SDN网络简单认识（1）——概述-编程知识

一、概述

软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）是一种网络架构理念，旨在使网络灵活和可编程，从而更好地支持动态和高度可扩展的计算环境。SDN通过抽象网络的控制层（决策层）和数据层（转发层），实现了网络控制功能的中心化，同时也提供了更加灵活的网络配置和管理方式。

软件定义网络（SDN）架构通过分离控制平面和数据平面，实现了网络管理的灵活性和中心化。这种架构主要包括以下几个关键组成部分：

1.1 应用层

应用层包括运行在SDN控制器之上的各种网络应用和服务。这些应用利用控制器提供的APIs来实现对网络的高级管理和自动化操作。例如，网络虚拟化应用可以创建多个虚拟网络，而安全应用则可以实时监控和响应网络威胁。

1.2 北向接口

北向接口允许SDN控制器与上层应用进行交互。这些接口提供了一种方式，使得网络服务和应用（如负载均衡、网络监控、安全服务等）可以通过编程方式访问网络状态信息和控制能力。北向接口促进了创新应用的开发，使得网络更加灵活和智能。

1.3 SDN控制器（控制平面）

SDN控制器是SDN架构的核心，负责整个网络的中央管理和决策制定。它提供了对网络设备的抽象，使网络管理员可以通过软件接口（APIs）来配置和管理网络，而无需直接操作物理设备。控制器使用南向接口与数据平面设备进行通信，下发路由和策略决策。

1.4 南向接口

南向接口定义了控制器与数据平面设备之间的通信协议。最著名的南向接口协议是OpenFlow，它允许控制器动态地管理交换机的流表，以控制网络流量的流向。南向接口使得SDN控制器能够编程地控制网络中的每一个数据包的路径。

关于南向接口的详细内容，可以阅读：

SDN网络简单认识（2）——南向接口https://ztzhang.blog.csdn.net/article/details/136769920?spm=1001.2014.3001.5502

1.5 数据平面（转发平面）

数据平面由网络中的物理交换机和路由器构成，负责在网络中转发数据包。在SDN架构中，这些设备被简化为仅执行控制器下发的转发决策。这种设计使得数据平面设备可以快速、高效地处理数据包，而复杂的网络决策逻辑则由控制器处理。

二、SDN的核心概念

2.1 控制层与数据层分离

控制层（Control Plane）：负责决定网络中数据包的路由方式。在传统网络中，每个网络设备（如路由器和交换机）都有自己的控制逻辑，独立做出决策。在SDN中，这些决策逻辑被集中到SDN控制器上，形成了集中式的网络决策系统。

数据层（Data Plane）：负责在网络中实际转发数据包。在SDN架构中，数据层的设备（如SDN交换机）变得更加简化，仅负责执行控制器下发的转发规则。

2.2 中央控制器

SDN控制器是SDN架构的大脑，它提供了网络的全局视图，使网络管理员可以集中管理和配置网络。控制器与网络设备之间通过南向接口通信，以实现对数据层设备的精确控制。控制器还提供北向接口，允许开发者和上层应用编程式地访问网络控制功能，促进了网络管理和服务创新。

2.3 南向接口

南向接口是控制器与数据层设备之间的通信协议，最著名的例子是OpenFlow。这些接口使得控制器可以动态地向交换机下发路由决策和流表项，控制网络流量的行为。南向接口的标准化是实现SDN概念的关键，因为它提供了一种统一的方式来管理不同制造商的网络设备。

2.4 北向接口

北向接口（Northbound APIs）允许上层应用和服务与SDN控制器交互。通过这些接口，应用可以请求网络服务、查询网络状态、以及编程式地调整网络配置。北向接口促进了网络功能的快速开发和部署，支持了各种网络自动化和优化应用，如自动负载均衡、网络安全策略管理等。

2.5 编程能力

SDN的可编程性是其最强大的特性之一。它允许网络管理员和应用开发者通过软件来定义和调整网络行为，而不是通过手动配置每个网络设备。这种可编程性支持了动态的网络配置、自动化的策略实施、以及对不断变化的网络需求的快速响应。

2.6 总结

SDN通过控制层与数据层的分离、引入中央控制器、定义南向和北向接口以及提供网络的可编程能力，实现了对网络资源的动态管理和优化。这种架构转变为网络设计、运营和创新提供了前所未有的灵活性和控制力，是现代网络技术的一个重要发展方向。

三、SDN的优势

灵活性：SDN支持动态、按需的网络配置，能够快速适应新的服务需求。
集中管理：通过中央控制器实现的集中管理简化了网络配置和管理，提高了效率。
成本效益：SDN可以使用通用硬件（商用服务器）来实现数据转发等功能，减少对专业网络设备的依赖，降低了成本。
创新加速：SDN的可编程性和灵活性促进了新网络功能和服务的快速开发与部署。