软件定义网络:基于OpenFlow的SDN技术揭秘.pdf

软件定义网络:基于OpenFlow的SDN技术揭秘.pdf
 

书籍描述

内容简介
《软件定义网络:基于OpenFlow的SDN技术揭秘》内容简介:SDN(软件定义网络)是未来网络发展的趋势,它将网络管理功能从网络设备中分离出来,使得用户可以构建简便、灵活、高度可扩展的网络。OpenFlow是第一个专为SDN设计的标准接口,是SDN概念的早期实现方案之一。我们如何利用OpenFlow构建SDN?《软件定义网络:基于OpenFlow的SDN技术揭秘》是利用OpenFlow实际动手搭建SDN的系统实践指南。书中不仅深入浅出地讲解OpenFlow的基础知识,还详细阐述基于OpenFlow的网络应用开发、网络虚拟化、云计算中的安装与配置等具体过程。具体内容包括流的概念、流的转发、OpenFlow的功能、OpenFlow表的功能以及OpenFlow的特点和局限性;OpenFlow交换机的实现方案;OpenFlow控制器的作用及其API;环境的搭建;以学习型交换机和防火墙为例,展示网络应用开发;网络分片的获取;云计算中的OpenFlow;与OpenFlow有关的一些活跃的开源项目的概览。
《软件定义网络:基于OpenFlow的SDN技术揭秘》内容全面,既涵盖OpenFlow的基本构件,又包括利用OpenFlow实现SDN方面的内容,适合网络工程师、网络管理员、系统软件开发人员、网络应用开发人员,以及任何希望对OpenFlow有更多了解的人阅读。

编辑推荐
《软件定义网络:基于OpenFlow的SDN技术揭秘》构建OpenFlow网络应用的绝佳指南,使用OpenFlow平台和开发工具的第一手经验。既深入浅出讲解OpenFlow的基本组件,又详细介绍网络应用实现的技术细节,是实际动手构建SDN的必备参考。

作者简介
作者:(德国)Siamak Azodolmolky 译者:徐磊

Siamak Azodolmolky,德国哥廷根大学的计算与信息中心高级研究员,主要负责与软件定义网络(SDN)相关的研究工作。他曾在IBM伊朗分公司先后任软件开发工程师、系统工程师和高级研发工程师,并曾作为技术研究人员参与多个欧盟资助的国家项目。他拥有Azad大学和卡内基-梅隆大学硕士学位、加泰罗尼亚理工大学博士学位,并在国际会议和期刊上发表过50多篇论文。他是ACM专业会员和IEEE高级会员。

目录
译者序
前言
第1章 OpenFlow概述/1
1.1 理解软件定义网络—OpenFlow特色/2
1.2 有关SDN/OpenFlow的工作/4
1.3 SDN的基本构件/5
1.4 OpenFlow消息/13
1.4.1 控制器到交换机的消息/14
1.4.2 对称消息/18
1.4.3 异步消息/18
1.5 北向接口/20
1.6 本章总结/21
第2章 OpenFlow交换机的实现/23
2.1 OpenFlow参考交换机/24
2.1.1 异步消息/28
2.1.2 对称消息/29
2.2 硬件实现/29
2.3 基于软件的交换机/30
2.4 用Mininet搭建OpenFlow实验环境/32
2.4.1 Mininet入门/33
2.4.2 Mininet实验/36
2.5 本章总结/41
第3章 OpenFlow控制器/43
3.1 SDN控制器/44
3.2 已有的实现方案/47
3.2.1 NOX和POX/47
3.2.2 运行一个POX应用/49
3.2.3 NodeFlow/57
3.2.4 Floodlight/60
3.3 OpenDaylight/62
3.4 本章总结/64
第4章 环境的搭建/65
4.1 理解OpenFlow实验/66
4.1.1 外部控制器/70
4.1.2 完成OpenFlow实验/71
4.2 OpenDaylight/76
4.2.1 ODL控制器/77
4.2.2 基于ODL的SDN实验/80
4.3 本章总结/85
第5章 网络应用开发/87
5.1 网络应用1——学习型以太网交换机/88
5.2 网络应用2——简单的防火墙/97
5.3 网络应用3——OpenDaylight的简单转发/101
5.4 本章总结/103
第6章 网络分片的获取/105
6.1 网络虚拟化/106
6.2 FlowVisor/107
6.2.1 FlowVisor API/109
6.2.2 FLOW_MATCH结构/111
6.2.3 分片操作结构/113
6.3 FlowVisor切分/113
6.4 本章总结/120
第7章 云计算中的OpenFlow/121
7.1 OpenStack和Neutron/122
7.2 OpenStack的组网架构/126
7.3 Neutron插件/130
7.4 本章总结/134
第8章 开源资源/137
8.1 交换机/138
8.1.1 Open vSwitch/138
8.1.2 Pantou/141
8.1.3 Indigo/142
8.1.4 LINC/143
8.1.5 XORPlus/143
8.1.6 OF13SoftSwitch/145
8.2 控制器/146
8.2.1 Beacon/146
8.2.2 Floodlight/146
8.2.3 Maestro/148
8.2.4 Trema/149
8.2.5 FlowER/150
8.2.6 Ryu/150
8.3 其他/151
8.3.1 FlowVisor/151
8.3.2 Avior/153
8.3.3 RouteFlow/154
8.3.4 OFlops and Cbench/155
8.3.5 OSCARS/156
8.3.6 Twister/157
8.3.7 FortNOX/157
8.3.8 Nettle/158
8.3.9 Frenetic/158
8.3.10 OESS/158
8.4 本章总结/158

序言
前言
将网络管理功能从网络设备中分离出来是软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)的基本特征。SDN是计算机网络模式的一个新的转变,它意味着将网络的控制功能(即控制平面)与数据转发功能(即数据平面)相分离,而且所分离出来的控制部分是可编程的。这种控制逻辑的迁移使得下层网络互连基础设施能够从应用层面上抽象出来,之前的控制逻辑是紧密集成到网络设备(如以太网交换机)中的,现在则转变为可访问的逻辑意义上的集中式控制器。这一分离为构建一个更灵活的、可编程的、与厂商无关的、高性价比的、创新的网络架构铺平了道路。
除了网络的抽象化,SDN架构也将提供一组应用编程接口(Application Programming Interface,API),使得常用网络服务的实现更为简便,这些服务涉及路由、多播、安全、访问控制、带宽管理、流量工程、QoS、能效管理以及各种策略管理等。因此,企业、网络运维人员和运营商将在可编程能力、自动化和网络管理方面获得前所未有的全新体验,使他们得以构建灵活的、高度可扩展的网络,以适应不断变化的业务需求。
OpenFlow是第一个专为SDN设计的标准接口,它提供了能够跨多种网络设备的高性能的、精细的流量控制。本书将介绍有关OpenFlow的基础知识,它是SDN概念的早期实现方案之一。首先从OpenFlow交换机和控制器讲起,然后介绍基于OpenFlow的网络应用(Net App)开发、网络虚拟化、云计算中的OpenFlow,以及与OpenFlow有关的一些活跃的开源项目的概览。如果你还觉得不过瘾,本书还会告诉你怎样利用OpenFlow构建SDN。
本书内容
第1章 OpenFlow概述。介绍OpenFlow及其在SDN生态系统中的作用,以及OpenFlow在计算机网络中的工作原理。该章介绍实际动手搭建实验环境之前的预备知识,内容包括:流的概念、流的转发、OpenFlow的功能、OpenFlow表的功能以及OpenFlow的特点和局限性。
第2章 OpenFlow交换机的实现。内容包括:现有的OpenFlow交换机实现方案,包括硬件和软件的实现。
第3章 OpenFlow控制器。该章介绍作为OpenFlow交换机控制实体的OpenFlow控制器的作用,以及为OpenFlow网络应用(Net App)开发所提供的API(即所谓的北向接口)。
第4章 环境的搭建。介绍OpenFlow交换机和控制器的各个选项,也介绍网络应用的开发环境。该章重点介绍虚拟机(VM)的安装和一些工具(如Mininet和Wireshark),这部分知识将在第5章介绍网络应用开发时用到。
第5章 网络应用开发。通过网络应用样例(如学习型交换机和防火墙)的开发来展示OpenFlow如何为网络应用的开发提供通用的基础。
第6章 网络分片的获取。介绍如何利用OpenFlow和FlowVisor对网络进行切分。该章将具体规划一个网络,使读者能够了解如何利用FlowVisor来配置和使用网络分片。
第7章 云计算中的OpenFlow。重点是OpenFlow在云计算中的作用,并将特别介绍OpenStack的Neutron的安装和配置,Neutron是一个OpenStack的孵化项目,它为接口设备(如vNIC或称虚拟网络接口卡)之间提供网络连接层面的云服务(Network connectivity as a Service,NaaS),这种服务通过OpenStack的其他服务进行管理。
第8章 开源资源。为网络工程师和网络管理人员介绍一些重要的开源项目资源,并给出资源的链接,这些资源可以用于他们的实际工作环境。这些项目包括OpenFlow软交换机、控制器、虚拟化工具、业务流程工具以及模拟和测试工具。
阅读本书前的准备
读者应具备一定水平的网络经验和知识,掌握TCP/IP、以太网及广泛的网络概念,熟悉网络日常运维工作,具有高级语言或者脚本语言(如C/C++、Java或者Python)的编程经验。如果具备一定的虚拟机和其他虚拟网络环境的经验也会有所帮助。同时,读者还需要有一台计算机,内存不小于1GB(最好大于2GB),有不少于10GB的可有硬盘空间。此外,采用速度较快的处理器将加快引导时间,采用较大的显示器有助于管理多终端窗口。当然,还需要有因特网连接,以便于下载各种实用工具和VM映像。
读者对象
尽管本书内容涵盖了OpenFlow的基本构件,以及利用OpenFlow实现SDN方面的内容,但是我们并没有把本书定位为一本参考书,而是把它作为OpenFlow和SDN的指南。网络工程师、网络管理人员、系统软件开发人员、网络应用开发人员,以及任何希望更多了解OpenFlow的人士,都可以阅读本书。
约定
在本书中,当某段代码需要引起读者注意时,我们会用粗体字表示相应的项和代码行:
在本书中,还存在如下两种体例:
警告或者重要提示放在这样的图标后。
窍门和技巧放在这样的图标后。
勘误表
尽管我们努力确保图书内容的准确性,但是仍难免会有疏忽错误之处,若读者发现书中文字或者代码有误,欢迎不吝赐教,我们将不胜感激,因为这将有助于减少其他读者由于错误造成的困惑,同时帮助我们改进图书后续版本。

文摘
第1章 OpenFlow概述
1.1 理解软件定义网络—OpenFlow特色
1.2 有关SDN/OpenFlow的工作
1.3 SDN的基本构件
1.4 OpenFlow消息
1.5 北向接口
1.6 本章总结
为了让读者更好地理解OpenFlow的功能及其组成部分,了解如何利用它开发基于OpenFlow的网络应用,有必要简单介绍一下OpenFlow及其工作原理。在真正搭建支持SDN/OpenFlow的实验和开发环境之前,本章首先介绍所需要的知识。OpenFlow可以说是SDN概念的早期实现方案之一,所以,在了解OpenFlow之前,有必要先简单介绍一下SDN以及围绕SDN所展开的工作。
1.1 理解软件定义网络——OpenFlow特色
软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)通常被认为是计算机网络领域中的创新概念,其目标是极大地简化网络控制和管理,通过网络的可编程性引导创新。通常,计算机网络的建设依赖于大量的网络设备(如交换机、路由器、防火墙等),以及在设备中嵌入实现的复杂网络协议(软件)。网络工程师负责配置各种策略,以应对各种各样的网络事件和应用场景。他们需要手工地将这些高层策略转换为低层的配置命令,这些繁杂的任务通常只能通过有限的工具完成,使得网络管理控制和性能调优任务总是带有挑战性并易于出错。
另一个网络工程师和研究人员常常提到的挑战是因特网的固化机制。庞大的因特网基础设施和它对我们生活诸多方面所带来的影响,使得因特网无论是在物理基础设施方面,还是在相关的协议及性能方面,都极难发展进步。随着因特网上新兴的强大应用越来越趋于复杂化,现有的因特网机制在应对这些新的挑战时便显得力不从心。
可编程网络的概念是作为一种促进网络进化的途径而提出的,特别是SDN,它是一种新的网络模式,把执行转发的硬件部分(例如专用的包转发引擎)从控制决策部分(如协议和控制软件)中分离出来。这种控制逻辑的迁移,使得下层网络互连基础设施能够从应用层面上抽象出来,而以前的控制逻辑是紧密集成到网络设备(如以太网交换机)中的,现在则转变为逻辑上集中的可访问的控制器。这一分离提供了一个更灵活的、可编程的、与厂商无关的、高性价比的创新网络架构。除了网络的抽象化,SDN架构也将提供一组应用编程接口(Application Programming Interface,API),使得常用网络服务的实现更为简便,这些服务涉及路由、多播、安全、访问控制、带宽管理、流量工程、QoS、能效管理以及各种策略管理等。从逻辑意义上看,SDN中的网络智能被集中到了基于软件的控制器(在控制平面)中,而网络设备变成了简单的数据包转发设备(数据平面),并可以通过开放接口对它进行编程。这种开放编程接口的早期实现之一便是OpenFlow。
将转发硬件从控制逻辑中分离出来,能够简化新型协议和应用的部署,直接进行网络的虚拟化和管理,并且能够把各种中间构件整合到软件实现的控制中。通过精简网络,简化了转发硬件和负责决策的网络控制器,而不用在错综复杂的分散的设备中去实施策略和执行协议。
负责转发功能的硬件包含以下两部分:
1.一个包含流记录(flow entry)的流表(flow table),流记录由用于匹配当前流的规则和所采取的具体操作构成。
2.一个传输层协议,用于与控制器进行安全传输,以传递没有记录在当前流表中的新记录。

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