【SDN】研究综述

SDN（Software Defined Network）简介

SDN起源于 2006年 斯坦福大学的Clean Slate研究课题。

2007年 斯坦福大学生Martin Casado领导了一个关于网络安全与管理的项目Ethane，该项目试图通过一个控制器，让网络管理员可以方便地定义给予网络流的安全策略，并将这种策略应用到各种网络设备中，实现对整个网络通讯的安全控制。

2008年 ，基于Ethane和前续项目Sane的启发，Nick Mcown教授等人提出了OpenFlow的概念，发表了首篇详细介绍OpenFlow概念的论文： 《OpenFlow：Enabling Innovation in Campus Networks》 。

SDN特点是控制转发分离、集中式控制、可编程、开放接口、虚拟化。解决了传统计算机网络硬件不开放、不可编程等带来的问题。SDN可以说是一种技术，也可看做是一种思想。

推动SDN发展的协会

ONF（Open Networking Foundation） ：开放网络联盟，于2011年成立，是最早的SDN组织，创始成员主要是Google、Facebook、微软、雅虎等互联网公司，后期加入了腾讯、华为、中心、中国移动等。旨在推动SDN的标准化（ONF Plugfest），制定并发布OpenFlow技术标准。

ODL（OpenDayLight） ：成立于2013年4月，由思科联手IBM、Juniper、BigSwitch、Broadcade、Redhat、VMware、NEC、Arista、惠普、英特尔、Citrix、Ericsson等发起，成员主要是网络厂商，ODL主要是为了打造一个开源的SDN平台框架，包括网络应用和服务、北向接口、控制器、南向接口等，更简单一点，就是提供开源网络操作系统，目前最核心的是做了行业默认标准的OpenDayLight控制器。

ONOS（Open Network Operate System） ：开放网络操作系统，与2014年11月成立，创世成员主要包括ON.LAB、AT&T、NTT、华为、爱立信、富士通、NEC、Ciena、Intel，成员主要来自运营商，旨在为运营商用户提供开源网络控制器，目前核心工作主要是做出了面向运营商的ONOS系统，与ODL控制器正面竞争

NFV（Network Function Virtualization） ：网络功能虚拟化，成立于2012年10月，由AT&T、英国电信、德国电信、中国移动等成员提出，成员主要来自运营商，该组织所属欧洲电信标准协会ETSI，致力于IT设备虚拟化，提高运营能力降低运营成本。

SDN相关研究

当前SDN的研究分别集中在SDN的三层架构上。大致方向有：多控制器协同可扩展性的问题，网络故障检测，控制器安全控制，策略编排，流表优化等方向。其中 数据层 的研究方向有转发规则、交换机设计等； 控制层 的研究方向有控制器设计、北向接口语言、一致性、安全性等。在 应用层 的研究方向有数据中心节能、流量监控等。对于SDN自身的发展还包括SDN可扩展性研究、SDN网络安全研究、SDN与其他网络架构融合、SDN与大数据融合等方向。以下是近些年对上述研究方向进行研究的相关论文。

1. 孙晨, 毕军, 郑智隆, et al. MicroNF:基于微服务的异构网络功能虚拟化框架[J]. 通信学报, 2019(8),清华大学信息科学技术学院.该文章提出一种名为MicroNF的新型高性能可编程框架，将可编程硬件基础设施与NFV中的传统软件基础设施相结合，实现了高性能和灵活性。该框架借鉴了微服务思想，从NFV的服务链中删除了冗余处理逻辑，以提高服务链性能。
2. 付永红, 毕军, 张克尧, et al. 软件定义网络可扩展性研究综述[J]. 通信学报, 2017(7),清华大学信息科学技术学院.该文章主要对SDN可扩展性研究进行了描述，指出了当前可扩展性的研究进展和性能可扩展评价，从性能、规模方面对国内外的研究进行了充分介绍和多种评价度量方式。
3. 于洋, 王之梁, 毕军, et al. 软件定义网络中北向接口语言综述[J]. 软件学报, 2016, 27(4).清华大学网络科学与网络空间研究院.该文详细介绍了北向接口语言特征和不同，为后续北向接口的研究工作指明方向。
4. 杨洋, 杨家海, 秦董洪. 数据中心网络多路径路由算法[J]. 清华大学学报(自然科学版), 2016(3),清华大学网络科学与网络空间研究院.该文章提出了一种基于多路径传输的动态路由算法Dramp。作为SDN应用层流量均衡策略，完成细粒度的流量均衡，并很好的克服控制器的额外开销。
5. 池亚平, 莫崇维, 杨垠坦, et al. 陈纯霞.面向软件定义网络架构的入侵检测模型设计与实现[J]. 计算机应用,2019(10),西安电子科技大学通信工程学院.由于控制器在SDN网络中占有重要位置，对控制器的安全控制研究是重要的课题。该文章通过对流表进行特征提取，训练神经网络来对入侵进行检测。
6. 周阳. 基于SDN的网络安全防御关键技术研究[D], 2018.北京邮电大学网络空间安全学院.该文章针对SDN网络南向接口面临DDoS安全威胁问题提出了安全监测方案。
7. 苑婷婷. 面向SDN过渡的节点迁移及优化方法的研究[D]. 2018.北京邮电大学网络技术研究院.本文分别研究了转发层过渡节点迁移策略，控制层控制器放置策略和应用层网络资源分配策略。提出了基于深度强化学习的混合SDN资源分配策略。
8. 谢坤. SDN环境下数据中心网络能源优化机制的研究[D]. 2018.北京邮电大学网络技术研究院.该文章研究了SDN环境下DCN数据平面节能优化算法和DCN弹性拓扑机制，属于数据中心节能方向的研究。
9. Program Chair-Rexford J , Program Chair-Vahdat A . Proceedings of the 1st ACM SIGCOMM Symposium on Software Defined Networking Research[C]// Acm Sigcomm Symposium on Software Defined Networking Research. ACM, 2015.Jennifer教授团队提出了Ravana，一种控制器与交换机数据一致性的协议，事件在交换机与控制器之间采用数据库事务的思想来管理，记录事件执行和完成的顺序。这种设计不但保障了控制器状态的一致性，也同步了交换机的状态数据，使得无论控制器还是交换机发生故障时，都不会影响到业务的正常进行，从而实现无故障的应用运行。