久立潮頭的先行者，攜數年磨礪與反思，為SDN大時代領航、解惑

業務突破迎來網絡重構的重大契機，用架構思想謀篇，用實現技術布局

架構深度與產業廣度完美聚合，技能、思路、視野、境界盡收囊中

本書《重構網絡：SDN架構與實現》宗旨：無思辨不足以明理|無案例不足以求真|無細節不足以知端詳

身處SDN發展浪潮，筆者真切地感受到了這場技術革命的到來。為了自我總結，也為了幫助他人，因此決定寫《重構網絡：SDN架構與實現》。 《重構網絡：SDN架構與實現》首先介紹了SDN的定義、SDN出現的原因、SDN發展的歷史和標志性事件、SDN南向協議、SDN控制平面和數據平面等理論知識。然後進一步介紹了如何從零開始搭建SDN實驗環境及SDN與網絡虛擬化的結合等SDN應用案例內容。最後梳理了SDN對學術界和工業界產生的影響，探討了我們該如何應對這場SDN變革。此外，附錄中兩篇擬人化的故事還從感性的角度對SDN進行了介紹。 《重構網絡：SDN架構與實現》適合SDN初學者和進階者。希望《重構網絡：SDN架構與實現》的內容能夠給讀者帶來一些幫助，成為SDN學習者相互討論、學習的舞臺。

楊澤衛：《零存整取NetFPGA開發指南》和《深入理解計算機網絡繫統設計》作者，SDN初創公司南京疊鍶聯合創始人，曾任中興微電子高級主任工程師，有豐富的SDN行業產品經驗。個人微信公眾號：SDN學習與研究（zeweiTalk）。

李呈：北京郵電大學未來網絡理論與應用實驗室在讀研究生。學習SDN三年多，掌握SDN基礎理論知識。目前在硅谷實習

現有網絡面臨體繫封閉、缺乏開放性的巨大挑戰。SDN技術的優勢，為網絡重構提供了一次新的機遇，不可否認，SDN的思想將在未來網絡的發展中起到舉足輕重的作用。想要深入認識SDN，迎接未來網絡的新世界，這本書會是一個好的開始。

——黃韜 北京郵電大學教授

此著平衡了概念架構的深度和產業生態的廣度，維度豐富，縱橫捭闔，旁征博引的數據線索準確翔實，演繹提煉的邏輯觀點犀利清新，工具平臺的介紹實戰易行，為產學研讀者提供了非常實用的參考指南。 作者用心的繫統批判思維在技術之外為讀者呈現了產業、競爭、生態、資本等深邃洞察。又是一本難得的SDN桌面好書。

——張宇峰 Brocade大中華區CTO

軟件定義網絡正在對網絡行業產生廣泛而又深刻的影響，對我們廣大的網絡從業者也帶來了知識更新的大挑戰。本書對SDN理念、繫統框架、工具及業界的典型應用案例都做了深入的介紹和分析，涵蓋面非常廣，相信本書的出版會對SDN技術的推廣普及產生非常大的幫助。

——邵華 騰訊網絡平臺部網絡架構中心副總監、專家工程師

這本書的寶貴之處在於清晰勾勒出SDN的成長和進化史，無論對於從零開始的學習者還是多年的網絡工程師都能有各自的收獲。作者的呈現方式也是耳目一新，相信讀者讀完之後，不僅能在技術方面有所收獲，也能在商業視角上有所提升。

——龐俊英 大河雲聯聯合創始人

本書作者是國內SDN技術的布道先鋒，持續分享著他們的實踐經驗。如今他們將研究成果編撰成書，必將給大家帶來新的啟迪。本書從SDN的定義、南向接口協議、SDN控制平面、SDN數據平面、應用實踐等角度入手，給出了清晰的SDN學習曲線，並著重介紹了SDN在數據中心、WAN網絡、網絡虛擬化等方向的應用。同時，通過總結思考SDN對學術界及產業界的影響，鼓勵大家在SDN浪潮中乘風破浪。我相信SDN作為推動網絡重構的關鍵技術，值得長期跟蹤學習，因此推薦大家研讀本書。

——魏亮 江蘇省未來網絡創新研究院團隊總監，SDNLAB聯合創始人

SDN技術發展多年，對網絡影響巨大，內涵也更加廣泛。本書對於SDN技術和解決方案進行了全面繫統地介紹，同時提供了基於開源的SDN實例操作，這對於全面學習和掌握SDN是非常有幫助的，也是非常及時的一本參考書。

——李振斌 華為SDN控制器首席架構師

毫無疑問，SDN在近年來已經成為了推動網絡發展的重要動力。此書在講述SDN基本原理的基礎上，著力從實踐和應用案例方面展現了SDN的魅力。在介紹技術的同時，作者也在書中表達了對於技術的理解和感悟。文字表達方面行文老練，是一本適合SDN初學者和實戰進階學習者的讀物。

——胡成臣 西安交通大學

第1章 SDN重塑網絡 1

1.1 SDN是什麼 1

1.2 為什麼需要SDN 4

1.3 網絡可編程探索之路 6

1.4 SDN發展歷史 10

1.5 SDN重塑網絡 15

1.6 本章小結 16

參考資料 16

第2章 SDN南向協議 21

2.1 SDN南向協議簡介 21

2.2 狹義SDN南向協議 23

2.3 廣義SDN南向協議 30

2.3.1 OF-Config 31

2.3.2 OVSDB 34

2.3.3 NETCONF 36

2.3.4 OpFlex 38

2.3.5 XMPP 39

2.3.6 PCEP 40

2.4 完全可編程南向協議 41

2.4.1 POF 41

2.4.2 P4 46

2.5 SDN南向協議標準之戰 53

2.6 本章小結 55

參考資料 55

第3章 SDN控制平面 57

3.1 SDN控制平面簡介 57

3.2 SDN開源控制器 59

3.2.1 NOX/POX 59

3.2.2 Ryu 63

3.2.3 Floodlight 68

3.2.4 OpenDaylight 72

3.2.5 ONOS 78

3.3 選擇SDN控制器 85

3.3.1 評價控制器的要素 85

3.3.2 選擇正確的控制器 89

3.4 SDN控制平面發展趨勢 91

3.5 本章小結 96

參考資料 97

第4章 SDN數據平面 99

4.1 SDN數據平面簡介 99

4.2 通用可編程轉發模型 101

4.2.1 通用硬件模型 103

4.2.2 通用處理指令 112

4.2.3 小結 115

4.3 探索通用可編程數據平面 116

4.4 SDN數據平面的發展趨勢 120

4.4.1 發展歷史 120

4.4.2 白盒交換機 123

4.5 本章小結 125

參考資料. 126

第5章 從零開始實踐 129

5.1 Mininet實踐 129

5.1.1 Mininet簡介 130

5.1.2 Mininet繫統架構 130

5.1.3 Mininet安裝 132

5.1.4 Mininet示例 134

5.2 Open vSwitch實踐 140

5.2.1 OVS簡介 141

5.2.2 OVS架構 141

5.2.3 OVS安裝 142

5.2.4 OVS示例 144

5.3 Ryu實踐 150

5.3.1 Ryu簡介 150

5.3.2 Ryu架構 151

5.3.3 Ryu安裝 152

5.3.4 Ryu示例 153

5.4 網絡虛擬化平臺實踐 162

5.4.1 OpenVirteX簡介 162

5.4.2 OpenVirteX架構 163

5.4.3 OpenVirteX安裝 164

5.4.4 OpenVirteX示例 165

5.4.5 其他網絡虛擬化產品 170

5.5 其他工具 170

5.5.1 Cbench簡介 171

5.5.2 OFTest簡介 173

5.5.3 Wireshark簡介 174

5.5.4 發包工具簡介 175

5.6 本章小結 177

參考資料. 177

第6章 SDN應用案例 179

6.1 SDN在數據中心網絡的應用 179

6.1.1 面臨的問題 179

6.1.2 現有商業方案 181

6.2 SDN在WAN中的應用 187

6.2.1 面臨的問題 187

6.2.2 現有商業方案 189

6.3 其他領域的應用 192

6.3.1 SDN在園區網中的應用 193

6.3.2 SDN在局域網中的應用 195

6.3.3 SDN在蜂窩網絡中的應用 195

6.4 本章小結 197

參考資料. 197

第7章 SDN與網絡虛擬化 200

7.1 網絡虛擬化 200

7.1.1 為什麼需要虛擬化技術 201

7.1.2 網絡虛擬化 203

7.2 SDN與網絡虛擬化 208

7.2.1 SDN與網絡虛擬化 208

7.2.2 SDN實現網絡虛擬化 209

7.3 網絡虛擬化產品 213

7.3.1 開源產品 214

7.3.2 商業產品 220

7.4 未來研究方向 223

7.5 本章小結 225

參考資料. 225

第8章 SDN浪潮 227

8.1 SDN對學術界的影響 227

8.2 SDN對工業界的影響 231

8.3 如何應對SDN的變革 234

8.4 SDN浪潮 238

8.5 本章小結 238

參考資料. 239

附錄A 我是一個SDN控制器 243

附錄B 我是一個SDN交換機 250

推薦序

如今，距離我的那本《深度解析SDN》一書出版已經過去了三年時間，在這短短的三年中，SDN領域發生了翻天覆地的變化。一大批Startup公司在這個領域嶄露頭角，甚至久已沒有新鮮血液的交換芯片領域也出現了新的身影。各個傳統巨頭也紛紛推出了形態各異的SDN產品，不僅僅是網絡設備商，還包括一些傳統的IT廠商。更重要的是，以網絡虛擬化、SDWAN等為代表的典型SDN應用紛紛落地。SDN時代已經到來！

但是對於很多人來說，很多問題仍然看不清楚，到底什麼是SDN？市場上那麼多SDN產品，哪些是真的，哪些是假的？SDN到底能夠解決哪些傳統網絡解決不了的問題？SDN能夠全面取代傳統網絡嗎？傳統網絡應該如何向SDN網絡逐步遷移？哪些場景是適合SDN的典型場景？這些是每一個網絡從業者和最終用戶都非常關心的市場層面的問題。而在技術層面，同樣有很多富有爭議的問題。OpenDaylight或者ONOS，甚至是其他一個什麼控制器，誰會勝出？OpenFlow前途命運如何？標準南向接口是否是SDN應該追求的方向？控制是否真的應該完全從轉發面分離？可編程的P4是網絡未來的方向嗎？是否應該有及是否會有真正的SDN交換芯片出現？

我跟本書作者楊澤衛和李呈都有數面之緣並都有過交流，也看過不少他們兩個人寫的文章，兩個人都從不同的層面上對SDN做了不少卓有成效的研究和實踐工作。他們能把工作學習過程中的所見所思所做總結出來，幫助讀者來尋找上述問題的答案，不得不說是一件幸事。讀者是否能找到所有的答案並不重要，甚至他們的觀點是否全部都正確也並不重要，重要的是，讀者可以從他們的工作中繫統地學習SDN相關知識，並從中得到啟發，引出更多的思考，這就是他們這本書最大的意義。

張衛峰

盛科網絡SDN白牌交換機 CTO

SDN（Software-Defined Networking，軟件定義網絡）起源於斯坦福大學Nick McKeown教授的Clean Slate項目，其目標是重新定義網絡體繫結構（Reinvent the Internet），誕生至今已經快十年。作為一種新的網絡體繫結構，SDN已經掀起了一場網絡變革的技術浪潮，對網絡學術界和工業界的發展都產生了巨大的衝擊：OpenFlow的論文至今已經被引用4951次；開源SDN控制器平臺OpenDaylight已經發布了5個版本，擁有超過600多名開發者，完成了超過30000多次代碼更新；開源社區OSS（Open Source SDN）也已經發布了20多個來自開發者的開源SDN項目；傳統網絡設備廠商和運營商都在面向SDN重建自己的產品體繫，大多數SDN初創公司都在各自領域交付成熟的產品方案。而作為學習者的我們，也需要做好準備，迎接這場技術變革。

但是學習和研究SDN絕非易事。雖然我們每天都能接觸到大量的SDN學習資料，但對於初入SDN領域的學生和工程師而言，仍然會不知所措。比如，關於SDN定義的描述就有多種解讀：開源組織ONF（開放網絡基金會）的Open SDN，業界廠商的Vendor SDN，甚至還有SDx（Software Defined Everything）的概念。這些概念哪一種纔是正確的？此外，SDN發展至今誕生了眾多不同類型的開源項目：SDN網絡模擬器、SDN軟件交換機、網絡虛擬化平臺、SDN控制器測試工具和OpenFlow交換機測試工具等。如何去學習它們？如果有一本書能提供清晰的SDN學習路線：梳理SDN的定義、SDN發展歷程、SDN關鍵技術和典型應用案例，同時又介紹如何從零開始實踐SDN，這將會對SDN初學者入門和進階者學習SDN提供有效的幫助。

帶著這種想法，我們在一年多之前開始編寫這本書。本以為依靠學習SDN過程中積累的知識和書寫博客的經歷，就可以輕而易舉地完成本書，但事實卻大相徑庭。從2015年7月確定本書目錄開始，我們每周至少進行一次溝通，直至2016年5月纔陸續完成本書初稿。後續又花費了大量的時間修改初稿，有些章節甚至幾經易稿，修改超過二十多次。面對SDN這樣一個新的技術領域，我們非常謹慎地去選擇合適的內容。在寫作上，我們努力引用原始技術資料，並在此基礎上進行剖析，得出觀點和結論。我們希望本書不但能幫助入門者梳理SDN領域的知識體繫，而且能幫助進階者挖掘SDN領域更深層次的信息，在成為SDN專業人士之路上貢獻我們的一臂之力。

本書包括8章內容和2個小故事。第1章從SDN最初的定義出發，討論了SDN出現的原因，詳細介紹了SDN的發展歷史和標志性事件。第2章詳細介紹了現有的SDN南向協議，它是決定SDN架構可編程能力的關鍵，也是當下SDN廠商方案競爭的一個焦點。第3章從發展歷程、繫統架構和使用方式3個方面詳細介紹了5個典型的開源SDN控制器。第4章從OpenFlow數據平面開始，深入討論了現有的SDN數據平面模型，並引出一個非常重要的SDN數據平面概念"通用可編程數據平面"。第5章介紹了從零開始實現SDN所需要掌握的諸多開源工具，幫助讀者快速入門SDN實踐。第6章討論了現有的SDN應用案例，重點介紹了SDN在數據中心網絡和WAN網絡兩個成熟市場的應用。第7章介紹了網絡虛擬化的發展現狀，以及SDN與網絡虛擬化結合的相關產品。第8章作為本書最後一章，梳理了SDN對學術界和工業界產生的影響，討論了我們應該如何應對SDN這場變革。書籍附錄部分還有《我是一個SDN控制器》和《我是一個SDN交換機》2篇擬人化的SDN文章供讀者閱讀。希望這2個小故事能讓讀者對SDN有感性的認識。

本書的1、4、6、8章由楊澤衛完成，2、3、5、7章和2個技術故事由李呈完成。本書內容是我們學習SDN過程中的總結，其目標讀者是SDN初學者和進階學習者。我們相信：一本技術書籍的生命力更加體現在後期讀者的反饋上，它不僅僅是手邊的紙質手冊，更像是一個互動交流的學習平臺，一個可以讓作者和讀者一起探討SDN的平臺。此外，由於作者水平有限，在書籍內容的編寫上難免會有疏漏，觀點難免有失偏頗，也懇請讀者批評指正。

我們衷心地感謝那些幫助我們完成本書的人們。首先我們要感謝對方，我們一起完成了一本技術書籍。在寫作的過程中，我們有過觀點探討時的針鋒相對，也有過迷茫懈怠時的相互鼓勵，也正因為如此，纔能順利地完成這本書。其次我們要感謝本書的策劃編輯張春雨先生，沒有他的支持，也就沒有本書的誕生。最後我們要感謝我們的家人和師長。感謝在本書寫作過程中給予我們啟發和幫助的人。謝謝你們！

楊澤衛、李呈

2017年2月5日