拉裡·彼得森（Larry Peterson）
普林斯頓大學榮休教授，2003~2009年任普林斯頓大學計算機科學繫主任。他的研究方向是因特網規模的分布式繫統的設計、實現和操作，包括廣泛使用的PlanetLab和MeasurementLab平臺。他目前在開放網絡基金會（ONF）擔任CTO，領導CORD和Aether接入邊緣雲項目。他是美國國家工程院院士，ACM和IEEE會士，2010年IEEE Kobayashi計算機與通信獎得主，2013年ACM SIGCOMM獎得主。

卡梅隆·卡斯克尼（Carmelo Cascone） 
ONF的技術人員，目前領導采用可編程交換機、P4和P4Runtime的相關項目。他擁有米蘭理工學院博士學位。

布萊恩·歐康納（Brian O'Connor） 
ONF的技術人員，目前領導采用交換機操作繫統的相關項目。他擁有斯坦福大學計算機科學碩士學位。

托馬斯·瓦丘斯卡（Thomas Vachuska）
ONF的首席架構師，目前領導ONOS項目。在加入ONF之前，他曾在惠普擔任軟件架構師。他擁有加州州立大學薩克拉門托分校數學學士學位。

布魯斯·戴維（Bruce Davie） 
知名計算機科學家，在網絡領域貢獻卓著。他曾任貝爾通信研究所首席科學家，思科繫統公司研究員，Nicira公司首席架構師，VMware公司亞太區副總裁兼CTO，並曾在麻省理工學院擔任客座講師。他是ACM會士，2009~2013年任ACM SIGCOMM主席。他主持設計了MPLS協議，並參與開發了多項重要的因特網技術。他著有多本書籍，擁有40多項美國專利。他擁有愛丁堡大學計算機科學博士學位。 

譯者序
序言
前言
關於本書
關於作者
第1章緒論 1
1.1市場概況 2
1.2技術概況 4
1.2.1分離控制平面和數據平面 4
1.2.2控制平面：集中式與分布式 8
1.2.3數據平面：可編程與固定功能 11
1.3SDN：一種定義 13
第2章用例 15
2.1網絡虛擬化 16
2.2交換結構 18
2.3廣域網的業務流工程 19
2.4軟件定義廣域網 21
2.5接入網絡 22
2.6網絡遙測 24
第3章基本架構 27
3.1軟件棧 27
3.2裸機交換機 30
3.3交換機操作繫統 31
3.4網絡操作繫統 32
3.5葉–脊結構 33
第4章裸機交換機 37
4.1交換機示意圖 37
4.2轉發流水線 39
4.3流水線抽像 41
4.3.1V1模型 44
4.3.2TNA 46
4.4P4程序 48
4.4.1頭數據 48
4.4.2解析器 49
4.4.3入口處理 50
4.4.4出口處理 52
4.4.5逆解析器 53
4.4.6交換機的定義 54
4.5固定功能流水線 54
4.5.1OF-DPA 55
4.5.2SAI 56
4.6比較 57
第5章交換機操作繫統 59
5.1瘦交換機操作繫統 59
5.2P4Runtime接口 61
5.3gNMI和gNOI 64
5.4SONiC 69
第6章網絡操作繫統 71
6.1ONOS架構 71
6.2分布式內核 74
6.2.1Atomix原語 75
6.2.2服務 76
6.3北向接口 80
6.4南向接口 83
6.4.1供應商插件 84
6.4.2設備驅動程序 84
6.5可擴展的性能 85
第7章葉–脊結構 87
7.1特征集 88
7.2分段路由 89
7.3路由和多播 91
7.4定制的轉發 93
第8章SDN的未來 97
8.1可驗證網絡 97
8.2SD-RAN 100
附錄動手編程 103

序言
Software-Defined Networks: A Systems Approach
1993年，當我看到初的Mosaic瀏覽器時，感到非常驚奇。很明顯，有大事要發生了，但當時的我並不知道這件事的影響將會有多麼巨大。Internet（因特網）的規模迅速擴大，成千上萬家新的ISP（Internet Service Provider，因特網服務供應商）在各地湧現，根植於一片片新的網絡中。這些新的ISP需要做的隻是將現有的商用交換機、路由器、基站和傳統網絡設備供應商銷售的接入點連接在一起，而無須獲得中央控制機構的許可。早期的路由器簡單而精練，它們隻需要支持Internet協議。這樣的分散控制促使Internet迅速發展。
路由器制造商面臨一個困境：很難通過銷售簡單而精練的設備來維持繁榮的盈利業務。再者，如果由簡單設備組成的大型網絡容易遠程管理，那麼所有的智能（和價值）都會由網絡運營商而非路由器制造商提供。因此，路由器的外部API被控制在了限度（“網絡管理”被認為是一個笑話）。另外，為了使路由器具有各種用途，路由器裡“擠滿”了新的功能。到了21世紀00年代中期，ISP所使用的路由器就非常復雜了，能支持數百種協議，運行的源代碼超過了一億行—具有諷刺意味的是，這比有史以來龐大的電話交換機復雜十倍以上。Internet為這種復雜度付出了巨大的代價：路由器臃腫、耗電、不可靠、難以保證安全，而且價格貴得離譜。糟糕的是，它們很難改進（ISP需要請求設備供應商添加新的功能），ISP無法自己添加新的功能。網絡所有者抱怨路由器供應商的“壟斷”行為，研究界則警告說Internet已經“僵化”了。
這本書講述接下來發生的事情，這也是一個令人興奮的故事。Larry、Carmelo、Brian、Thomas和Bruce通過具體的示例和開源代碼清楚地記錄下這段故事：那些擁有並運營大型網絡的組織開始編寫自己的代碼，構建自己的交換機和路由器。一些組織選擇用更簡單、更易於維護的國產設備取代路由器，另一些組織選擇將軟件從路由器中轉移到遠程的集中控制平面上。無論選擇哪條道路，開源技術都成為越來越重要的一部分。一旦開源技術在Linux、Apache、Mozilla和Kubernetes上證明了自己，它就可以被信任，也能用來運行我們的網絡。
這本書解釋了SDN（Software-Defined Networking，軟件定義網絡）運動發生的原因。它本質上是關於控制的改變：大型網絡的所有者和運營商控制了網絡的工作方式，從設備供應商那裡奪得了創新的主動權。SDN始於各種數據中心公司，因為這些公司無法使用現有的網絡設備構建足夠大的、可向外擴展的網絡。於是它們購買了交換芯片，自己編寫了軟件。這的確幫它們省了錢（通常能夠把成本降低到1/5，或降低更多），但它們更期望的是對網絡的控制。這些公司雇了大量的軟件工程師，試圖激起一次網絡新思想的“寒武紀”大爆發，使其網絡更加可靠，擁有更快的修復速度，並且能夠更好地控制網絡業務。2021年的今天，所有的大型數據中心公司都構建了自己的網絡設備：這些公司下載並修改開源的控制軟件，由自己或委托他人編寫新的軟件來控制其網絡。這些公司已經控制了自己的網絡，接下來登場的將是ISP和5G運營商。可以預見，在十年內，企業和校園網絡也將運行在開源的控制軟件上，並且通過雲進行管理。
這是一個很好的變化，因為隻有那些大規模網絡的擁有者和運營商纔知道如何做到好。
網絡構建的革命將朝著網絡運營商開發和維護國產軟件的方向發展，這種變化就是軟件定義網絡。本書作者從一開始就參與了這場革命，他們知道這場革命如何發生以及為什麼發生。
他們還幫助我們了解未來的網絡將是什麼樣子。網絡繫統將不再是一堆運行標準化互操作協議的箱子，而是一個可以自己編程的平臺。網絡所有者將通過對其所期望的行為編程來決定網絡的工作方式。網絡專業的學生將學習如何規劃一個分布式繫統，而不是去學習各種遺留協議中那些晦澀難懂的細節。
對於任何對編程感興趣的人來說，網絡又變得有趣了。這本書將會是一個很好的起點。

Nick McKeown
加利福尼亞州，斯坦福

前言
Software-Defined Networks: A Systems Approach
Internet正在經歷一場變革，即遠離捆綁式的專有設備，取而代之的是，將網絡硬件（之後將成為商品）從控制它的軟件（在雲中進行擴展）中分離出來。這種變革通常被稱為SDN（Software-Defined Networking，軟件定義網絡），但由於它正在顛覆市場，因此很難將業務定位與技術基礎、短期工程決策分開。本書提供了一種分解方式，我們希望讀者從本書中學到的重要的東西是，將基於SDN的網絡看作一個運行在商業硬件上的、可擴展的分布式繫統。
任何學習過網絡入門課程的人都認為協議棧是描述網絡的規範框架。不管這個協議棧有七層還是隻有三層，它塑造並限制了我們思考計算機網絡的方式。教科書也是據此進行組織和編寫的。SDN提出了另一種世界觀—一種由新的軟件棧產生的世界觀。本書就是圍繞這個新的軟件棧進行組織和編寫的，目的是呈現從上到下的SDN之旅，不留下任何可能會被讀者懷疑而隻能用魔術或專有代碼來填補的明顯空白。本書末尾處，我們邀請你親自做一些編程練習，從而向自己證明這個軟件棧既是真實的，又是完整的。
實現這個目標的一個重要方面是使用開源代碼。我們在很大程度上是通過利用兩個先進的社區組織來做到這一點的。個社區組織是OCP（Open Compute Project，開放計算項目），它正在積極指定和認證運行SDN軟件棧的商業硬件（例如裸機交換機）。第二個社區組織是ONF（Open Networking Foundation，開放網絡基金會），它正在積極實施一套可以被集成到端到端解決方案中的軟件組件。在這個領域內還有許多其他的參與者，從現有的供應商到網絡運營商、初創公司、標準機構和其他開源項目，它們每一個都對SDN是什麼、不是什麼提供了不同的解釋。我們討論這些不同的觀點，並解釋它們將如何融入更大的計劃中，但是不會讓這些觀點阻礙我們描述SDN的全面性。隻有時間會告訴我們，SDN之旅將帶我們去向何方，但我們相信，理解“機會的範圍”是十分重要的。
本書假定讀者對Internet僅有大致了解，當然，對交換機和路由器在轉發以太網幀和IP（Internet Protocol，網際協議）數據包的過程中所起的作用有更深入的理解，將會有助於讀者閱讀本書。本書還包括指向相關背景信息的鏈接，以幫助讀者彌補知識空白。本書還有待完善，我們渴望得到你的反饋和建議。
致謝
本書中介紹的軟件源於ONF工程團隊以及與該團隊一起工作的開源社區的辛勤工作。我們感謝團隊和社區成員的貢獻，並特別感謝Yi Tseng、Max Pudelko和Charles Chan，感謝他們對本書所包含的實踐練習教程所做的貢獻。我們也要感謝Charles Chan、Jennifer Rexford和Nick McKeown對初稿的反饋。
Larry Peterson、Carmelo Cascone、Brian O扖onnor、Thomas Vachuska和 Bruce Davie

2020年12月