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关于软件定义网络的模型研究综述 　　1 前言 　　随着互联网的快速发展，当前互联网面临着许多重大技术挑战，如地址空间濒临枯竭、服务质量无法有效保证、网络安全难以根本解决、网络管理手段匮乏等问题。设计新型网络体系结构以解决当前网络所存在的问题已经成为学术界、中国论文网产业界和运营商的迫切需要。软件定义网络(Software DefinedNetworking, SDN)在此背景下被提出。 　　尽管SDN 是目前网络界的研究热点之一，但是当前研究主要集中在SDN 技术设计方面而对SDN 的基础理论研究较少，导致学术界、产业界等对于SDN 网络的设计缺乏理论支持：在SDN 网络模型研究、SDN 控制平面抽象、SDN 数据平面抽象方面还需进一步研究。因此，对新型软件定义网络SDN 进行模型研究十分重要且必要。 　　2 国内外研究现状分析 　　2.1SDN 网络抽象模型 　　软件定义的网络(SDN)是一种新型的网络体系结构, 通过将网络控制与网络转发解耦合，开放底层网络设备为网络提供高度的可编程性。为了使网络设备的转发和控制解耦合，网络设备需要向控制层面提供可编程的接口，即一般所称的南向接口(Southbound Interface)。目前的SDN 所默认的南向接口，同时也是第一个得到标准化的南向接口，即OpenFlow。 　　OpenFlow 在数据层面最为核心的特征是数据报文触发事件和细粒度的流转发。这两个特征使得控制程序可以以一种非常简单直接的方式操作报文。这种模式激发了大量基于OpenFlow 的应用，如数据中心的流量调度，负载均衡，试验床，移动，安全等等。中国论文网同时，由于SDN 采用逻辑集中的控制平面进行网络的全局管理，为了使SDN 具有更好的可扩展性，研究者在此方面展开了大量的研究。 　　当前对软件定义网络的研究主要集中在技术设计方面，而对SDN 网络模型的研究相对较少。基于SDN 网络，面向移动云管理系统进行OpenFlow 控制器的设计，并采用面向对象的方法进行可编程网络模型的建模，给出了OpenFlow控制器的具体设计方法。M. Jarschel 通过仿真的方法对采用OpenFlow 交换机的SDN 网络进行了性能评价，并给出了数据包在SDN 网络中的逗留时间以及数据包的丢失率等指标。A.Bianco 对软件定义网络的数据平面进行了性能评价，并对比了通过OpenFlow 交换、通过两层以太网交换、以及通过三层IP路由进行交换的性能。F. Omar 提出了一个性能模型用于帮助选择一个更好的映射而不会给网络处理器带来对所有映射进行比对的负担。D. Alisa 针对当前ONF SDN 模型的弱点，通过控制SDN 的启动设置以及对OpenFlow-config 进行扩展，提出了一个SDN 网络的适用性模型。 　　2.2SDN 控制平面建模与优化 　　当前SDN 控制平面的研究主要包括控制器软件实现、基于OpenFlow 封装的北向接口(Northbound Interface)设计和基于网络最大转发效率的流调度。在控制器软件实现方面，最重要的功能已经不再是简单地对网络中的设备和数据进行控制，而是转而为网络应用提供控制网络的编程接口，以便根据不同的应用需求进行灵活的处理。NOX、Beacon 和Maestro 三个系统可以看作一类，它们是集中式控制的代表，功能上大同小异，比较明显的区别在于后两者提供了多线程的支持，但是NOX 也存在加入了支持多线程的开发分支。Hyperflow 是部署在集中式控制系统上的分布式扩展补丁，由于需要大量的控制通信，因此其应用规模受到了限制;Onix 是较新出现的分布式网络操作系统，在规模化上具有较大的优势;和前面几类基于事件的控制系统不同，Onix 系统中应用程序需要主动拉取数据。 　　在以网络为中心的转发资源分配方面，以网络资源利用最大化程度为目标，将不同控制应用生成的控制规则统一对待，相当于是一个控制应用处理不同流量。流量关心的流卸载(Traffic-aware Flow Offloading, TFO)利用流量的Zipf 特征，选择不同时间尺度的最流行的流量(the most popular flows)下发到交换机中，卸载大部分的流量利用交换机转发，而小流从控制器转发，实现数据平面处理流量的最大化。通过将控制和全局可视化解耦，DevoFlow 监测(detect)和控制“重要的流(significant flows)”，同时采用规则克隆和本地行为机制实现将控制转移(devolve)到交换机，减少了控制的负载(overhead)。 　　2.3 SDN 数据平面抽象 　　斯坦福大学Nick