)據(jù)包給控制器；丟棄這個(gè)流的數(shù)據(jù)包；通過交換機(jī)的正常處理流程來轉(zhuǎn)發(fā)這個(gè)流的數(shù)據(jù)包。

顯然“Type0”交換機(jī)的這些功能是不能滿足復(fù)雜試驗(yàn)要求的，因此我們將要定義“Type1”交換機(jī)來支持更多的功能，從而支持復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)。“Type1”交換機(jī)將具有一個(gè)新的功能集合。

支持網(wǎng)絡(luò)虛擬化的FlowVisor

類比計(jì)算機(jī)的虛擬化，F(xiàn)lowVisor就是位于硬件結(jié)構(gòu)元件和軟件之間的網(wǎng)絡(luò)虛擬層。FlowVisor允許多個(gè)控制同時(shí)控制一臺(tái)OpenFlow交換機(jī)，但是每個(gè)控制器僅僅可以控制經(jīng)過這個(gè)OpenFlow交換機(jī)的某一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)（即slice）。因此通過FlowVisor建立的試驗(yàn)平臺(tái)可以在不影響商業(yè)流的轉(zhuǎn)發(fā)速度的情況下，允許多個(gè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)在不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)上同時(shí)進(jìn)行。FlowVisor與一般的商用交換機(jī)是兼容的，而不需要使用FPGA和網(wǎng)絡(luò)處理器等可編程硬件。

Controller

OpenFlow實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)層和控制層的分離，其中OpenFlow交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)層的轉(zhuǎn)發(fā)，而Controller實(shí)現(xiàn)了控制層的功能。Controller通過OpenFlow協(xié)議這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)OpenFlow交換機(jī)中的流表進(jìn)行控制，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行集中控制。Controller的這一切功能都要通過運(yùn)行NOX來實(shí)現(xiàn)，因此NOX就像是OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的操作系統(tǒng)。此外，在NOX上還可以運(yùn)行Plug-n-serve、OpenRoads以及OpenPipes等應(yīng)用程序。

Plug-n-Serve 通過規(guī)定數(shù)據(jù)傳輸路徑來控制網(wǎng)絡(luò)以及服務(wù)器上的負(fù)載，從而使得負(fù)載均衡并降低響應(yīng)時(shí)間。OpenRoads 是支持OpenFlow無線網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)性研究的框架。OpenPipes 可以在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中通過移動(dòng)每個(gè)子模塊來測(cè)試每個(gè)子模塊，并可以決定如何劃分設(shè)計(jì)單元。