SDN的研究进展

７０ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｏｆｔｗａｒｅ软件学报Ｖ０１．２６，Ｎｏ．１，Ｊａｎｕａｒｙ２０１５护，可以完成需要全网信息的路由等操作．层次控制器交互存在两种方式：一种是局部控制器与全局控制器之间的交互，另一种是全局控制器之间的交互．对于不同运营商所属的域来说，仅需协商好全局控制器之间的信息交互方式即可．Ｋａｎｄｏｏ［５２】实现了层次分布式结构．当交换机转发报文时，首先询问较近的局部控制器．若该报文属于局部信息，局部控制器迅速做出回应．若局部控制器无法处理该报文，它将询问全局控制器，并将获取的信息下发给交换机．该方式避免了全局控制器的频繁交互，有效降低了流量负载．由于这种方式取决于局部控制器所处理信息的命中率，因此在局部应用较多的场景中具有较高的执行效率．

ＳＤＮ网络操作系统应当具有实时运行所开发应用的能力，即，能够达到开发与执行的平衡．ＮＯＸ采用Ｐｙｔｈｏｎ或Ｃ＋＋，使用Ｐｙｔｈｏｎ时开发效率较高，执行效率较低；而使用Ｃ＋＋时执行效率很高，开发效率却很低．于是，科研人员致力于开发通用的平台，尽可能地在开发与执行之问达到一个较好的平衡．Ｂｅａｃｏｎ［５３１是一个基于Ｊａｖａ的通用平台，它向用户提供了一系列相关的库与接口用于开发，并提供运行时模块化的功能，使其在保证性能的情况下具有了实时运行的能力，实现了开发与执行两者之间的平衡．操作系统将资源形成文件系统，文件具有层次结构，方便操作系统随时读取与调用．控制器所管理的资源也具有类似特征，能够使得用户和应用通过标准的文件Ｉ／Ｏ进行交互．ｙａｎｃ［”】控制器即采用了文件系统的方式处理资源，它把网络应用视为不同的进程。每个进程被分隔成不同的视图或分片（ｓｌｉｃｅ）．在ｙａｎｃ中，无论物理交换机还是数据流参数都将形成文件，不同的应用则根据自身的需求调用不同的文件．此外，ＳＤＮ控制器平台已经存在大量实际开发，包括Ｆｌｏｏｄｌｉｇｈｔ［５５］，ＰＯＸ［５６】和Ｒｙｕｐ川等．典型控制器的对比情况见表３．

Ｔａｂｌｅ３Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｇｅｎｅｒａｌｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｐｌａｔｆｏｒｍｓ

表３典型控制器平台对比

控制器

ＮＯＸ【１２Ｊ线程单

多

多

单

单

单

多

多

多

多分布否否否是是是是是实现语言Ｃ＋＋，ＰｙｔｈｏｎＣ＋＋／ＰｙｔｈｏｎＪａｖａＣ＋＋／Ｐｙｔｈｏｎ／Ｊａｖａ开发团队ＮｉｃｉｒａＴｏｒｏｎｔｏＲｉｃｅＮｉｃｉｒａＮＯＸ—ＭＴｔ”１Ｍａｅｓｔｒｏｌ４７１ＯｎｉｘＩ”１ＨｙｐｅｒＦｌｏｗ川Ｋａｎｄｏｏｐ刮ＢｅａｃｏｎＩ”’Ｆｌｏｏｄｌｉｇｈｔ口副ＰＯＸｐ”Ｒｙｕｐ”Ｃ＋＋Ｔｏｒｏｎｔｏｃ，Ｃ＋＋＆ＰｙｔｈｏｎＪａｖａＪａｖａＴｏｒｏｎｔｏＳｔａｎｆｏｒｄＢｉｇＳｗｉｔｃｈＮｉｃｉｒａＮＴＴ否Ｐｙｔｈｏｎ是Ｐｙｔｈｏｎ

３．２接口语言

控制器提供了北向接口，方便用户配置网络．然而，当今的网络存在各式各样的应用，如流量监控、负载均衡、接入控制和路由等．传统的控制器平台（例如ＮＯＸ［１２１）仅能提供低级配置接口，且使用像Ｃ＋＋这种通用语言，抽象程度较低，造成网络配置成本并未大幅度降低．针对这种情况，科研人员致力于开发一种抽象的、高级配置语言．这些抽象语言能够统一北向接口，改善接口的性能，从而全面降低网络的配置成本．

耶鲁大学团队开发了一系列网络配置语言，旨在搭建具有优化性能的通用北向接口．Ｎｅｔｔｌｅ［５８１是描述性语言，采用了函数响应式编程（ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｒｅａｃｔｉｖｅｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ，简称ＦＲＰ）方式．ＦＲＰ是基于事件响应的编程，符合控制器应对各种应用的实际响应情况．Ｎｅｔｔｌｅ的目标是实现网络配置的可编程化，而可编程化的网络配置要求控制器性能足够高，因此，该团队又提出了ＭｃＮｅｔｔｌｅ【５９１，一种多核Ｎｅｔｔｌｅ语言．ＭｃＮｅｔｔｌｅ并未改变描述性与ＦＲＰ的特性，而是利用共享内存、多核处理的方式增强了用户开发体验．Ｐｒｏｃｅｒａ［６０】则进一步对语言抽象作了优化，采用高级的网络策略来应对各种应用．为了使控制器更好地发挥接口语言的性能，该团队提出了Ｍａｐｌｅ【６１】，如图６所示．Ｍａｐｌｅ对接口语言作了进一步抽象，允许用户使用自定义抽象策略．为了能够高效地将抽象策略分解成一系列规则，并下发到相应的分布式交换机上，Ｍａｐｌｅ不但采用了高效的多核调度器，最关键的是，它采用了跟踪运行时优化器（ｔｒａｃｉｎｇｒｕｎｔｉｍｅｏｐｔｉｍｉｚｅｒ）来优化性能．该优化器一方面通过记录可重用的策略，将负载尽可能地转移到交换机来处理．另一方面，通过动态跟踪抽象策略与数据内容及环境的依赖性，使流表始终处于最新状态，从