本文主要讲解“什么是SDN网络的IPv6组播机制”，感兴趣的朋友不妨看看。本文介绍的方法简单、快速、实用。让边肖带你学习“什么是SDN网络中的IPv6组播机制”！
知识背景
随着互联网的快速发展和视频直播、网络教学等实时业务的广泛应用，多个接收者需要同时从一个或多个源节点接收相同的流媒体数据，大大增加了网络传输的信息容量，占用了大量的网络带宽。对于这些应用需求，传统的VOD技术不仅消耗了大量的源节点资源和网络带宽，而且限制了用户数量的扩展。相比之下，组播是一种很好的传输方案。由于传统网络中的路由器需要预先配置，那么就可以动态支持组播用户的加入和离开操作以及组播树的生成，而传统网络中的路由器并不会根据用户对带宽的巨大需求动态选择传输路径，容易导致链路拥塞，无法为用户提供更好的服务质量，难以在传统网络中大规模部署。
以OpenFlow技术为核心的软件定义网络(SDN)框架具有集中控制的功能，能够自行感知网络拓扑的变化，在细粒度路径选择、访问控制和负载均衡等方面具有天然优势，为IPv6组播功能的实现提供了很好的解决方案。为了解决SDN网络中的IPv6组播问题，提出在SDN控制器中设计三个功能模块：组成员管理、带宽拓扑维护和组播树构建，不再需要部署分布式组播路由协议。
SDN介绍
SDN是斯坦福大学的一个清白项目团队。他们有一个宏伟的目标，那就是重建互联网，改变现有僵化的网络架构模式，从而构建可扩展、高性能的现代网络架构。2009年，SDN概念被选为《技术评论》十大前沿技术之一。2012年4月，ONF组织发布了SDN白皮书，提出了类似操作系统的想法。将网络中的所有网络设备视为被管理资源，控制器相当于一个操作系统来管理这些资源。该控制器抽象网络设备，维护网络设备，并将这些网络设备信息提供给上层应用程序。上层应用通过统一的可编程接口对这些网络设备进行配置和管理，从而实现相关的网络应用功能，不再需要关心底层网络拓扑的变化。提出了SDN的三层模型(物理设备层、控制层和应用层)，得到了业界的广泛认可。
在SDN网络的实践中，OFELIA、第二代互联网、FIRE、GENI等科研机构在真实环境中部署了SDN网络。华为、锐捷、思科、Pica8等厂商积极投入人力物力，研发支持OpenFlow协议的SDN控制器或SDN交换机。在SDN网络的企业部署方面，Google在数据中心大规模部署了基于OpenFlow技术的SDN网络，显著提高了网络资源的利用率，降低了网络运维的复杂度。
SDN的网络架构图如下：应用层主要完成用户意图的各种上层应用程序，统一管理网络资源。控制层的核心功能是实现内部交换路径计算、边界服务路由计算、流表控制和分发等功能。转发层主要由交换机之间的链路组成，构成基本的转发网络。转发过程中需要的转发表项是控制器下发的流量表，交换机根据流量表进行转发，本身不具备逻辑判断功能。
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ONOS控制器
SDN 控制器对整个 SDN 网络架构的性能有着决定性的作用。目前，已经有二十多种由不同语言、不同机构研发的控制器，特别是开源社区提供了很多的控制器，如Nox,RYU,Floodlight,OpendayLight,ONOS等。其中，ONOS控制器是第一款面向运营商的商业级别控制器。支持多种南向接口协议，抽象屏蔽了协议差异性，以高可靠性和高可用性著称，更适合运营商场景。ONOS的设计高度层次化、模块化、抽象化。ONOS的内核是由很多遵循同一架构设计的子系统组成的，核心层在设计上遵循“针对接口编程，不针对具体实现编程”的面向对象设计原则，将子系统提供的服务功能抽象成接口，呈现给顶层的应用和底层的协议插件。子系统的结构如下图所示。
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App Component：应用程序通过AdminService和其他服务接口聚合消息，被Manager Component使用和操作。
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Manager Component：对网络的抽象，是协议无关的，对上提供统一的北向接口。主要包括Manager和Store，Store则负责数据的存储，查询，更新以及东西向同步等，所有来自Manager中与数据相关的操作都会通过Store来完成。Manager也会将Store中的事件抛出并实现ListenerService接口，其它应用通过ListenerService接口即可实现事件的监听。
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Provider Component：Provider是协议相关的，主要为核心层提供抽象的数据类型，Provider通过核心层提供的ProviderService接口向核心层注入网络信息，Provider也会暴露Provider接口给核心层，接收来自核心层的command消息。每个Provider需要在ProviderRegistry进行注册，才能被ProviderService识别。
架构实现
在ONOS控制器的适配层、核心层和应用层开发实现IPv6组播功能。包括适配层对交换机端口状态的维护；核心层对订阅者信息和订阅者直连交换机信息的维护；应用层对组播路径选择的维护。架构实现图如下图所示。
带宽拓扑适配器组件实现对交换机及其端口状态的维护，OpenFlowDeviceProvider类是ONOS控制器中已经存在的交换设备抽象类，但没有提供获取实时端口带宽的方式。为了获得实时的端口可用带宽信息，在OpenFlowDeviceProvider类中设计了PortStatsCollector类。
组成员管理组件需要实现对组播订阅者的维护和订阅者端交换机信息的维护，并通知组播选路模块给组播订阅者选择路径。组成员管理组件的实现依赖设备管理子系统、数据包管理子系统、主机管理子系统，该组件由组播订阅者信息维护和订阅者端交换机维护两部分组成。
组播选路组件，当有组播订阅者加入组播组时，组播选路组件要依据当前的网络拓扑和链路带宽信息为组播订阅者选择传输路径，并且要考虑组播订阅者是新加入一个组播组还是加入一个已经存在的组播组，针对两种这两种情况有不同的选路算法。如果是新加入一个组播组，则组播流量是从组播发送端传送给接收者的；如果是加入已经存在的组播组，则组播流量是从转发组播流量的交换机多端口复制转发过来的。
实验结果
数据平面用Mininet模拟器模拟6台交换机，Mininet在Mininet模拟器中通过xterm命令开启三个主机是一个能够创建包含虚拟主机、交换机、控制器和链路的网络平台仿真器，Mininet主机运行的是标准的Linux网络软件，Mininet的虚拟主机、交换机、链路和控制器是由软件创建，使之看起来像一个完整的网络。在Mininet模拟器中通过xterm命令开启三个主机，给组播发送端配置的IPv6地址为fc00::1/64，两个订阅者配置的IPv6地址为fc00::2/64和fc00::3/4。三个主机分别运行各自的接收组播流量的程序，输出接收组播流量的来源和接收时间。实验结果如下图，两个订阅者可以同一时刻能收到相同的数据。
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