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第1章 绪言1

1.1 分组交换的基本术语2

1.2 历史背景4

1.3 现代数据中心5

1.4 传统交换机体系结构7

1.4.1 数据、控制和管理平面7

1.4.2 基于软件的路由选择和桥接8

1.4.3 转发表的硬件查找9

1.4.4 通用可编程的转发规则9

1.5 自治和动态转发表10

1.5.1 二层控制11

1.5.2 三层控制12

1.5.3 是协议大杂烩还是一碗交换机粥13

1.6 我们能提高分组转发的IQ值吗16

1.7 开源和技术转变17

1.8 本书的组织结构18

参考文献18

第2章 为什么是SDN20

2.1 交换机及控制平面的发展历程20

2.1.1 用软件实现的简单的分组转发和路由选择21

2.1.2 早期设备的独立性和自治性21

2.1.3 从软件走向硬件23

2.1.4 硬件转发以及用软件实现的控制23

2.1.5 简化设备的需求越来越强烈23

2.1.6 控制从设备上的移除24

2.2 成本24

2.2.1 开发成本不断增加25

2.2.2 封闭的环境鼓励供应商的市场圈定25

2.2.3 变革的复杂性与阻力26

2.2.4 网络运营成本的上升26

2.3 SDN意味着不断的探索和革新26

2.3.1 现状对目前主流供应商有利27

2.3.2 SDN对科研创新的促进作用27

2.4 数据中心的创新28

2.4.1 计算和存储虚拟化28

2.4.2 当前网络的不足之处29

2.5 数据中心的要求30

2.5.1 自动化30

2.5.2 可扩展性30

2.5.3 多路径31

2.5.4 多租户31

2.5.5 网络虚拟化31

2.6 小结32

参考文献32

第3章 SDN的起源34

3.1 网络技术的发展历程34

3.1.1 大型机网络：远程终端34

3.1.2 点对点对等连接35

3.1.3 局域网35

3.1.4 桥接网络35

3.1.5 路由选择网络36

3.2 SDN的前身37

3.2.1 早期的尝试37

3.2.2 网络接入控制38

3.2.3 编排39

3.2.4 虚拟管理器网络插件40

3.2.5 ForCES：转发和控制平面的分离41

3.2.6 4D：集中的网络控制42

3.2.7 Ethane：基于控制器的网络策略44

3.3 软件定义网络的诞生45

3.3.1 OpenFlow的出现45

3.3.2 开放网络基金会46

3.4 维护SDN的互操作性47

3.5 开放源代码的积极作用48

3.5.1 集体的力量48

3.5.2 集体的危险性49

3.5.3 SDN开源代码49

3.6 传统机器向SDN的演化50

3.7 网络虚拟化50

3.8 我可以把自己的网络称为SDN吗51

3.9 小结51

参考文献51

第4章 SDN的工作原理53

4.1 SDN的基本特点53

4.1.1 平面分离53

4.1.2 简化的设备和集中的控制器54

4.1.3 网络自动化和虚拟化54

4.1.4 开放性55

4.2 SDN的工作原理55

4.3 SDN网络设备57

4.3.1 流表58

4.3.2 软件SDN交换机59

4.3.3 硬件SDN设备59

4.3.4 SDN设备的现有实现61

4.3.5 流的数量调整61

4.4 SDN控制器61

4.4.1 SDN控制器的核心模块62

4.4.2 SDN控制器接口63

4.4.3 目前SDN控制器的实现63

4.4.4 SDN控制器的潜在问题64

4.5 SDN应用65

4.5.1 SDN应用的职责65

4.6 替代的SDN方法66

4.6.1 利用现有API的SDN66

4.6.2 利用基于虚拟机管理程序的覆盖网络的SDN68

4.7 小结70

参考文献71

第5章 OpenFlow规范72

5.1 本章使用的术语73

5.2 OpenFlow概述73

5.2.1 OpenFlow交换机74

5.2.2 OpenFlow控制器75

5.2.3 OpenFlow协议76

5.2.4 控制器与交换机之间的安全通道76

5.3 OpenFlow 1.0和OpenFlow的基本概念77

5.3.1 端口和端口队列78

5.3.2 流表78

5.3.3 分组匹配79

5.3.4 动作与分组转发80

5.3.5 控制器和交换机之间的消息82

5.3.6 举例：控制器对流表的编程84

5.3.7 举例：基本的分组转发86

5.3.8 举例：交换机向控制器转发分组86

5.4 OpenFlow 1.1新增功能88

5.4.1 多级流表88

5.4.2 群组90

5.4.3 MPLS和VLAN标签的支持91

5.4.4 虚拟端口91

5.4.5 控制器连接失效92

5.4.6 举例：使用多级流表的转发92

5.4.7 举例：使用V.1.1 的群组多播94

5.5 OpenFlow 1.2 的新增功能94

5.5.1 支持可扩展匹配95

5.5.2 支持可扩展的SET_FIELD分组重写95

5.5.3 PACKET IN中可扩展的上下文表达式95

5.5.4 多控制器96

5.5.5 举例：经过SP网络的桥接VLAN96

5.6 OpenFlow 1.3 的新增功能97

5.6.1 功能协商的重构98

5.6.2 支持更灵活的表失配98

5.6.3 每流计量99

5.6.4 每连接的事件过滤100

5.6.5 辅助连接100

5.6.6 PACKET_IN消息中的Cookie101

5.6.7 运营商骨干网桥接的标签处理102

5.6.8 举例：利用计量段强制实施的QoS102

5.7 OpenFlow的局限性103

5.8 小结103

参考文献104

第6章 SDN的替代定义105

6.1 OpenFlow潜在的缺点105

6.1.1 变化太大、太快106

6.1.2 单点故障107

6.1.3 性能和规模110

6.1.4 深度分组检测112

6.1.5 状态流意识114

6.1.6 结论115

6.2 SDN-via-API115

6.2.1 网络设备中的传统API116

6.2.2 适用于SDN-via-API的API117

6.2.3 REST：一种不同的API协议117

6.2.4 SDN-via-API举例118

6.2.5 SDN-via-API的评估119

6.3 基于虚拟机管理程序的覆盖网络SDN120

6.3.1 覆盖网络中的控制器120

6.3.2 覆盖网络的操作过程121

6.3.3 SDN-via-overlayl举例122

6.3.4 SDN-via-overlay的评估123

6.4 利用开放设备的SDN124

6.5 网络功能虚拟化125

6.6 各种替代方法之间的重叠与比较126

6.7 小结127

参考文献128

第7章 数据中心的SDN129

7.1 数据中心的定义129

7.2 数据中心的需求131

7.2.1 克服当前网络的限制131

7.2.2 增加、移动和删除资源134

7.2.3 故障恢复134

7.2.4 多租户134

7.2.5 流量工程和路径效率135

7.3 数据中心的隧道技术135

7.3.1 虚拟扩展局域网136

7.3.2 使用通用路由封装的网络虚拟化137

7.3.3 无状态传输隧道138

7.4 数据中心的路径技术138

7.4.1 通用多路径路由选择139

7.4.2 多生成树协议139

7.4.3 最短路径桥接139

7.4.4 等价多路径140

7.4.5 SDN和最短路径的复杂性141

7.5 数据中心的以太网矩阵141

7.6 数据中心的SDN应用场景142

7.6.1 克服当前网络的限制143

7.6.2 增加、移动和改变网络资源144

7.6.3 故障恢复145

7.6.4 多租户146

7.6.5 流量工程和路径有效性146

7.7 比较开放SDN与SDN-via-overlay在数据中心的表现148

7.7.1 SDN-via-overlay148

7.7.2 开放SDN148

7.8 现实世界的数据中心实现149

7.9 小结149

参考文献150

第8章 非数据中心环境下的SDN151

8.1 广域网153

8.1.1 SDN在广域网中的应用154

8.1.2 举例：谷歌广域网的MPLS LSP155

8.2 服务提供商和电信运营商网络156

8.2.1 SDN在服务提供商和电信运营商网络中的应用158

8.2.2 举例：MPLS-TE和MPLS VPN159

8.2.3 举例：服务提供商的云爆发159

8.3 园区网160

8.3.1 园区网中的SDN：策略的应用161

8.3.2 园区网中的SDN：设备与用户安全161

8.3.3 园区网中的SDN：流量抑制163

8.4 酒店网165

8.5 移动网络165

8.5.1 SDN应用于移动网络166

8.6 在线网络功能168

8.6.1 NFV与SDN的比较168

8.6.2 SDN应用于服务器负载均衡169

8.6.3 SDN用于防火墙170

8.6.4 SDN应用于入侵检测171

8.7 光传输网络172

8.7.1 SDN应用于光网络172

8.8 SDN与P2P／覆盖网络的比较174

8.9 小结174

参考文献175

第9章 SDN生态圈合作伙伴176

9.1 学术研究机构177

9.1.1 学术界对SDN的主要贡献178

9.2 产业研究实验室178

9.3 网络设备制造商179

9.4 软件供应商181

9.5 白盒交换机183

9.6 商用芯片生产商184

9.7 原始设备制造商185

9.8 企业185

9.9 标准机构和产业联盟186

9.9.1 开放网络基金187

9.9.2 OpenDaylight187

9.9.3 OpenStack188

9.9.4 IETF和IEEE189

9.10 小结189

参考文献190

第10章 SDN的应用192

10.1 前期工作192

10.2 反应式应用和先应式应用的比较193

10.2.1 术语194

10.2.2 反应式SDN应用194

10.2.3 先应式SDN应用196

10.3 一些简单SDN应用的分析198

10.4 一个简单的Java反应式应用198

10.4.1 主机名黑名单199

10.4.2 IP地址的黑名单处理199

10.4.3 黑名单：监听器201

10.4.4 黑名单：分组处理器202

10.4.5 黑名单：流管理器204

10.5 控制器的背景207

10.6 使用Floodlight控制器207

10.6.1 Java API208

10.6.2 RESTful API208

10.7 使用OpenDaylight控制器209

10.7.1 Java API209

10.7.2 RESTful API209

10.8 使用思科的XNC控制器210

10.8.1 RESTful API210

10.9 使用惠普控制器210

10.9.1 Java API210

10.9.2 RESTful API211

10.10 关于交换机的考虑211

10.11 创建网络虚拟隧道212

10.12 数据中心的流卸载213

10.13 用于园区网的接入控制215

10.14 服务提供商的流量工程216

10.15 小结217

参考文献218

第11章 SDN开源代码219

11.1 本章特定术语220

11.2 开源许可证相关事宜221

11.3 SDN开源代码用户的特征223

11.4 OpenFlow的源代码224

11.5 交换机实现225

11.6 控制器实现226

11.7 SDN应用229

11.8 编排和网络虚拟化230

11.9 仿真、测试和工具231

11.10 OpenStack231

11.11 举例：SDN开源代码的应用233

11.12 小结235

参考文献236

第12章 商业影响237

12.1 一切皆服务237

12.2 市场规模238

12.3 SDN厂商分类238

12.3.1 服务器虚拟化传统运营商和SDN239

12.3.2 增值经销商239

12.4 对传统网络设备制造商的影响240

12.4.1 保护市场份额240

12.4.2 适度创新240

12.5 对企业客户的影响241

12.5.1 降低设备成本242

12.5.2 避免混乱242

12.6 在网络行业中引发的风暴243

12.6.1 大型网络设备制造商变得越来越少243

12.6.2 迁移到云计算243

12.6.3 渠道变化244

12.7 风险投资244

12.8 重要的SDN收购案245

12.8.1 VMware246

12.8.2 Juniper246

12.8.3 Brocade247

12.8.4 思科247

12.9 SDN初创公司248

12.9.1 OpenFlow中坚力量249

12.9.2 非OpenFlow的白盒企业250

12.9.3 OpenFlow ASIC？250

12.9.4 数据中心网络虚拟化251

12.9.5 WAN网络虚拟化252

12.9.6 网络功能的虚拟化252

12.9.7 光交换252

12.9.8 网络边缘的移动功能和SDN253

12.10 职业影响253

12.11 小结254

参考文献255

第13章 SDN的未来257

13.1 现状257

13.2 开放SDN潜在的创新应用259

13.2.1 管理非传统的物理层链路260

13.2.2 对网络应用编程技术261

13.2.3 安全应用262

13.2.4 移动网络中的漫游263

13.2.5 移动网络中的流量工程264

13.2.6 节能265

13.2.7 支持SDN的交换机芯片266

13.3 小结267

参考文献268

附录 缩略语270