基础篇
第　1 章 概述........................................1
1.1　SDN 的产生...............................................　1
1.1.1　传统网络概述.....................................2
1.1.2　传统网络存在的问题.........................　2
1.1.3　SDN 应运而生....................................2
1.2　SDN 的发展...............................................　3
1.2.1　发展历程.............................................3
1.2.2　研究与应用现状.................................4
1.3　SDN 标准化组织.......................................　6
1.3.1　ONF .....................................................6
1.3.2　IETF ....................................................　6
1.3.3　ITU-T ..................................................　6
1.3.4　ETSI ....................................................　7
第　2 章 SDN 基本原理......................　8
2.1　SDN 的概念...............................................　8
2.1.1　SDN 的定义........................................8
2.1.2　SDN 的特征........................................8
2.2　SDN 的体系架构.......................................　9
2.2.1　ONF 定义的 SDN 架构....................　10
2.2.2　IETF 定义的 SDN 架构....................11
2.2.3　Overlay 网络架构.............................　12
2.3　SDN 工作原理.........................................　12
2.3.1　控制平面与数据平面的解耦...........　12
2.3.2　网络能力的抽象...............................13
2.3.3　网络可编程.......................................13
第　3 章 SDN 数据平面....................　16
3.1　数据平面概述..........................................　16
3.1.1　传统网络数据平面...........................　16
3.1.2　SDN 数据平面..................................18
3.2　OpenFlow 交换机模型.............................19
3.2.1　OpenFlow 概述.................................　19
3.2.2　OpenFlow 交换机功能架构.............　20
3.2.3　流表...................................................23
3.2.4　组表...................................................28
3.2.5　计量表...............................................32
3.2.6　流表匹配...........................................33
3.3　SDN 交换机.............................................　35
3.3.1　交换芯片概述...................................35
3.3.2　交换芯片产品...................................36
3.3.3　SDN 硬件交换机产品......................　39
3.3.4　SDN 软件交换机产品......................　41
3.4　通用可编程数据平面..............................　45
3.4.1　协议无关交换机架构.......................　45
3.4.2　数据平面编程语言...........................　46
第　4 章 南向接口协议......................47
4.1　南向接口协议概述..................................　47
4.2　OpenFlow 协议........................................　48
4.2.1　背景...................................................48
4.2.2　OpenFlow 组件.................................　49
4.2.3　OpenFlow 表项.................................　50
4.2.4　OpenFlow 安全信道.........................　53
4.2.5　OpenFlow 信道建立.........................　53
4.2.6　OpenFlow 消息处理.........................　55
4.3　OF-CONFIG 协议....................................　57
4.3.1　简介...................................................57
4.3.2　原理...................................................57
4.4　NETCONF 协议.......................................59
4.4.1　简介...................................................59
4.4.2　NETCONF 基本网络架构................60
4.4.3　NETCONF 基本会话建立过程........60
4.4.4　NETCONF 协议框架........................61
4.4.5　NETCONF 报文结构........................62
4.4.6　NETCONF 通信模式........................62
4.4.7　配置数据库.......................................62
4.5　OVSDB 管理协议....................................63
4.5.1　OVSDB 管理协议基本概念.............63
4.5.2　OVSDB 与 OVS、控制器................64
4.5.3　OVSDB 与 JSON..............................64
4.5.4　OVSDB 数据模式............................　65
4.5.5　OVSDB 整体架构............................　65
4.5.6　OVSDB RPC 方法............................66
4.5.7　OVSDB 操作....................................　67
4.6　其他南向接口协议..................................　67
4.6.1　XMPP ................................................67
4.6.2　PCEP .................................................　68
4.6.3　I2S .....................................................　69
4.6.4　OpFlex ...............................................69
第　5 章 SDN 控制平面....................　71
5.1　SDN 控制器概述.....................................　71
5.1.1　SDN 控制器体系架构......................　71
5.1.2　SDN 控制器的基础功能..................　73
5.1.3　SDN 控制器的扩展..........................　75
5.1.4　SDN 控制器的评估要素..................　76
5.2　开源控制器..............................................　78
5.2.1　NOX/POX.........................................　78
5.2.2　Ryu ....................................................　79
5.2.3　Floodlight ..........................................　81
5.2.4　OpenDaylight ....................................　82
5.2.5　ONOS ................................................84
5.3　商用控制器..............................................　85
5.3.1　Cisco XNC........................................　86
5.3.2　VMware 的 NSX-T 控制器..............　87
5.4　基于控制器的编程..................................　88
5.4.1　基于 POX 编程.................................89
5.4.2　基于 Ryu 编程..................................　90
第　6 章 SDN 北向接口....................　92
6.1　北向接口概述..........................................　92
6.1.1　ONF 北向接口..................................92
6.1.2　SDN 其他北向接口..........................　94
6.1.3　SDN 北向接口的前景......................　95
6.2　REST API .................................................　96
6.2.1　什么是 REST API .............................　96
6.2.2　REST API 的设计规范.....................　96
6.2.3　开源控制器的 REST API .................　97
6.3　RESTCONF 协议...................................106
6.3.1　RESTCONF 概述............................106
6.3.2　资源模型.........................................107
6.3.3　消息.................................................107
6.3.4　操作.................................................109
应用篇
第　7 章 SDN 在数据中心的
应用...................................　111
7.1　软件定义的数据中心网络技术.............111
7.1.1　传统行业数据中心发展面临数据
架构瓶颈.........................................　112
7.1.2　基于 SDN 的云数据中心网络
架构.................................................112
7.1.3　数据中心的叶脊组网架构.............　113
7.1.4　数据中心的 Overlay 网络..............　117
7.2　校园网数据中心网络 SDN 规划
应用........................................................　119
7.2.1　数据中心网络 SDN 总体设计.......　119
7.2.2　数据中心 SDN 整体部署...............　120
7.3　面向数据中心网络的 SDN 控制器
设计........................................................123
7.3.1　控制器功能设计.............................123
7.3.2　控制器系统架构.............................123
7.4　多粒度安全控制器架构........................　124
7.4.1　控制器安全问题.............................124
7.4.2　流表安全问题.................................125
7.4.3　应用安全问题.................................125
7.4.4　南向接口安全问题.........................　125
7.4.5　安全解决方案.................................126
7.4.6　整体架构.........................................127
7.4.7　模块设计.........................................128
7.4.8　运行机制.........................................128
7.4.9　粒计算理论.....................................130
7.4.10　安全服务粒化...............................130
7.4.11　多粒度安全服务模型...................　131
7.4.12　测试...............................................132
7.4.13　总结...............................................136
第　8 章 SDN 在园区网的应用......137
8.1　软件定义的园区网技术........................　137
8.1.1　传统园区网面临的挑战.................　137
8.1.2　智慧园区网中 SDN 技术的应用
场景.................................................138
8.2　基于 SDN 的工业互联网设计...............139
8.2.1　工业互联网系统软件结构设计.....　139
8.2.2　基于 SDN 的工业互联网系统软件
结构.................................................139
8.2.3　面向 SDN 交换机的南向接口.......　140
8.2.4　逻辑网管理模块.............................141
8.2.5　标签管理模块.................................143
8.3　基于负载感知的分布式控制器负载均衡
模型........................................................143
8.3.1　负载信息感知和负载状态判定.....　146
8.3.2　基于负载感知的负载均衡算法.....　148
8.3.3　分布式控制器负载均衡模型的运行
流程.................................................152
8.3.4　仿真实验与分析.............................153
8.3.5　总结.................................................156
第　9 章 SDN 在广域网的应用
SD-WAN　..........................　157
9.1　SD-WAN 技术........................................157
9.1.1　传统 WAN 架构面临的挑战..........　157
9.1.2　SD-WAN 的价值............................　158
9.1.3　SD-WAN 基础架构........................　158
9.2　SD-WAN 自动化运维可视化系统
设计........................................................　159
9.2.1　数据可视化模块.............................159
9.2.2　用户管理模块.................................160
9.2.3　数据传输模块.................................160
9.2.4　数据处理模块.................................161
9.2.5　数据提取模块.................................161
实践篇
第　10 章 SDN 实验环境部署........162
10.1　Ubuntu 下安装和运行 Mininet ............162
10.1.1　主要命令介绍...............................162
10.1.2　实验目的.......................................162
10.1.3　实验步骤.......................................162
10.2　Ubuntu 下安装和运行 Ryu 控制器.....　166
10.2.1　主要命令介绍...............................166
10.2.2　实验目的.......................................166
10.2.3　实验步骤.......................................166
10.3　Ubuntu 下安装 Wireshark ....................　168
10.3.1　主要命令介绍...............................168
10.3.2　实验目的.......................................168
10.3.3　实验步骤.......................................169
10.4　Ubuntu 下安装 PuTTY........................　169
10.4.1　主要命令介绍...............................169
10.4.2　实验目的.......................................170
10.4.3　实验步骤.......................................170
第　11 章 SDN 基础操作与应用
实验.................................　172
11.1　Mininet 的基础操作实验.....................　172
11.1.1　实验目的.......................................　172
11.1.2　实验步骤.......................................　172
11.2　Mininet 创建网络拓扑实验.................　173
11.2.1　主要命令介绍...............................　173
11.2.2　实验目的.......................................　173
11.2.3　实验步骤.......................................　173
11.3　通过 Mininet 验证 OpenFlow 版本和交换
机工作流程...........................................177
11.3.1　主要命令介绍...............................　177
11.3.2　实验目的.......................................　178
11.3.3　实验内容.......................................　178
11.4　Wireshark 抓包分析 OpenFlow 协议工作
流程.......................................................181
11.4.1　主要命令介绍...............................　181
11.4.2　实验目的.......................................　181
11.4.3　实验步骤.......................................　181
第　12 章 OpenDaylight 实验........185
12.1　OpenDaylight ........................................185
12.1.1　SDN...............................................185
12.1.2　OpenDaylight 架构.......................　186
12.1.3　OpenDaylight 设计原则...............　186
12.1.4　OpenDaylight 架构特点...............　187
12.2　OpenDaylight 控制器的环境搭建以及基
本操作..................................................　187
12.2.1　主要命令介绍...............................187
12.2.2　实验目的.......................................187
12.2.3　实验步骤.......................................187
12.3　OpenDaylight 及 Postman 实现流表
下发......................................................　194
12.3.1　主要命令介绍...............................194
12.3.2　实验目的.......................................195
12.3.3　实验步骤.......................................195
12.4　OpenDaylight 之流表操作...................200
12.4.1　主要命令介绍...............................200
12.4.2　实验目的.......................................200
12.4.3　实验步骤.......................................201
第　13 章 SDN OpenFlow 协议....　211
13.1　OpenFlow 概述.....................................211
13.2　OpenFlow 工作原理.............................211
13.2.1　主要命令介绍...............................　211
13.2.2　实验目的.......................................　211
13.2.3　实验步骤.......................................212
13.3　OpenFlow 流表的基本操作.................213
13.3.1　主要命令介绍...............................213
13.3.2　实验目的.......................................213
13.3.3　实验步骤.......................................213
第　14 章 软件下载与安装.............　219
14.1　VMware Workstation 和 Ubuntu 的
安装......................................................　220
14.1.1　实验目的.......................................220
14.1.2　实验步骤.......................................220
14.2　Mininet 和 Ryu 环境搭建....................　227
14.2.1　主要命令介绍...............................227
14.2.2　实验目的.......................................227
14.2.3　实验步骤.......................................228
14.3　实验思考..............................................　235
第　15 章 开源控制器实践.............　236
15.1　开源控制器实践——POX...................236
15.1.1　主要命令介绍...............................236
15.1.2　POX 控制器介绍..........................　236
15.1.3　实验目的.......................................236
15.1.4　实验步骤.......................................237
15.2　开源控制器实践——Ryu ....................　244
15.2.1　主要命令介绍...............................244
15.2.2　Ryu 控制器介绍............................244
15.2.3　实验目的.......................................245
15.2.4　实验步骤.......................................245