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| 編輯推薦： |
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紧跟科技前沿，计算机网络领域的优质读物。
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| 內容簡介： |
软件定义网络通过采用控制器下发规则、交换机执行规则的方法，提高了网络的可编程性和创新性，是前景的未来网络架构之一。本书详细介绍了在时延保障、化命中率、网络虚拟化等应用场景中规则放置的方法，对软件定义网络的应用具有借鉴意义。
本书面向网络体系架构和网络服务质量研究领域的硕士生、博士生，以及其他从事网络架构创新的研究人员。
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| 目錄：
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第1章绪论
1.1 软件定义网络的起源 2
1.2 基于OpenFlow的SDN架构 4
1.3 规则管理问题 6
1.4 规则管理面临的挑战 8
1.5 本书的主要贡献 10
1.6 章节安排 12
第2章 软件定义网络中规则管理研究现状
2.1 规则放置算法 16
2.2 规则的分发方式25
2.3 规则更新28
2.4 本章小结33
第3章 基于网络演算的组合SDN转发节点时延分析模型
3.1 引言 36
3.2 相关工作37 3.3 组合SDN转发节点 37
3.4 组合SDN转发节点性能分析 40
3.5 仿真实验与结果分析 46
3.6 本章小结 56
第4章 组合SDN转发节点中时延保障的规则放置方法研究
4.1 引言58
4.2 相关工作 59
4.3 问题描述 60
4.4 基于遗传的规则放置算法 62
4.5 放置实验与性能分析 68
4.6 本章小结 71
第 5章 基于时空联合的规则放置方法研究
5.1 引言74
5.2 相关工作 76
5.3 问题描述 77
5.4 基于时空联合的规则放置方法 79
5.5 仿真与性能分析 84
5.6 本章小结 90
第6章基于SDN的网络虚拟化架构研究
6.1 引言 92
6.2 相关工作 93
6.3 基于SDN的网络虚拟化架构设计94
6.4 原型验证 104
6.5 本章小结 109
第７章 结束语
7.1 总结 112
7.2 未来工作展望 113
附录缩略语表 116
参考文献 118
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| 內容試閱：
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通过对 4D架构、SANE和 Ethane等控制平面和数据平面分离方案的借鉴，软件定义网络（Software -Defined Networking，SDN）成为人们努力将白盒设计思想引入网络的重要成果，引起了学术界和产业界的广泛关注。在 SDN中，所有交换机的控制功能被逻辑集中于控制器中，极大地方便了网络管理。网络管理员不需要再根据网络状态变化，频繁地对网络设备进行逐个设置，仅需要在控制器上配置能够动态响应的高层策略。SDN对网络创新也有着巨大的推动作用。通过在控制器上进行编程，研究人员可以快速地部署新的网络功能。
OpenFlow综合考虑了 SDN的网络完全可编程的目标与实际部署的复杂性，使SDN由理论变为现实。OpenFlow协议也成为当前SDN中控制器与交换机之间实际的通信标准，为网络管理和科研人员提供了许多新的视角。但是，OpenFlow也带来了许多新的问题，包括如何确定数据流的控制粒度、如何进行数据流测量、如何进行网络虚拟化、如何将 SDN网络与传统网络进行结合等。如何对规则进行管理是解决这些问题的关键。例如，如何进行数据流测量其实就是如何在网络资源约束条件下合理地部署策略规则。本书首先对软件定义网络中规则管理问题的研究背景和挑战进行归纳总结，然后围绕在流表资源有限的条件下如何进行规则放置问题进行了深入研究。具体内容如下。
① 对软硬件 SDN交换机构成的组合 SDN转发节点的时延上限进行了理论分析。在组合转发节点中，软件交换机和硬件交换机的各自的特点和它们之间的协作流程决定了在硬件交换机中命中规则的数据流的时延必然比其余数据流的时延低。为了能够对经过组合转发节点的数据流的时延上限进行定量分析，著者首先提出了组合 SDN转发节点的理论模型，然后根据进入组合转发节点所有数据流的累积到达过程，利用网络演算的相关定理分析了经过组合转发节点的数据流在差情况下的分组时延。在 NS-3环境下仿真实验，结果表明著者根据网络演算得到的时延上限的理论值与仿真值极为接近，并且总结出了组合转发节点中软件交换机数量与规则放置方案对各通道时延上限的影响方式。
② 提出了适用于组合 SDN转发节点的基于遗传的规则放置算法。在组合SDN转发节点中，由于硬件交换机中流表空间有限，所以只有部分数据流可以经由快速通道进行转发，并且由成果1可知任意数据流的通道选择都会影响所有数据流的时延上限。为了保障数据流在组合 SDN转发节点的时延需求，著者首先定义了时延满意度，用于衡量规则放置方法达到的时延保障水平，然后对组合 SDN转发节点中的规则放置问题进行形式化描述，并证明该问题是 NP难问题，然后利用基于遗传的规则放置算法对该问题进行求解，实验证明与另外三种算法相比，所提算法能够获得更高的时延满意度。
③ 提出了一个基于SDN的网络虚拟化架构。网络虚拟化可以为每个网络租赁者灵活地提供独立的网络拓扑和自主的网络管理权限。软件定义网络，尤其是 OpenFlow提供了开放的底层物理网络抽象接口，提高了网络的可编程性。基于 SDN的网络虚拟化架构能够结合二者的优势，进一步加快网络发展。尽管在SDN环境下进行网络虚拟化已经引起了广泛关注，但是如何设计基于 SDN的网络虚拟化架构仍然是一个开放性问题。著者首先对基于 SDN的网络虚拟化架构的需求进行分析，其次提出了一个基于 SDN的网络虚拟化架构，SDNVA。在SDNVA中，通过对 OpenDayLight控制器进行扩展，实现了网络虚拟化组件；结合 OpenFlow交换机对多级流表的支持，提出了虚拟管线机制，并扩展至组合SDN转发节点中；提出了分别针对物理网络和虚拟网络的自治管理机制。后在 SDNVA的原型系统中验证了虚拟化组件对资源的隔离，以及虚拟网络对物理网络变化的感知。
④ 提出了基于时空联合的规则放置算法。除了采用类组合SDN转发节点的方法增大交换机流表空间，提高流表的利用效率也是克服流表空间不足的重要手段。OpenFlow的超时机制和通配符匹配机制可以分别从时间和空间上调整规则对流表空间的占用，为解决交换机的流表资源有限问题提供了有效的解决途径。利用超时机制或者通配符匹配机制，研究人员提出了许多能够有效提高规则命中率的规则放置算法。但是，这些已有的规则放置算法都仅采用一种机制进行性能优化，不能充分提高规则命中率，并且在应用范围方面都存在一定的局限性。为此，著者首先对联合采用超时机制和通配符匹配机制的规则放置问题进行形式化描述，然后针对该问题提出了基于时空联合的规则放置算法，综合考虑规则在流表中的逗留时间和规则的匹配空间，确定规则的放置方案。实验结果表明，所提算法产生的规则放置方案能够有效提高规则命中率，或者降低分组拒绝率。
本书是齐庆磊和李贺在长期从事的网络体系架构相关研究的基础上形成的一本专著。具体分工如下：齐庆磊撰写了第3章至第6章，李贺撰写了第1、2、7章。在此，谨对长期以来共同工作、学习和生活的老师、同事和同学们表示深切感谢，感谢他们在长期科研工作中对本书的贡献。本书是在王文东教授和龚向阳教授的悉心指导和全力支持下完成的。本书的形成过程中，得到了刘金江教授、阙喜戎副教授、田野博士、高慧博士、张波博士、李慧宗博士等老师的许多帮助，在此一并表示感谢。后，在本书成稿过程中参考或引用了国内外一些学者的论著，在此表示感谢。
本书受到南阳师范学院计算机应用技术省级重点学科、南阳师范学院河南省数字图像大数据智能处理工程研究中心、河南省高等学校重点科研项目（No.22A520037、No.20B520025和 No.21A520032）、国家自然科学基金青年基金项目（No.62002180）、河南省科技攻关项目（No.202102210362）的资助，特此致谢！
由于时间仓促，水平有限，不足之处在所难免，敬请读者批评指正。
著者
2021年 7 月
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