软件定义网络在网络结构中的层次定位
一、网络结构的传统分层概述
传统的网络结构通常按照分层模型来构建,例如经典的OSI(开放系统互连)七层模型,包括物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层;以及简化的TCP/IP四层模型,即网络接口层、网络层、传输层和应用层,在传统网络中,各层承担着不同的功能,并且相对独立地运行。
图片来源于网络,如有侵权联系删除
物理层主要负责在物理介质上传输原始的比特流,如光纤、双绞线等传输介质相关的电气、机械等特性的定义,数据链路层关注的是如何将物理层传来的原始比特流组织成帧,进行差错检测和纠正等,像以太网中的MAC(媒体访问控制)地址就在这一层发挥作用,网络层负责对分组进行路由选择,使得数据能够在不同的网络之间传输,IP(网际协议)地址就是网络层的关键要素,传输层提供端到端的可靠通信服务,如TCP(传输控制协议)保证数据的可靠传输,UDP(用户数据报协议)提供无连接的高效传输。
二、软件定义网络(SDN)的架构特点
软件定义网络(SDN)是一种新型的网络架构,它主要由三个层次构成:应用层、控制层和基础设施层。
1、基础设施层
- 基础设施层相当于传统网络结构中的数据链路层和部分物理层功能,在SDN中,基础设施层由网络中的交换机、路由器等设备组成,这些设备被称为转发设备,它们负责数据的转发操作,类似于传统网络中按照既定规则进行帧或分组的转发,不过,与传统网络不同的是,这些转发设备在SDN中的行为更多地受到控制层的指挥,在SDN交换机中,其转发表项不是像传统交换机那样通过复杂的分布式协议(如STP - 生成树协议等)自行构建,而是由控制层下发。
2、控制层
图片来源于网络,如有侵权联系删除
- 控制层是SDN的核心创新部分,它在网络结构中的位置类似于在传统网络结构中的网络层以上,但又与传统网络层的功能有很大区别,控制层主要由SDN控制器构成,SDN控制器掌握着整个网络的全局视图,它通过南向接口与基础设施层的转发设备进行通信,收集网络状态信息,如链路的带宽、连接状态等,它根据应用层的需求和网络的全局状态,制定转发策略,并将这些策略以流表的形式通过南向接口下发到基础设施层的转发设备,当应用层有一个要求对特定类型流量进行优先转发的需求时,控制层可以根据网络的拓扑结构和当前的流量负载情况,计算出合适的转发路径,并将相关的流表项发送到交换机,使得交换机能够按照新的策略进行数据转发。
3、应用层
- 应用层位于SDN架构的最上层,它包含各种网络应用,这些应用类似于传统网络中基于网络层及以上功能构建的应用,但在SDN中有更灵活的实现方式,应用层可以通过北向接口与控制层进行交互,向控制层提出网络服务的需求,如流量工程、网络安全策略配置等,一个网络监控应用可以向控制层请求获取网络中的流量统计信息,控制层根据应用的请求,从基础设施层收集相关数据并反馈给应用层。
三、SDN在网络结构层次中的独特地位
1、对传统分层的变革
- SDN的出现打破了传统网络分层结构中各层相对独立、紧密耦合的局面,在传统网络中,网络设备(如路由器和交换机)的控制平面和数据平面是紧密集成在一起的,而在SDN中,通过将控制平面从网络设备中分离出来并集中到控制层,实现了对网络的集中控制和管理,这种变革使得网络的管理和配置更加灵活,在传统网络中,如果要修改网络中的路由策略,需要在每一个路由器上进行配置修改,而在SDN中,只需要在控制层进行策略调整,控制层就可以将新的路由策略下发到相关的基础设施层设备。
图片来源于网络,如有侵权联系删除
2、跨层功能整合
- SDN在网络结构中的地位还体现在它能够进行跨层功能整合,它不仅仅局限于某一个传统的网络层次,而是跨越了多个层次,控制层在制定转发策略时,既要考虑到基础设施层设备的能力(如交换机的端口速率、缓存大小等,这涉及到物理层和数据链路层的特性),又要满足应用层的需求(如对不同应用类型的服务质量要求),这种跨层整合能力使得SDN能够更好地优化网络资源的利用,提高网络的整体性能。
3、对网络智能化的推动
- SDN在网络结构中的定位也有助于推动网络的智能化,由于控制层掌握着网络的全局信息,并且可以根据应用层的需求灵活地调整网络策略,这使得网络能够更加智能地适应不同的业务需求,在应对突发的网络流量高峰时,控制层可以根据实时的流量监测数据(从基础设施层获取)和应用层的优先级设置,动态地调整网络的转发路径和资源分配,以确保关键业务的正常运行。
软件定义网络(SDN)在网络结构中的地位是独特的,它既融合了传统网络结构中不同层次的功能,又通过创新的架构打破了传统分层的限制,为网络的管理、优化和智能化发展提供了新的思路和方法。
评论列表