[论文解读] Software Defined Networking Supported by IEEE 802.1Q

János Farkas, Stephen Haddock+1 more|arXiv (Cornell University)|May 27, 2014

Software-Defined Networks and 5G参考文献 3被引用 5

一句话总结

本文表明，现有的符合 IEEE 802.1Q 标准的以太网网桥通过其原生的控制面与数据面分离机制，天然支持软件定义网络（SDN），并可实现外部 SDN 控制器的集成。研究显示，基于 802.1Q 的商用芯片已具备丰富的网络虚拟化与 OAM 功能，为无需硬件改造即可实现 SDN 部署提供了切实可行的路径。

ABSTRACT

This paper gives an overview on how Software Defined Networking (SDN) principles can be applied to existing Ethernet merchant silicon considering the requirements modern networks face. We show that existing Layer 2 features specified by IEEE 802.1Q support SDN. The bridge architecture supports control plane/data plane split by design and also allows for external control e.g. by an SDN Controller. The data plane provided by existing chips is feature rich for network virtualization and supports even more features like OAM. We outline the principles of SDN over bridges and show a number of possibilities for further research and development.

研究动机与目标

• 探讨如何利用符合 IEEE 802.1Q 标准的现有以太网硬件实现 SDN 部署。
• 识别当前网桥架构在多大程度上已支持 SDN 原则，如控制面抽象化。
• 评估基于 802.1Q 的商用芯片在可扩展、可编程网络虚拟化中的可行性。
• 概述在现有 802.1Q 标准约束下，增强 SDN 能力的开放研究方向。

提出的方法

• 分析符合 IEEE 802.1Q 标准的网桥设计，识别其对控制面与数据面分离的内在支持。
• 研究符合 IEEE 802.1Q 标准的商用芯片的数据面能力，重点关注与 SDN 相关的功能，如 VLAN、流量控制和 OAM。
• 证明外部 SDN 控制器可通过标准管理接口管理 802.1Q 网桥，实现集中式控制。
• 评估 802.1Q 功能的可扩展性，以支持如网络切片和动态服务提供等高级 SDN 用例。
• 提出 SDN 控制器逻辑与现有 802.1Q 网桥功能之间的架构映射。
• 强调通过复用现有硬件和标准，可实现 SDN 的渐进式采纳。

实验结果

研究问题

• RQ1 符合 IEEE 802.1Q 标准的网桥在多大程度上已支持 SDN 的核心原则，如控制面与数据面分离？
• RQ2 在不进行架构更改的前提下，基于 802.1Q 的现有商用芯片能否有效用作 SDN 的数据面？
• RQ3 802.1Q 网桥中哪些 SDN 相关功能是原生可用的，以及如何向外部控制器暴露这些功能？
• RQ4 在使用 802.1Q 网桥支持高级 SDN 工作负载（如网络虚拟化与 OAM 集成）时存在哪些局限性？
• RQ5 利用 802.1Q 作为 SDN 基础，会催生哪些新的研究与开发机遇？

主要发现

• IEEE 802.1Q 网桥架构天然支持控制面与数据面分离，这是 SDN 的核心原则。
• 基于 802.1Q 的现有商用芯片提供了丰富的功能，适用于网络虚拟化，包括 VLAN 支持和流量管理。
• 符合 802.1Q 标准的芯片数据面支持 OAM（操作、管理和维护）等操作，提升了可管理性。
• 外部 SDN 控制器可通过标准管理协议与 802.1Q 网桥集成，实现集中控制。
• 本文识别出多个未来研究机会，包括提升可编程性以及为 SDN over 802.1Q 制定标准化接口。
• 在现有符合 802.1Q 标准的以太网基础设施上部署 SDN 无需硬件修改，可实现成本效益高的迁移。