基于OpenFlow的SDN技术在IP城域网中的应用

周丽娜 陈元谋

【摘要】 本文在分析OpenFlow的SDN技术的基础上，采用分布式部署OpenFlow交换机，集中式部署控制器方式将SDN技术引入IP城域网，业务由SDN控制器完成。在城域网流量控制方面，改进了RCP控制器，增加了RCP控制器与数据中心的关联模块，在转发时综合考虑数据中心的负载状态，动态实现出省流量均衡。

【关键词】 OpenFlow SDN IP城域网 应用研究

一、引言

网络应用类型的不断丰富对IP城域网的业务控制层和核心层提出了更高的要求，随着网络规模的不断扩大，新型网络体系架构难以部署这一缺点也逐渐凸显出来 [1]，针对以上问题目前比较有代表性的研究组织有GENI、欧盟的FIRE、日本的 JGN2plus和我国的 SOFIA等，本文在研究上述组织提出的解决方案的基础上，对基于OpenFlow的SDN技术进行了研究。

二、基于OpenFlow的SDN网络架构

SDN的核心思想是将网络控制平面与数据平面分离，由软件驱动的中央控制节点来自动化控制整个网络。基于OpenFlow的SDN网络架构由控制器、OpenFlow交换机和安全通信协议组成。OpenFlow采用流表构造数据分组，数据分组按照流表进行转发，流表的生成、维护、配置则由中央控制器来管理[2]。

流表（flow table）有三个要素：数据包报头、操作和统计信息，这些流表由控制器控制。最新版本的OpenFlow v1.3标准定义了40个领域，包括对IPv6的协议的支持[2]。若输入流表的分组与控制器中的操作相匹配，则将分组转发到一个特定的端口，若输入流表的分组报头不匹配，则将分组发送到上述控制器，分析和处理后转发至相应的端口。OpenFlow交换机和控制器之间的协议用于管理交换机的状态，包括切换消息、对称消息以及异步消息等三种。控制器接收来自OpenFlow交换机的信息，并远程配置流表。

三、基于OpenFlow的SDN在IP城域网应用

3.1基于OpenFlow的SDN在IP城域网网络架构

目前IP城域网由核心层和业务控制层组成，核心层负责城域网内数据流量交换并提供城域网到IP骨干网的出口；业务控制层实现公众上网以及大客户互联网访问需求以及组播功能。

随着IP城域网承载业务类型多样化，如何快速实现业务部署和进行精细化流量管理成为IP城域网亟待解决的问题。

OpenFlow 协议1.0版本ACTION包括4种类型：

1、转发至相应的端口；

2、压缩并转发至控制器；

3、丢弃；

4、送入正常处理模式。

利用OpenFlow交换机的处理特性，可以在城域网业务控制层分布式部署OpenFlow交换机，从而实现传统的业务处理模式不变，而新开发的业务以及控制模型压缩并转发至控制器。

3.2新网络架构的应用

3.2.1新网络架构在业务控制层的应用

传统的IPv6业务在业务控制层或核心层部署相应的板卡后，需要对相应的支撑系统进行改造，不利于IPv6业务推广，采用基于OpenFlow的SDN网络架构以后，开发人员可以利用SDN控制器实现IPv6业务快速部署。

随着用户规模增加以及业务需求类型的多样化，基于OpenFlow的SDN网络可以满足用户智能提速的需求，同时第三方可以开发相应的控制模块，实现城域网多业务多元化承载需求。

3.2.2新网络架构在核心层的应用

随着用户规模增长，CR出口带宽需要不断扩容，这对设备的处理性能以及机房条件提出了更高的要求，文献[2]表明了在CR侧部署RCP控制器，能有效提升路由收敛性能，本文建议在RCP控制器中增加数据中心负载状态模块，用于记录大流量数据中心的访问需求，交由控制器完成数据中心状态跟踪，并形成相应的优先级，利用优先级合理选择出省路径，达到省干链路的最大化利用，有效减少省干链路的投资。

四、结语

本文首先总结了基于OpenFlow的SDN网络架构，然后分别对业务控制层以及核心层控制模型进行了分析，通过在业务控制层分布式部署OpenFlow交换机以及在核心层增加RCP数据中心负载状态模块，实现了城域网控制和转发分离。

参 考 文 献

[1]左青云.基于OpenFlow的SDN技术[J].软件学报，2013，24（5）：1076-1084.

[2] ángel Leonardo Valdivieso Caraguay， Alberto Benito Peral，Lorena Isabel Barona López， and Luis Javier García Villalba. SDN： Evolution and Opportunities in the Development IoT Applications[J].International Journal of Distributed Sensor Networks，2014，Article ID 735142：4-8.