[论文解读] Software-Defined Networking: State of the Art and Research Challenges

Manar Jammal, Taranpreet Singh+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 1, 2014

Software-Defined Networks and 5G参考文献 24被引用 5

一句话总结

本文全面概述了软件定义网络（SDN），分析了其在数据中心、数据中心网络以及网络即服务（NaaS）环境中的优势。文章介绍了SDN的架构，该架构将控制平面与数据平面解耦，并识别出可扩展性、安全性和可靠性等关键挑战，提供了现有解决方案，并强调了SDN在与网络功能虚拟化（NFV）协同作用时作为补充性使能技术的角色。

ABSTRACT

Plug-and-play information technology (IT) infrastructure has been expanding very rapidly in recent years. With the advent of cloud computing, many ecosystem and business paradigms are encountering potential changes and may be able to eliminate their IT infrastructure maintenance processes. Real-time performance and high availability requirements have induced telecom networks to adopt the new concepts of the cloud model: software-defined networking (SDN) and network function virtualization (NFV). NFV introduces and deploys new network functions in an open and standardized IT environment, while SDN aims to transform the way networks function. SDN and NFV are complementary technologies; they do not depend on each other. However, both concepts can be merged and have the potential to mitigate the challenges of legacy networks. In this paper, our aim is to describe the benefits of using SDN in a multitude of environments such as in data centers, data center networks, and Network as Service offerings. We also present the various challenges facing SDN, from scalability to reliability and security concerns, and discuss existing solutions to these challenges.

研究动机与目标

• 分析软件定义网络（SDN）的当前状态及其与新兴网络范式集成的情况。
• 识别并研究SDN部署中的关键挑战，包括可扩展性、可靠性和安全性。
• 评估SDN在数据中心、数据中心网络以及网络即服务（NaaS）模式等多样化环境中的优势。
• 探讨SDN与网络功能虚拟化（NFV）在改造传统网络基础设施方面如何互补。
• 提供现有解决方案的结构化概述，以应对SDN面临的技术与运营挑战。

提出的方法

• 通过回顾截至2014年的现有文献和技术发展，调研SDN的最新进展。
• 分析SDN的架构模型，该模型通过将控制平面与数据平面分离，实现集中式网络管理。
• 利用真实用例和性能指标，评估SDN在数据中心网络和NaaS环境中的部署情况。
• 识别并分类SDN环境中控制平面可扩展性、网络可靠性以及安全威胁等挑战。
• 回顾现有解决方案，包括分布式控制平面设计、安全通信协议以及容错机制。
• 将SDN与传统网络进行比较，突出其在灵活性、可编程性和资源优化方面的优势。

实验结果

研究问题

• RQ1 SDN如何提升数据中心和NaaS环境中网络管理与性能？
• RQ2 SDN在大规模网络中可扩展性的主要技术挑战是什么？
• RQ3 在采用集中式控制平面的SDN架构中，如何确保安全性和可靠性？
• RQ4 SDN与NFV在现代网络虚拟化中以何种方式实现互补？
• RQ5 哪些现有解决方案能有效缓解SDN中的关键挑战，如控制平面瓶颈和网络攻击？

主要发现

• 通过将控制平面与数据平面解耦，SDN显著提升了网络的灵活性和可编程性，大幅改善了数据中心的网络管理。
• 本文指出，可扩展性是主要挑战，特别是在大规模部署中，由于集中式控制器的瓶颈而加剧。
• 安全问题源于集中式控制器，其成为单点故障并成为攻击的主要目标。
• 控制器停机进一步加剧了可靠性问题，可能导致整个网络运行中断。
• 现有解决方案如分布式控制器和安全通信协议，有助于缓解可扩展性和安全性挑战。
• SDN与NFV是互补技术；尽管可独立运行，但其集成可为现代化传统网络提供强大解决方案。