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基于SDN的按需智能路由系统研究与验证

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ｔ国家发展和改革委员会“可演进的下一代高智能网络架构研究和试验”课题
万方数据
同区域网络间的协同．可以满足协同的需求。 本文在基于ＳＤＮ的下一代高智能网络（Ｓ－ＮＩＣＥ）的总 体架构研究的基础上．重点分析设计了基于ＳＤＮ技术的 按需智能路由系统，通过关键技术的研究和原型系统的实 现及实验验证，不仅探索了如何实时、自助、按需定制地为 ＶＩＰ用户或应用开展智能路由服务。而且也探索了如何平 滑地从传统ＩＰ网络向ＳＤＮ过渡，为将ＳＤＮ技术应用到运 营商智能管道网络中做出了有价值的研究和范例。
势。ＳＤＮ控制器集中拥有全网视角的网络拓扑，ＳＤＮ流控 算法按需计算流路径、管理调度流量，可以满足流量优化 的需求：ＳＤＮ控制器的集中拓扑和开放北向接口，便于用 户按需实时定制业务，可以满足按需发放的需求；通过
业务开通灵活的智能增强型网络，提供用户高速协同接 入、需求感知分析、资源自助指配、质量按需保障的差异化
ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ
（２）北向接口设计 北向接口基于标准的ＲＥＳＴｆｕｌ接１３和规范，根据按需 智能路由业务的需求．定义了可编程的ＡＰＩ参数和ＸＭＬ 消息类型格式。 北向接１３包括两类参数：标识参数和策略参数。其中 标识参数可以包括流量标识和应用感知类型标识。流量标 识用来标识一条流．可以是１～５元组（源ＩＰ地址、目的ＩＰ 地址、协议号、源端１３号、目的端口号）；应用类型标识用于 标识承载在一条流里的一个４。７层的应用类型。例如ＨＤ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｖｅｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
ｏｎ
ＳＤＮ—Ｂａｓｅｄ
Ｏｎ—Ｄｅｍａｎｄ Ｓｍａｒｔ Ｒｏｕｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ
Ｗａｎｇ Ｘｉｎｐｉｎ９１，Ｗａｎｇ （１．Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ｑｉａｎ２，Ｌｉｕ
Ｅｎｈｕｉｌ，Ｍａ Ｙｉｒａｎ３，Ｌｉｎ Ｃｈｅｎｇｙｏｎ９１，Ｓｈｉ Ｆａｎ３
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｈｕａｗｅｉ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２．Ｃｈｉｎａ Ｔｅｌｅｃｏｍ
ｃａｎ
ｎｅｗ
ｎｅｔｗｏｒｋ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｏｐｅｎ
ｏｎ
ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＳＤＮ ｃｏｎｃｅｐｔ
ｂｅ ｐｅｒｆｅｃｔｌｙ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｗｉｔＩｌ ｉｎ ｔｈｉｓ ｆｉｅｌｄ．Ｔｈｅ
ｏｎ
ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐｉｐｅｌｉｎｅ ｄｅｍａｎｄ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｃｕｓｔｏｍ ｒｏｕｔｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｗｈｉｃｈ ｉｓ
２基于ＳＤＮ的下一代高智能网络方案
２．１
网的传送路由资源的虚拟抽象信息提供，支持与高智
能引擎系统协同的可编程、可扩展的应用转发能力。 ・智能边缘接人系统：支持用户和应用接入信息的感 知采集、海量终端的无缝接入、ＬＰｖ６过渡技术等，为 构建端到端的下一代高智能网络提供用户可识别、 应用可区分、跨网协同的智能边缘控制能力。
台，基于通用服务器平台、Ｃ语言和Ｌｉｎｕｘ ＯＳ开发。如图４ 所示．ＮＩＣＥ组件是实现按需智能路由服务各项特定功能 的关键组件．它作为一个应用组件可以集成在任一款ＳＤＮ 控制器平台上。
ｐａｃｋｅｔ．ｉｎ消息中携带的ｉｎ／ｏｕｔ接口信息和接口属性信息 （内外联、上下行信息），确定ＳＤＮ边界节点，并保存到流
的北向接口（ｎｏｒｔｈｂｏｕｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ＮＢＩ）、流路径计算、拓扑
图４展示了ＮＩＣＥ组件接口和内部功能模块。组件接 １３包括北向接口（传递定制参数ＡＰＩ）、ＯＦ．ｐａｃｋｅｔ．ｉｎ／ｏｕｔ接 口（用于传递ｐａｃｋｅｔ．ｉｎ或ｐａｃｋｅｔ－ｏｕｔ消息）、流表接口（用于 下发镜像流表和转发流表）、拓扑接口（用于获取ＳＤＮ域 网络拓扑）以及与增值业务组件之间的接口（用于和增值 业务组件通信，按照定制需求，实现增值业务功能）。ＮＩＣＥ 组件的功能模块主要包括边界识别、策略管理、应用感知、 流管理＆流表计算、流路径计算模块。边界识别模块根据
（３）ＯＦ．ｈｙｂｒｉｄ混合转发设备 转发设备采用ＯＦ－ｈｙｂｒｉｄ路由器，基于华为ＮＥ４０Ｅ平 台开发．可以同时支持传统路由转发和０Ｆ流转发。在转发
面，通过配置使能０Ｆ流水线（ｐｉｐｅｌｉｎｅ）转发功能。当未使
能该功能时，路由器只是一台普通的传统路由器。
求的特定应用，进行流转发流路径的计算。
策略控制 ＮＩＣＥ组件
交互 增 接口 值
业 务
组 件 ＯＦ．ｐａｃｋｅｔ－ｉｎ／ｏｕｔ接１３ ｐａｃｋｅｔ－ｉｎ／ｏｕｔ消息
ｌ流表接口ｌ
上
流表下发
ｌ拓扑接口
ｌ获取拓扑
ＳＤＮ控制平台
图４ ＮＩＣＥ组件架构
和ＳＤＮ内连端口上配置ｍｉｓｓ．ｔａｂｌｅ动作为ＩＰ转发。 ３．２关键技术 本节重点介绍实现按需智能路由服务所需的关键技 术，ＳＤＮ／ＯｐｅｎＦｌｏｗ规范的基础通用功能此处不再赘述。 （１）ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ＯＦ．ｈｙｂｒｉｄ混合转发技术
管理表中：策略管理模块管理从北向接１３接收到的策略参 数，完成策略组合识别、策略仲裁，并保存流策略到流管理 表中；流管理＆流表计算模块管理、维护流管理表，向流路
万方数据
径计算模块请求路径计算．根据路径和策略计算流表、流 表下发；流路径计算模块根据拓扑，使用ＳＤＮ路径计算算 法，计算有质量保证的流转发路径；应用类型感知模块对 上送到控制器的流，进行深度感知分析，实现针对符合要
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００９５，Ｃｈｉｎａ；
Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ
１０００３２，Ｃｈｉｎａ；
３．Ｂｅｉｊｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＳＤＮ ｉｓ
ａ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｔｅｌｅｃｏｍ
Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ １０００３５，Ｃｈｉｎａ）
完美地契合。在基于ＳＤＮ的下一代高智能网络（Ｓ—ＮＩＣＥ）总体架构研究的基础上进行探索．论述了Ｓ．ＮＩＣＥ架
构中的核心系统——按需智能路由系统的关键技术、系统设计、部署验证和应用场景。
关键词：软件定义网络；智能增强型网络；基于ＳＤＮ的下一代高智能网络；按需；智能路由 ｄｏｉ：１０．３９６９６．ｉｓｓｎ．１０００—
专题：下一代互联网
基于ＳＤＮ的按需智能路由系统研究与验证木
王歆平１，王 茜２，刘恩慧１，马亦然３，林程勇１，史 凡３
（１．华为技术有限公司北京研究所北京１０００９５；２．中国电信集团公司北京１０００３２；
３．中国电信股份有限公司北京研究院北京１０００３５）
要：软件定义网络（ＳＤＮ）是一种新型的网络技术，ＳＤＮ开放可编程的理念与网络管道智能化的需求能够
网络架构 基于ＳＤＮ的下一代高智能网络（如图ｌ所示）分为承
载控制层和承载层。承载控制层向上层应用提供满足业务 需求并与承载层能力相匹配的管理控制能力。提供基于感 知分析的ＳＤＮ控制和策略控制。承载层满足各类用户和终
端的灵活接人、各类应用的按需路由优化和策略执行，并具 备应用可感知、用户可区分、路由可优化的新型转发体系。
服务。随着信息技术的快速发展和用户需求的不断变化，
网络正在由传统粗放型“哑管道”向精细化“智能管道”转 型。基于控制转发分离和开放可编程理念的ＳＤＮＥ２１新型网 络技术不断成熟，用于满足智能管道“按需发放”、“流量优
ＯｐｅｎＦｌｏｗ（ＯＦ）等控制通道协议，转发面将网络状态、流量
实时上报到控制器进行流量分析，可以满足感知的需求； ＳＤＮ控制器开放北向可编程接口。便于第三方应用的快速 生成，可以满足开放的需求；ＳＤＮ集中控制面之后，便于不
ＯＦ．ｈｙｂｒｉｄ混合转发技术是ＯＦ．ｈｙｂｒｉｄ路由器
的核心机制．通过配置使能ＯｐｅｎＦｌｏｗ流水线功能．从而激 活路由器，同时既支持传统路由转发，又支持ＯｐｅｎＦｌｏｗ流 转发。如图５所示，当使能ＯｐｅｎＦｌｏｗ转发时，报文进入路 由器后，先进行ＯｐｅｎＦｌｏｗ流表的匹配查找，如果匹配，则
ｖｉｄｅｏ、Ｐ２Ｐ、ＶｏＩＰ等。而策略参数是提供给ＳＤＮ流路径算法 按需计算流转发路径用的．可以包括带宽（如２
３按需智能路由系统设计和实现
如图３所示，按需智能路由服务是一个端到端的业务 方案，为了实现该业务功能，对ＳＤＮ控制器和转发设备提 出了许多新的能力需求。ＳＤＮ控制器需要支持开放可编程
对智能承载、智能边缘接入系统中资源、路径、服务
等能力的灵活调用和管理。
万方数据
羁２按需智能路由系统特ｉ
器
图３按需智能路ｆｂ系统架构和处理流程
・高智能引擎系统：面向感知的高智能引擎系统具体 包括感知分析系统、ＳＤＮ控制和策略控制等子系 统。通过对承载层各层面信息的统计分析，针对不 同的用户和应用需求，设置相应的资源调用策略或
者应用路由。通过ＳＤＮ控制和策略控制功能，选择 适合不同应用流量模型的路由、存储或处理资源， 保障业务承载的质量并提升承载网络的传送效率。 ・软件定义的智能承载系统：是新型的基于ＳＤＮ路由 开放技术、网络虚拟化的新型路由系统，支持对承载
粗或细粒度、静态或动态ＶＩＰ流量识别和ＮａａＳ定制路由
服务；当ＳＤＮ控制器出现故障时，不影响传统普通业务的
图１
Ｆ一代高智能网络架构模型
ＩＰ转发．已经定制了按需定制路由服务的ＶＩＰ用户．依ＩＨ
享有转发设备上已经建立好的精细化流转发路径，而新的 ＶＩＰ用户也通过传统Ⅲ转发，不影响现网应用。
从实现的角度，下一代高智能网络架构由５个系统组 成：能力开放系统、高智能引擎系统、软件定义的智能承载 系统、智能边缘接入系统、高智能运营支撑系统。 ・能力开放系统：为上层应用提供统一的开放接Ｉ＝Ｉ， 支持智能型网络中业务和网络能力的调用。也支持
控 制
层
的按需货币化，也可以提升ＶⅢ用户的应用体验，满足精
细化运营管道的智能管道需求。 按需智能路由系统特征如图２所示．在按需智能路由 服务中，８０％的普通用户报文通过传统口转发，而２０％的
承
载
层
Ｖ口用户，根据自己的需要，付费定制高质量的服务，享用 优质ＱｏＳ保证的Ｏｐｅｎｎｏｗ（０耵流转发路径；ＳＤＮ控制器上 的流控算法按需为ＶＩＰ付费用户计算定制路径，可以支持

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路由选择算法在SDN网络中的研究与优化

路由选择算法在SDN网络中的研究与优化

路由选择算法在SDN网络中的研究与优化引言软件定义网络（Software-Defined Networking，SDN）是一种新型的网络架构，通过将网络控制平面与数据平面分离，使得网络管理更加灵活、可编程和可扩展。

在SDN 网络中，路由选择算法是至关重要的一部分，它决定了数据包在网络中的传输路径和延迟。

本文将探讨路由选择算法在SDN网络中的研究与优化。

路由选择算法的分类在SDN网络中，路由选择算法主要可以分为基于链路状态和基于距离向量两类。

基于链路状态（Link State）的路由选择算法使用广播或洪泛的方式收集网络中所有结点的链路状态信息，并根据该信息计算出最短路径。

其中，最为著名的算法是Dijkstra算法，它通过计算结点到目标结点的最短路径来进行路由选择。

基于距离向量（Distance Vector）的路由选择算法每个结点只知道与其相邻结点的距离向量信息，通过交换距离向量信息与相邻结点进行通信，并根据距离向量信息更新路由表。

其中，最为常见的算法是Bellman-Ford算法和RIP（Routing Information Protocol）。

优化研究的挑战然而，在SDN网络中，由于网络规模庞大、带宽需求不断增长和网络拓扑的持续变化，传统的路由选择算法面临许多挑战，需要进行进一步的研究和优化。

首先，网络规模的增加使得链路状态信息的收集和计算成为瓶颈。

当网络中的结点数量众多时，需要大量的时间和计算资源才能完整地计算出整个网络的最短路径。

因此，如何通过优化算法，提高运算效率成为一个重要的问题。

其次，网络拓扑的变化对路由选择算法的稳定性和可扩展性提出了更高的要求。

随着网络的不断发展和拓扑的动态变化，传统的路由选择算法往往无法及时适应这些变化，导致性能下降和延迟增加。

因此，如何设计具有自适应性和动态性的路由算法成为一个关键问题。

此外，为了满足不同应用对带宽和延迟的差异需求，需要在路由选择算法中引入多路径选择机制。

基于SDN的校园网络拓扑设计与实现

基于SDN的校园网络拓扑设计与实现

基于SDN的校园网络拓扑设计与实现随着信息技术的快速发展，校园网络已经成为现代教育机构不可或缺的重要基础设施。

传统的校园网络架构已经难以满足快速增长的网络流量需求、灵活的网络管理要求和多样化的应用需求。

因此，基于软件定义网络（SDN）的校园网络拓扑设计与实现成为了当前研究的热点之一。

在传统的校园网络架构中，网络设备之间的通信需要通过硬件交换机来实现，网络管理员需要手动配置每个网络设备的路由规则和策略。

这种基于硬件设备的网络架构存在着诸多问题，如网络配置繁琐、网络故障排查困难、网络管理不灵活等。

而SDN的核心思想是将网络控制平面和数据转发平面分离，通过集中控制器来对整个网络进行管理和配置，从而实现网络灵活性、可编程性和智能化管理。

主要包括网络拓扑设计、控制器选择、流表规则设计、网络虚拟化、安全策略等方面。

首先，网络拓扑设计是SDN网络建设的基础，需要根据实际网络需求和拓扑结构来设计合理的网络架构。

在校园网络中，一般会包括核心网络、汇聚网络和接入网络，每个网络层次都有不同的网络设备，如交换机、路由器、防火墙等。

通过合理的网络拓扑设计，可以提高网络性能、减少网络拥塞、提高网络可靠性。

其次，控制器的选择是SDN网络设计的关键。

目前主流的SDN控制器有OpenDaylight、ONOS、Floodlight等，每个控制器都有不同的特点和功能。

在选择控制器时需要考虑控制器的性能、可扩展性、稳定性和开发社区支持等因素。

同时，控制器的选择还需要考虑与现有网络设备的兼容性，以便实现平滑的网络迁移和升级。

流表规则设计是SDN网络中最核心的部分之一。

流表规则用于定义网络设备的数据转发策略，包括数据包的匹配规则、动作列表等。

通过合理的流表规则设计，可以实现网络数据包的快速转发和路由选择，降低网络延迟和丢包率。

同时，流表规则还可以实现网络的质量控制、流量监控和负载均衡等功能。

网络虚拟化是SDN网络中的重要技术之一，通过网络虚拟化可以实现网络资源的动态分配和管理。

基于SDN的校园网改造方案研究

基于SDN的校园网改造方案研究

基于SDN的校园网改造方案研究近年来，随着信息技术的迅猛发展和互联网的深入普及，数字化校园建设成为高等院校不可或缺的部分。

然而在当今网络时代，很多校园网仍然存在着诸多问题，比如网络延迟高、网络安全性差等。

随着SDN技术的应用，基于SDN的校园网改造方案研究也成为了当前热门的课题。

I. 研究背景作为高等教育的重要载体和学术研究的重要场所，校园网提供的网络服务质量和性能已经成为影响学校教学和科研的关键因素之一。

然而，在大多数校园网中，部分区域的网络连接速度和网络安全性仍存在诸多问题。

此外，日益增长的网络流量和节点规模也无法完全满足学校网络需求。

在此背景下，SDN技术的引入成为了实现高性能、高安全、灵活、可编程的优质校园网的有效手段。

II. SDN技术简介SDN是软件定义网络（Software Defined Network）的简称，它是指通过将网络控制与转发相分离，从而实现网络智能化配置、弹性可调度、网络资源共享和统一管理的网络架构。

SDN架构将网络控制平面（Control Plane）和数据转发平面（Data Plane）进行分离，使得网络的灵活度和可调度性大大提升。

在SDN架构中，网络交换机将数据包转发规则的管理流程交由中央控制器（Controller）处理，交换机使用OpenFlow等协议与控制器进行通信。

控制器根据需要下发泛化过的转发流规则到交换机，从而实现对网络的统一控制和管理。

III. 基于SDN的校园网改造方案基于SDN架构的校园网改造方案，应从网络架构设计、控制器选择、网络拓扑设计、设备选型等方面出发，如下所述：1. 网络架构设计基于SDN的校园网改造方案需要采用三层透明转发模型，实现透明转发、分组交换和网络边界隔离等功能。

同时，由于校园网是一个广域网，故网络架构应划分为物理层、数据链路层、网络层、应用层四个层面，实现不同层面的管理和控制。

2. 控制器选择控制器是SDN架构的核心组件，不同控制器有各自的功能特点和性能优劣。

基于SDN的智能家居网络拓扑设计与实现

基于SDN的智能家居网络拓扑设计与实现

基于SDN的智能家居网络拓扑设计与实现智能家居网络作为物联网技术中的一个重要应用领域，近年来受到了越来越多的关注。

随着智能家居设备的逐渐增多和用户对于智能化生活的需求不断提升，对于智能家居网络的设计和管理也提出了更高的要求。

传统的家庭网络架构由于缺乏灵活性和智能性，已经无法满足日益增长的智能家居网络的需求。

因此，如何利用新兴的软件定义网络(Software Defined Networking, SDN)技术来设计和管理智能家居网络，成为了当前亟待解决的问题。

智能家居网络的拓扑设计是整个系统的基础，它直接影响到网络的性能、稳定性和安全性。

传统的家庭网络拓扑结构通常是单一的物理拓扑，难以满足智能家居设备不断增加和网络信息传输多样化的需求。

通过引入SDN 技术，可以将网络的控制平面和数据平面进行分离，从而实现网络的灵活性和可编程性。

借助SDN技术，智能家居网络可以根据不同应用场景和设备需求进行动态调整和优化，提高网络的智能性和自适应性。

在智能家居网络拓扑设计中，一个重要的问题是如何构建一个高效的网络架构来支持多样化的智能家居应用。

根据智能家居设备的特点和应用需求，可以将网络划分为核心网络、边缘网络和终端网络三层结构。

核心网络用于数据交换和传输，承担着网络流量的转发和路由功能；边缘网络则负责连接智能家居设备和核心网络，提供更快速的数据传输和更低延迟的服务；终端网络则是智能家居设备的接入网络，用于连接各种智能家居设备和传感器。

基于SDN的智能家居网络拓扑设计需要充分考虑网络的可扩展性、灵活性和可靠性。

通过引入SDN控制器，可以实现对整个网络拓扑的集中管理和控制。

SDN技术可以根据网络流量和负载情况实时调整网络架构，优化路由路径和负载均衡，提高网络的性能和可靠性。

此外，SDN技术还可以实现网络虚拟化和隔离，在保障网络安全的同时提高网络资源的利用率。

在实际应用方面，基于SDN的智能家居网络拓扑设计还需要考虑网络设备的互联互通和智能家居应用的需求。