在國(guó)內(nèi)，SDN技術(shù)仍處在實(shí)驗(yàn)的階段。作為從斯坦福出來的新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，中國(guó)高校自然會(huì)更早的接觸和研究這類技術(shù)。目前國(guó)內(nèi)一些院校已經(jīng)開始對(duì)SDN技術(shù)進(jìn)行了大量的研究測(cè)試，比如清華研究院博士生亓亞烜介紹了清華SDN團(tuán)隊(duì)在架構(gòu)、安全性、資源管理等方面的研究進(jìn)程，到目前為止已經(jīng)運(yùn)行一年之久。與此同時(shí)還有其它科研單位和高校都在致力于這方面的研究，下面就整理一下中國(guó)科研單位目前研究SDN的進(jìn)展情況，希望從他們的探索實(shí)踐中可以分享一些經(jīng)驗(yàn)。

浙大XFlow--基于SDN的可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

浙江大學(xué)在 SDN 體系結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)兩方面進(jìn)行了研究。在 2012 年 4 月第二屆全球開放網(wǎng)絡(luò)峰會(huì)(2nd Open Networking Summit)上演示了基于 SDN 架構(gòu)的可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu) XFlow。該體系結(jié)構(gòu)基于功能構(gòu)件化的實(shí)現(xiàn)思路并提供了動(dòng)態(tài)重構(gòu)機(jī)制。通過標(biāo)準(zhǔn)化的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)件模型采用基于 XML 的技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能的抽象封裝，同時(shí)通過構(gòu)件的更新、升級(jí)、加載、卸載及構(gòu)件間的組合實(shí)現(xiàn)更靈活多樣的網(wǎng)絡(luò)功能，并實(shí)現(xiàn)基于工作流的構(gòu)件協(xié)同機(jī)制，提供可擴(kuò)展和可重組的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型，從而降低了網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，并滿足多樣化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。

XFlow 采用管理面、控制面和數(shù)據(jù)面三層松耦合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方式，XFlow 動(dòng)態(tài)重構(gòu)機(jī)制允許運(yùn)行時(shí)的構(gòu)件的動(dòng)態(tài)加載、卸載、組合和調(diào)整，使得在運(yùn)行時(shí)能夠通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的提供和形變來滿足多樣化的應(yīng)用需求，如VLAN 和 QoS 保證等。此外，通過標(biāo)準(zhǔn)化的 NetStore 服務(wù)和協(xié)議提供第三方的開放構(gòu)件庫 和重構(gòu)功能提供服務(wù)。分布式 SDN 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(DNOS)直接管控底層物理網(wǎng)絡(luò)，以提高網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的可伸縮性、可靠性和響應(yīng)能力。

實(shí)驗(yàn)室研究目前緊密結(jié)合產(chǎn)業(yè)鏈，研制兼容 OpenFlow 協(xié)議的分布式 SDN 控制層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。該系統(tǒng)自下而上采用如下四層架構(gòu)：(1)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層，由 DNOS 實(shí)現(xiàn)南向接口來對(duì)接標(biāo)準(zhǔn)化 SDN 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層，兼容現(xiàn)有 OpenFlow協(xié)議，并拓展安全可靠、可伸縮、高效的域間數(shù)據(jù)面控制機(jī)制;(2)網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)層管控底層物理網(wǎng)絡(luò)資源，通過 DNOS 間分布式協(xié)作實(shí)現(xiàn)水平可伸縮、業(yè)務(wù)可編程和標(biāo)準(zhǔn)化南北向接口等技術(shù)特性，該層向上層提供一致性的網(wǎng)絡(luò)視圖作為北向接口，在視圖模塊上實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)資源狀態(tài)的全局可管控;(3)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)控制層，為網(wǎng)絡(luò)具體應(yīng)用實(shí)現(xiàn)諸如路由、安全、接入等網(wǎng)絡(luò)控制功能，各個(gè)功能根據(jù)用戶需求可重構(gòu)，并根據(jù)運(yùn)營(yíng)商等需求可重用,提供標(biāo)準(zhǔn)化的第三方接口;(4)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用層，為高級(jí)網(wǎng)絡(luò)管理和應(yīng)用，如 BOSS、計(jì)費(fèi)系統(tǒng)以及增值服務(wù)等，提供 OSA/Parlay、Parlay/X、OneAPI 和 IMS 等接口。

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中科院計(jì)算所PEARL--可編程虛擬路由器

中科院計(jì)算所研制了構(gòu)建 SDN 網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)路由交換設(shè)備。所研制的可編程虛擬路由器PEARL 具備網(wǎng)絡(luò)虛擬化功能并提供多種編程方法，能滿足未來網(wǎng)絡(luò)協(xié)議創(chuàng)新和業(yè)務(wù)創(chuàng)新的需要。PEARL 能夠在單一物理路由器上虛擬出 128 個(gè)邏輯路由器，支持邏輯路由器對(duì)網(wǎng)絡(luò)端口的共享與隔離。不同邏輯路由器能夠加載運(yùn)行不同的協(xié)議與業(yè)務(wù)，支持對(duì)不同虛擬網(wǎng)絡(luò)用戶區(qū)分服務(wù)。PEARL 提供多種編程方法和 API 接口，除具備 IPv4/v6 路由轉(zhuǎn)發(fā)功能外，還支持 OpenFlow 及 NDN、SOFIA、SERVAL 等未來網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)。相比 OpenFlow 交換機(jī)，PEARL 能夠在多個(gè)虛擬平面上并行運(yùn)行 OpenFlow，實(shí)現(xiàn)更完備的網(wǎng)絡(luò)虛擬化功能。為實(shí)現(xiàn)虛擬化與靈活可編程功能，PEARL I 采用了高性能多核服務(wù)器配合專用網(wǎng)絡(luò)接口卡實(shí)現(xiàn)。其中網(wǎng)絡(luò)接口卡內(nèi)建 FPGA 和 TCAM 芯片實(shí)現(xiàn)高速復(fù)雜數(shù)據(jù)包處理。設(shè)備實(shí)測(cè)具備 4Gbps線速處理的能力，能滿足接入網(wǎng)絡(luò)要求。

華為公司在 PEARL I平臺(tái)基礎(chǔ)上與中科院計(jì)算所合作開發(fā)了 OpenFlow1.2 交換機(jī)，采用 OpenFlow 軟硬件中間層多級(jí)流表轉(zhuǎn)換算法，解決軟硬件流表靈活性的差異，最大化利用硬件處理資源提升系統(tǒng)性能。為解決 FPGA 編程靈活性局限及服務(wù)器架構(gòu)性能局限，中科院計(jì)算所在 PEARL I 基礎(chǔ)上研制了 PEARL II 系統(tǒng)，它采用中間板交換體系結(jié)構(gòu)，利用眾核處理器作為主要處理單元，提供了更好的編程靈活性和更高的性能。PEARL II 提供 10GE 和 GE 網(wǎng)絡(luò)接口，系統(tǒng)最大吞吐率能力達(dá) 320Gbps，可以滿足 SDN 核心網(wǎng)絡(luò)的要求。在可編程虛擬路由器的實(shí)現(xiàn)過程中，數(shù)據(jù)包查找是最重要的技術(shù)問題之一。該問題存在查找速率、更新開銷和存儲(chǔ)空間可擴(kuò)展性三大挑戰(zhàn)，SRAM 與TCAM 相結(jié)合可能是一種實(shí)現(xiàn)方案：提出了一種支持快速更新的混合 IP 查找方法，結(jié)合 TCAM 和 SRAM 的特點(diǎn)分別優(yōu)化不相交前綴集和重疊前綴集的更新機(jī)制，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該架構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的吞吐量達(dá) 250 兆次查找/秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 100Gbps 網(wǎng)絡(luò)鏈路對(duì) IP 查找的性能需求，且將 TCAM 最壞情況下的更新開銷降至 1 次寫操作/更新;提出了一種基于 SRAM的可擴(kuò)展 IP 查找方法，在合并的 trie 樹節(jié)點(diǎn)中引入前綴位圖，使節(jié)點(diǎn)和下一跳分離，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，存儲(chǔ) 14 個(gè) IPv4 核心路由器的 FIB，只需要 10MB 的 SRAM 存儲(chǔ)空間，與傳統(tǒng)的隔離方法相比降低了 87%的 SRAM 存儲(chǔ)空間需求，更新開銷為 1 次 write bubble/更新; 提出了一種基于 TCAM 的可擴(kuò)展 IP 查找方法，設(shè)計(jì) FIB 填充和 FIB 分割方法解決共享前綴帶來的前綴掩蓋問題，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與傳統(tǒng)的非共享方法相比，使用上述兩種方法存儲(chǔ)14 個(gè) IPv4 核心路由器的 FIB 時(shí)，能夠分別降低 92%和 82%的 TCAM 存儲(chǔ)空間需求。

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清華大學(xué)SDN實(shí)踐--SDN 系統(tǒng)架構(gòu)與數(shù)據(jù)中心應(yīng)用

清華大學(xué)在 SDN 的系統(tǒng)架構(gòu)以及其在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用方面展開了深入研究，主要研究成果包括：1. 以數(shù)據(jù)為中心的軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu) SODA(Software Defined Data Centric Networking)。與 OpenFlow 相比，SODA 大大增強(qiáng)了數(shù)據(jù)層面的處理能力，可以對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行更加靈活的處理和轉(zhuǎn)發(fā)，為 SDN 控制平面的功能定制提供了更開放的接口。2.基于 SDN的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化機(jī)制。設(shè)計(jì)了輕負(fù)載的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)隔離機(jī)制、以及虛擬網(wǎng)絡(luò)帶寬保障算法。3. 基于 SDN 的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)組播協(xié)議。通過集中式的組播組分配和管理，實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)組播，通過低端交換機(jī)支持大規(guī)模的組播組會(huì)話。4. 基于SDN 的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議。通過靈活定義分組字段和轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則，實(shí)現(xiàn)在 IP 轉(zhuǎn)發(fā)基礎(chǔ)上、利用內(nèi)容名字進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)加速。相關(guān)研究成果發(fā)表在 ToN、INFOCOM、ICNP 等會(huì)議和期刊上。

此外，在 SDN 技術(shù)應(yīng)用方面，清華大學(xué)部署在該校信息樓內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)安全系統(tǒng)Livesec，該系統(tǒng)在傳統(tǒng)以太網(wǎng)之上，通過無線接入技術(shù)和虛擬化技術(shù)引入了基于OpenFlow 協(xié)議的控制層，顯著降低了構(gòu)建成本。清華大學(xué)還實(shí)現(xiàn)了面向 SDN 的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) TUNOS;在 SDN 網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)之上構(gòu)建了一個(gè)虛擬云平臺(tái) VCP;對(duì) OpenFlow 進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了支持 OpenFlow 的商用路由器 OpenRouter;NOX 上開發(fā)的應(yīng)用程序來獲取全局網(wǎng)絡(luò)視圖，以解決因特網(wǎng)源地址驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)(SAVI)的不足。

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解放軍理工大學(xué)OpenTrace--SDN 測(cè)量平臺(tái)

解放軍理工大學(xué)全面綜述了 OpenFlow 技術(shù)研究的發(fā)展現(xiàn)狀。針對(duì) SDN 測(cè)量問題進(jìn)行了研究，研制了一種基于 OpenFlow 的未來互聯(lián)網(wǎng)測(cè)量平臺(tái) OpenTrace。該平臺(tái)目標(biāo)是為定量分析各種創(chuàng)新應(yīng)用或機(jī)制提供測(cè)量分析手段。OpenTrace 采用了分布式測(cè)量與集中式分析結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)。分布式測(cè)量功能是指每個(gè)測(cè)量實(shí)體的本地測(cè)量功能：所有設(shè)備內(nèi)置被動(dòng)網(wǎng)絡(luò)測(cè)量的功能，記錄下經(jīng)過本實(shí)體的所有控制平面和數(shù)據(jù)平面信息;以最小侵?jǐn)_的方式進(jìn)行測(cè)量，記錄兩個(gè)平面運(yùn)行軌跡的日志僅存放在本地，直至試驗(yàn)結(jié)束為止。其中集中式分析功能是指匯集分散在各個(gè)實(shí)體上的本地日志，以形成完整的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行視圖。

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國(guó)防科技大學(xué)OpenFlow 交換機(jī)實(shí)現(xiàn)模型

針對(duì)目前 OpenFlow 交換機(jī)多表結(jié)構(gòu)對(duì)硬件資源的開銷，國(guó)防科技大學(xué)提出了三層的OpenFlow 交換機(jī)實(shí)現(xiàn)模型：硬件層、內(nèi)核層和用戶層。硬件層直接采用 TCAM 實(shí)現(xiàn)多級(jí)流表的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能，內(nèi)核層實(shí)現(xiàn)流表的精確匹配功能并實(shí)現(xiàn)相關(guān)的規(guī)則管理，用戶層則負(fù)責(zé)規(guī)則邏輯的保存。目前尚未看到實(shí)際的硬件實(shí)現(xiàn)平臺(tái)，但這種分層的實(shí)現(xiàn)方法符合 OpenFlow交換平臺(tái)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的軟硬件實(shí)現(xiàn)規(guī)范。

在廣域網(wǎng)中部署 SDN 需要考慮多控制器的部署位置問題，如果考慮多個(gè)優(yōu)化指標(biāo)則將導(dǎo)致 NP 問題。北京郵電大學(xué)的 HU Yan-nan 等人針對(duì)特定的指標(biāo)提出了幾個(gè)多控制的部署算法，仿真結(jié)果表明新的部署算法能夠響應(yīng)的提高這些指標(biāo)的性能。

總結(jié)

如今在科研領(lǐng)域,SDN部署走在前列。越來越多的科研單位開始對(duì)SDN進(jìn)行了深入研究，因此他們也走了SDN試驗(yàn)部署的前列。不少國(guó)內(nèi)高校正在積極建設(shè)SDN科研網(wǎng)，旨在創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，推動(dòng)SDN的產(chǎn)業(yè)運(yùn)用。