SDN课程阅读作业（2）

1.过去20年中可编程网络的发展可以分为几个阶段？每个阶段的贡献是什么？

• 主动网络阶段（从20世纪90年代中期到21世纪初）：在网络中引入了可编程功能

  • 对主动网络的研究开创了可编程网络的概念，以此来降低网络创新的障碍。

  • 需要支持多个编程模型的实验，这导致了网络虚拟化的工作。

  • 尽管在主动网络研究计划中，这一设想从未完全实现，但早期的设计文件指出，需要将广泛的中间框功能与一个通用、安全的编程框架统一起来。

• 控制和数据平面分离阶段（从2001年到2007年左右）：开发了控制和数据平面之间的开放接口

  • 控制平面和数据平面之间的开放接口

  • 网络的逻辑集中控制

  • 乙烷项目及其直接前身SANE为企业网络中的访问控制创建了一个逻辑上集中的、流级的解决方案。乙烷根据高级安全策略将交换机减少到由控制器填充的流表。乙烷项目及其在斯坦福计算机科学系的运行部署为创建OpenFlow奠定了基础。特别是，乙烷中的简单开关设计成为了最初OpenFlow API的基础。

• OpenFlow API和网络操作系统阶段（2007年至2010年左右）：广泛采用开放接口，并开发了使控制数据平面分离可扩展且实用的方法

  • 创建了全球网络创新环境（GENI）

  • 以前的路由控制工作主要集中在根据目的地IP前缀匹配流量。相反，OpenFlow规则可以基于13个不同的数据包头的任意一组定义流量上的转发行为。

  • 与先前提出节点操作系统的主动网络研究不同，OpenFlow的工作导致了网络操作系统的概念。

  • 分离控制层和数据层带来了国家管理方面的新挑战。

2.网络虚拟化与SDN的关系？

• SDN作为实现网络虚拟化的技术：云计算突出了网络虚拟化，因为云提供商需要一种方式，允许多个客户（或“租户”）共享同一网络基础设施。Nicira的网络虚拟化平台（Network Virtualization Platform，NVP）提供了这种抽象，而不需要底层网络硬件的任何支持。解决方案是使用覆盖网络为每个租户提供连接其所有虚拟机的单个交换机的抽象。然而，与先前在覆盖网络上的工作相比，每个覆盖节点实际上是物理网络的一个扩展——一个软件交换机（如Open vSwitch），它封装了发送到其他服务器上运行的虚拟机的流量。逻辑集中式控制器在这些虚拟交换机中安装规则，以控制如何封装数据包，并在虚拟机移动到新位置时更新这些规则。

• 评估和测试SDN的网络虚拟化：将SDN控制应用程序与底层数据平面分离的能力使得在应用程序部署到操作网络之前，能够在虚拟环境中测试和评估SDN控制应用程序。Mininet使用基于进程的虚拟化在同一物理（或虚拟）机上运行多个虚拟OpenFlow交换机、终端主机和SDN控制器，每个控制器都作为单个进程。使用基于进程的虚拟化允许Mininet模拟一个网络，在一台机器上有数百个主机和交换机。在这样的环境中，研究人员或网络运营商可以开发控制逻辑，并在生产数据平面的全面仿真上轻松地对其进行测试；一旦对控制平面进行了评估、测试和调试，就可以将其部署到实际的生产网络上。

• 虚拟化（“切片”）SDN：在传统网络中，虚拟化路由器或交换机是很复杂的，因为每个虚拟组件都需要运行自己的控制平面软件实例。相比之下，虚拟化“哑”SDN交换机要简单得多。FlowVisor系统使校园能够支持在承载生产流量的相同物理设备上进行联网研究的试验台。其主要思想是将业务流空间划分为“片”（PlanetLab的早期工作中引入的概念），其中每个片有一个网络资源共享，由不同的SDN控制器管理。FlowVisor作为hypervisor运行，向每个SDN控制器和底层交换机讲OpenFlow。最近的工作建议对家庭网络进行分层控制，以允许不同的第三方服务提供商（如智能电网运营商）在网络上部署服务，而无需安装自己的基础设施。最近的工作提出了用自己的逻辑拓扑和地址空间来表示软件定义网络的每个“片段”的方法。