网控软件

软件定义智能网络SDN控制器的设计及

技术应用

摘要：SDN的概念是将网络控制功能从网络中分离出来，使用可编程的网络

设备，增强网络控制管理的灵活性。传统网络的控制与转发为一个整体，进而压

缩了网络性能的提升空间，对网络架构提出了新的要求与新的标准，网络的延展

性、功能性、可操作性等都需进行改进与完善，直接增加了网络的运行成本。基

于此，通过软件定义智能网络SDN控制器的设计，构建网络的应用层、控制层与

转发层，促使控制与转发分离，并通过SDN技术的应用，打造分布式数据中心，

以实现网络资源的集约化、智能化、自动化管理。

关键词：软件定义网络；SDN控制器；SDN架构

互联网发展至现阶段，已经实现了普及化，而通信终端应用目标越加的多元

化，对互联网数据传输与接收质量的要求越来越高。网络设备跟随着互联网一起

发展，对功能性、配置要求也在大幅度的提升。因此，网络数据转发与控制管理

功能需要进行分离，使用SDN打造可编程网络，全面提高网络的运行效率与控制

的灵活性，最大程度上满足终端使用需求。

架构设计

基于SDN构建的智能网络主要有3层，实现了控制层与转发层的分离。一是

转发层，使用的是可编程网络交换机，支持OpenFlow协议；二是控制层，由

SDN控制器与网络操作系统组成，处于SDN架构的中间层，与下层基于Open

Flow协议连接，与上层使用API接口和各类应用建立连接；三是应用层，该层包

括多种应用软件，根据控制层传递的信息，执行设置好的算法，由控制器运行算

法生成控制指令，最后将控制指令下发至转发层。SDN详细架构如图1所示。

图1SDN架构

在构建的SDN架构中，控制层与转发层处于两个层次，控制层处于核心位置，

与上下两层构建了信息交互模式，具有管理、控制的功能，并向着集约化方向发

展，形成网络的全局视图，统一集中管控网络，动态监控网络的运行状态，可及

时发现网络中的故障，加快故障解决的速度。转发层具有执行、转发功能，向着

通用方向发展，两个层相对独立运行，智能化水平较高，从而达到提升网络性能

的目标。

控制器技术

2.1链路层发现协议

基于网络操作系统（NOS）可运行各类应用软件，控制器软件在NOS上的运

行，实现对转发层的管控，完成不同网络业务的操作，采用的是链路层发现协议

（LLDP），该协议可进行TLV编码，其中T为tag，描述数据类型，L为长度，

描述Value的长度，V是描述数据值，由一个值或多个值组成。采用TLV编码对

网络设备进行描述，然后封装成LLDP数据单元，将其发送给控制层的上层或下

层，上下层在接收数据单元后进行存储，为后续的数据利用提供方便。在数据包

发送中，由控制器向SDN交换机发送packet_out指令，要求其将数据包发送给

其他的OpenFlow交换机，其他交换机完成数据包的转发任务。OpenFlow交换

机执行上层策略首先查找流量表，完成流量表匹配后，发送packet_in命令，将

数据包传递至控制器中，控制器进行分析并保存该条记录。

2.2抽象建模

转发层作为SDN架构中的执行层，其抽象建模与虚拟文件系统（VFS）大致

相同，通过抽象生成文件系统，为上层与下层提供不同的功能支撑。软件定义智

能网络SDN架构转发层使用的是OpenFlow协议，抽象具有n流量表的Open

Flow协议转发模型。流量表由控制器统一下发给SDN交换机，以作为数据包处理

时的参照。

2.3拓扑管理

其管理的对象为SDN交换机，具有监控设备与链路的作用，控制器与SDN交

换机之间，定时交互packet_out与packet_in消息，确定交换机的工作状态，

同时控制器进行全网视图的更新。SDN在拓扑管理中，还实时采集存储组网信息。

当网络面临多用户的情况下，SDN拓扑管理根据不同用户的不同要求，虚拟化网

络资源，以满足用户的不同需求，最大限度的提高网络资源的利用率。

2.4限制条件下路由算法

A*算法属于路径查找与图形遍历算法，使用该算法对图G进行遍历，找到最

短路径树7，如果在其中发现目标节点1，那么可获取源头s至目标节点的最短

路径树T，即s～1路径，r=5（）。运行A*算法遍历该路径上的所有节点，注意

起始节点不包含在内，获取第二条最短路径。算法遍历过程如，除S节点外的其

他节点V，及其边e，当e为sidetrackedge，{e}为一条候选边，组成路径集合

C，获取C中的最短路径。T构造过程与上述方法大体相同，遍历从next{r}到mu

的最后一条sidetrackedge边的头顶点的每个顶点y,所有指向v的边e,路径长

度L为l(r.)-4(v)+w(e)+4(iail(e))，通过算法的不断遍历，最终获取K条路径。

整个遍历过程是运行算法，获取L值，暂停遍历，获取第一条最短路径。然后接

着运行算法，获取1～k条最短路径。

3.运用SDN技术打造分布式数据中心

3.1数据中心特点

在数据中心网络中，应用SDN技术对网络资源进行集中管理、统一调度，实

现网络资源最大化的利用，一是统一集中管理多数据中心，管理方式、管理呈现

方式、运维流程等全部统一；二是云与非云统一管理，无论是物理还是虚拟设备

与资源，进行自动配置的同时，实行统一发放、统一管理、统一协调；三是服务

统一，分布式数据中心提供的所有服务，采用统一的服务周期，包括了计算、存

储、监控等；四是业务统一管理，在一个基础架构中，业务中心的产品管理、用

户管理、订阅管理、资源调度等，信息集约化、端到端可视化、业务全流程监控

管理；五是虚拟化资源池管理与物理设备管理并行，集成业务中心、服务管理中

心、服务中心、运维中心等平台，打造SDN分布式数据中心架构。

3.2数据中心功能

一是按需配置，分布式数据中心可根据网络用户的需要，进行网络服务的动

态配置，用户只需在终端提出申请就可完成服务配置；二是动态感知功能，数据

中心在迁移过程中，虚拟机跨区迁移，完成迁移后，网络自动感知且形成拓扑网

络；三是智能路由，实现路由智能适配，终端用户提出服务要求，路由智能化、

自动化进行网络资源调度，满足用户对网络服务低时延的要求。

结语：SDN控制器在网络中的运用，实现网络设备的通用化，统一集中管理

网络中的硬件资源与虚拟资源，生成覆盖全网络的拓扑结构。通过构建的虚拟化

网络资源池，按需动态调配与供给网络资源，使网络资源调配的更加合理，利用

效率更高，对于网络运维的发展非常有利。运用SDN控制器设计软件定义智能网

络，使网络控制管理更加的灵活，操作自由化程度更好，是未来网络结构发展的

重要方向之一。

参考文献：

[1]尚秋峰、李炎、黄尔杰.电力通信网中SDN控制器部署方法[J].电测与仪

表,2020,57(16):5.

[2]邱帆,郑乐,罗广军.有线,无线混合网络环境下的SDN控制器设计与实现

[J].光通信技术,2019,43(9):4.