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计算机网络 · 04-network

SDN基本概念

重要度 ⭐⭐⭐⭐⭐ 计算机网络/网络层SDN软件定义网络控制平面数据平面
速查
SDN 核心思想：控制平面与数据平面分离，控制平面集中到 SDN 控制器，通过 OpenFlow（南向接口）下发转发表。传统网络则是每个路由器独立运行路由协议。

核心概念 ▾

1. 传统网络 vs SDN

传统网络：每个路由器独立运行路由协议，控制平面与数据平面耦合在同一设备。

SDN：控制平面集中到 SDN 控制器，数据平面保留在交换机 / 路由器中。

2. SDN 的三个平面

平面功能位置
数据平面分组转发交换机 / 路由器
控制平面路由计算、转发表生成SDN 控制器
管理平面网络配置、策略管理管理应用

SDN架构 ▾

北向接口（Northbound API）

控制器 ↔ 应用层，通常为 RESTful API，应用通过它向控制器下发网络策略。

南向接口（Southbound API）

控制器 ↔ 交换机，典型协议为 OpenFlow，控制器经它向交换机下发转发表项。

OpenFlow 协议

控制器与交换机之间的通信协议，主要消息类型：

  • Packet-In：交换机将无法直接处理的分组上报控制器
  • Packet-Out：控制器指示交换机发送分组
  • Flow-Mod：控制器向交换机下发流表项
  • Port-Status：端口状态变化通知

优点与挑战 ▾

优点

优点说明
集中控制全局视图，最优路由
灵活编程用软件定义网络行为
快速创新新协议不需改硬件
管理简化统一配置与管理

挑战

挑战说明
单点故障控制器是瓶颈与单点
扩展性大规模网络的控制器部署
安全性控制器被攻击则网络瘫痪
一致性多控制器间状态同步

常见考法 ▾

考点说明
SDN 的核心思想控制平面与数据平面分离
OpenFlow 的作用控制器与交换机的南向接口协议
SDN vs 传统网络集中控制 vs 分布式控制

易错点 ▾

注意
  • SDN 不是完全替代传统网络，而是改变控制方式
  • SDN 控制器不是路由器，不转发数据
  • OpenFlow 是南向接口协议，不是路由协议
  • 「软件定义」指用软件集中控制网络行为

核心结论 ▾

必背
  1. SDN 的核心是控制平面与数据平面分离
  2. 控制器集中管理网络，通过 OpenFlow 下发转发表
  3. SDN 使网络可编程、灵活、易管理
  4. 408 考试中 SDN 主要考查基本概念与架构

记忆卡片 ▾

SDN 的核心思想？
控制平面与数据平面分离，控制平面集中到 SDN 控制器。
OpenFlow 是什么？
控制器与交换机之间的南向接口协议。
SDN 的优势？
集中控制、灵活编程、快速创新、管理简化。
SDN 的主要挑战？
控制器单点故障、扩展性、安全性、一致性。

图示 · SDN 架构 ▾

应用层 北向 API SDN 控制器（控制平面） OpenFlow（南向） 交换机 A 交换机 B 交换机 C 数据平面（分组转发）
图：应用层经北向 API 下发策略；控制器经 OpenFlow（南向）管控数据平面的交换机。

交互动画 · 控制/数据平面分离的 8 步过程 ▾

手动模式
应用层（策略） SDN 控制器控制平面 北向 API 交换机1数据平面 交换机2数据平面 交换机3数据平面 主机 H1 主机 H2 OpenFlow（南向）
SDN 三层：应用层 → 控制器（控制平面）→ 交换机（数据平面）
南向 OpenFlow 下发流表；北向 RESTful 供应用下发策略

相关知识点

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