Software Defined Network顧名思義軟件定義網(wǎng)絡(luò)，可以簡單地分為網(wǎng)絡(luò)和軟件兩個部分：軟件和網(wǎng)絡(luò)。此外，通過使用OpenFlow協(xié)議來實現(xiàn)SDN是一種較為普遍的方式，所以本篇將從軟件和網(wǎng)絡(luò)以及OpenFlow三個方面進行介紹。在研究SDN的研究者之中，有相當大比例的網(wǎng)絡(luò)工程師，他們了解網(wǎng)絡(luò)，精通網(wǎng)絡(luò)，然而卻并不了解軟件開發(fā)。除此之外，還有很大比例的研究者是軟件工程師，他們軟件開發(fā)能力出色，然而并不了解網(wǎng)絡(luò)運作的機制，在接觸SDN之前，他們的范圍僅僅只是應用層，底層的東西交給全交給主機的協(xié)議棧了。還有一部分同學是像我這樣，通信工程出身，學的是物理層的編碼解碼，誤碼率，電磁波。不像計算機專業(yè)那些學生一樣，學習各種語言，操弄各種編譯器，混跡于github這種全球最大的男性交友網(wǎng)站。剩下最后一種就是又懂網(wǎng)絡(luò)，又懂編程。這種人，我一般稱之為老師，是用來請教問題的，比如地球-某某老師。一般的,他們不屑于看到這種文章，太low。

本篇主要的目標用戶是對網(wǎng)絡(luò)和軟件開發(fā)都不太了解，或者網(wǎng)絡(luò)和編程開發(fā)只擅長一種的研究者。由于我也是一個初學者，所以僅當做經(jīng)驗分享吧。如有表達不對的地方，敬請指出，萬分感謝。

網(wǎng)絡(luò)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)，如果不了解網(wǎng)絡(luò)，那如何去定義一個你不了解的東西?如果不知道網(wǎng)絡(luò)中存在的問題，如何使用SDN來改善?所以網(wǎng)絡(luò)知識至關(guān)重要。然而作為一個初學者，并不需要網(wǎng)絡(luò)各個方面都精通，也做不到，僅需學習基礎(chǔ)知識，并選擇一個研究場景即可。

計算機網(wǎng)絡(luò)

學習網(wǎng)絡(luò)的必修課是計算機網(wǎng)絡(luò)。計算機網(wǎng)絡(luò)講述的是計算機網(wǎng)絡(luò)的運作機制，都是極其基礎(chǔ)重要的知識。謝希仁前輩的《計算機網(wǎng)絡(luò)》是從底層往上層介紹，從物理層的hub到數(shù)據(jù)層的網(wǎng)橋和交換機，到網(wǎng)絡(luò)層的路由器，最后講到TCP/UDP的傳輸層，止于應用層，適合有通信背景的學習者。《計算機網(wǎng)絡(luò)：自頂向下方法》則是從另一個角度出發(fā)，從應用層向下介紹，擺脫了物理層的枯燥，這樣的思路更適合學習計算機出門的學習者。《CCNA學習指南》也是推薦的書籍之一，前部分內(nèi)容講解計算機網(wǎng)絡(luò)非常簡單明了，更貼近于真實網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，可以當做計算機網(wǎng)絡(luò)的進階書籍閱讀。

學習完計算機網(wǎng)絡(luò)之后，學習者應該懂得二層交換、三層路由，了解到OSI七層協(xié)議棧，也了解了TCP/IP，ARP,ICMP,DNS, DHCP。作為檢驗標準，讀者可以嘗試介紹一個客戶端主機和跨網(wǎng)段的服務器進行通信的流程。

關(guān)于網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，只需了解主要的一兩種，其他了解其作用即可，因為協(xié)議實在太多了，沒有必要學完。RIP、BGP、OSPF和IS-IS需要了解。如果研究的課題與路由協(xié)議相關(guān)，則可詳細學習，初期不建議深入學習。學習成果檢驗是對比路由協(xié)議的差異，如RIP的廣播路由信息和OSPF的告知鄰居。

ARP,ICMP，DNS,DHCP這幾種功能型報文非常重要，均需了解其工作流程，具體的報文格式，可適當了解關(guān)鍵字段。項目需要時再深入研究。

TCP/UDP的差別需要牢記，適合的應用場景也許了解。關(guān)于TCP的狀態(tài)機，建議嘗試記憶，TCP的三次握手建立連接，四次握手釋放連接是面試高頻題。

應用層的僅需了解若干常用協(xié)議如SMTP,POP3，HTTP及其對應的傳輸層的端口號即可。

網(wǎng)絡(luò)場景

當學習了基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)知識，學習者已經(jīng)具備了一定知識儲備，對網(wǎng)絡(luò)也有了基礎(chǔ)的了解。然而現(xiàn)網(wǎng)之復雜，并不是看了一本《計算機網(wǎng)絡(luò)》就可以了解的。網(wǎng)路可以按照規(guī)模分為局域網(wǎng)，城域網(wǎng)，廣域網(wǎng)，也可以按照功能劃分成接入網(wǎng)，傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)。當然按照場景劃分就更多了。云計算網(wǎng)絡(luò)的典型場景數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)是目前研究的熱門領(lǐng)域。以校園網(wǎng)為代表的園區(qū)網(wǎng)也是較為常見的SDN應用部署場景。跨數(shù)據(jù)中心的互連互通、WAN的研究則是研究的另一個大方向。

選擇一個自己喜歡的應用場景，進行深入研究，并根據(jù)需求學習相關(guān)知識，會大大提高學習的效率。比如我選擇學習數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)，所以我需要學習一些云計算的知識，需要了解數(shù)據(jù)中心中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。我推薦《騰云：云計算和大數(shù)據(jù)時代的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)揭秘》作為云計算網(wǎng)絡(luò)知識的科普書籍。書中介紹了很多有用的知識，包括云計算的起源，云計算和網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，網(wǎng)絡(luò)安全，以及數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中的一些關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。讀完你應該了解到什么是TOR和EOR，知道了刀片服務器，了解到VN-TAG是用來標識虛擬機到TOR的流量的，了解到VXLAN和NVGRE的作用，了解到交換機還可以組裝的，除了OVS之外還有NEXUS 1000v等產(chǎn)品。讀完這本書，能對現(xiàn)網(wǎng)的一些技術(shù)，以及產(chǎn)品有一些科普性質(zhì)的了解，對后續(xù)深入學習研究有很大幫助。

相信有了前面計算機網(wǎng)絡(luò)知識作為鋪墊，再選定一個特定的研究場景，網(wǎng)絡(luò)方面的學習已經(jīng)不成問題。

軟件開發(fā)

軟件開發(fā)是SDN學習中另一個重要方面，這方面我同樣不是行家，我也是新手，所以以下言論僅當做自己的經(jīng)驗介紹。

選擇一門語言，選擇一個控制器

根據(jù)自己的喜好，選擇一門語言，然后根據(jù)語言，選擇一個對應的控制器，這是開發(fā)的第一步。如我自己，在折騰了C/C++,Java,Python之后，最終還是皈依到了Python大法的旗下。根據(jù)Python語言，我選擇了由Python語言寫的POX。POX無需安裝，直接可以運行。同時，POX代碼簡單，初學者只需閱讀pox/forwarding文件夾下的代碼即可。

根據(jù)我們已有的網(wǎng)絡(luò)知識，我們基本可以看懂pox/forwarding文件夾下的程序邏輯。以l2_learning.py為例，該文件完成了一個簡單的二層交換的應用，其邏輯為：記錄MAC地址和Port的對應關(guān)系，轉(zhuǎn)發(fā)時，查詢MactoPort表，若查詢成功，則轉(zhuǎn)發(fā)，若失敗則泛洪。后來RYU出現(xiàn)了，封裝更好的，性能更好的RYU成為了我的首選。

在編程的過程中，需要進行程序設(shè)計，其中設(shè)計的算法以及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的知識在這里不多介紹，有興趣的讀者可以自行學習。

以項目為導向，先寫起來

閱讀源碼需要有明確的目的性。最開始可以先嘗試讀一些簡單的如Simple switch之類的代碼，掌握一些簡單的API的使用，理解基礎(chǔ)的內(nèi)容，然后再進行深入的源碼閱讀。

在進一步學習SDN開發(fā)時，建議以項目為導向，先寫起來，在嘗試中去解決問題。在寫的過程中遇到問題再去查看源碼找關(guān)鍵點，如此一來學習非常有效率，且學到的東西很快就可以用上，學習效果好。特別是在OpenFlow協(xié)議已經(jīng)經(jīng)過多個版本的擴張，目前內(nèi)容已經(jīng)非常多的情況下，選擇性學習能幫助你降低學習的壓力，提高學習的效率。

時間充裕的情況下，你可以選擇好好閱讀那些你認為重要的代碼。比我在經(jīng)歷了多個APP開發(fā)之后，我覺得我需要好好了解一下RYU的內(nèi)部機制了。所以我花了三天，把從底層socket到協(xié)議解析，到事件分發(fā)到handler注冊的代碼認真看了一遍，收益頗多。

學會Debug

寫程序容易，調(diào)程序難。掌握正確的調(diào)試方法能大大提高開發(fā)的效率。

為提高調(diào)試的效率，在程序設(shè)計的時候就需要非常注意。寫程序時需要注意程序的設(shè)計，比如成端的邏輯盡可能寫成函數(shù);一個函數(shù)不得過長，最好別超過一個屏幕的行數(shù);盡可能模塊化地編程，可以提高代碼的重用率，將錯誤域縮小到某模塊，某函數(shù)，容易定位錯誤。在調(diào)試的過程中，控制變量的思維方式可以大大提升效率。其他編碼風格方面的要求，建議按照google的PEP8風格進行代碼編寫。

對操作系統(tǒng)的熟悉和理解也將大大提高開發(fā)效率。熟悉Linux的基本操作是必須的，如果不清楚，你可能需要自學一下linux和shell。在調(diào)試的過程中，錯誤顯示一般是英文，所以能讀懂錯誤信息，并學會谷歌是一項必備的技能。一般的問題谷歌都可以解決。另外，加幾個SDN的技術(shù)群也是提高DEBUG效率的一個重要手段。

關(guān)于開發(fā)的建議還有，構(gòu)建一套適合自己的、高效的開發(fā)環(huán)境，以及做好版本控制。比如我自己，我只用sublime編譯器，編譯運行和調(diào)試都直接在終端中進行。版本控制使用git。版本控制的重要性不許贅述，詳情谷歌。

OpenFlow

目前應用最廣泛的SDN實現(xiàn)協(xié)議:OpenFlow,是學習SDN中必須要學的核心內(nèi)容。在設(shè)計一個SDN的應用時，需要以下的步驟：

明確網(wǎng)絡(luò)應用的邏輯

明確對應的操作所采用的OpenFlow報文

根據(jù)應用邏輯以及OpenFlow協(xié)議進行編程開發(fā)

比如一個簡單的二層交換機，首先我們明確了他的運作機理是MAC學習和轉(zhuǎn)發(fā)，然后明確轉(zhuǎn)發(fā)所需要使用的OpenFlow報文是:packet\_out和Flow\_mod，最后根據(jù)應用邏輯以及OpenFlow協(xié)議對應的報文，進行編程開發(fā)。

所以我們可以知道OpenFlow在SDN應用中的重要性。

OpenFlow經(jīng)過這幾年的發(fā)展已經(jīng)從1.0版本發(fā)展到了1.5版本，初學者在學習的時候需要注意順序。建議先學習OF1.0版本，再學習OF1.3版本，更高版本根據(jù)需要進行學習。

OpenFlow1.0版本是OpenFlow火起來時的第一個版本，其內(nèi)容并不多，Match域僅有12個字段，動作種類也不多，同時也是單流表。對于初學者而言，學習1.0版本可以大大降低學習壓力，掌握OpenFlow核心內(nèi)容。在正確理解SDN，以及可以使用OpenFlow1.0協(xié)議開發(fā)SDN應用之后，可嘗試學習1.3版本協(xié)議。1.3版本較1.0版本內(nèi)容大幅增加。經(jīng)過幾個版本的迭代，OpenFlow1.3版本協(xié)議已經(jīng)有了三種表：

flow table

group table

meter table

動作種類也得到了拓展，多流表的概念也變得成熟，Match匹配域已經(jīng)多達幾十個，所以這時OpenFlow已經(jīng)將Match域分成幾類,并以O(shè)XM的形式呈現(xiàn)出來。多控制器寫作的概念在1.3版本中也已經(jīng)相當成熟。

OpenFlow1.3版本為SDN應用開發(fā)提供了很多便捷，開發(fā)人員可以利用多流表，設(shè)計更多復雜的應用邏輯。作為一個比較穩(wěn)定的版本，1.3版本成為繼1.0版本之后控制器支持最多的版本，所以此版本是SDN學習者應該要學習的。

總結(jié)

SDN學習與其他研究方向相比，要求較高，需要了解軟件開發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)，學習起來，并不太容易。同樣作為初學者，我從大三開始接觸，有幸有學長帶著入門，再后來由于網(wǎng)絡(luò)知識的缺陷，一度陷入不知道做什么的狀態(tài)。惡補了網(wǎng)絡(luò)知識之后，才慢慢走上正軌。然后最近我又遇到了編程上的難題，急需惡補，急需努力提升自己的開發(fā)能力。本篇學習筆記，是幾年來學習的粗略總結(jié)，希望對SDN初學者有幫助。最

后，興趣是最好的老師，如果你喜歡SDN這個方向，就會學得很快。如果在學習的過程中沒有成就感，沒有樂趣，也可以試試別的方向，做自己喜歡的事最重要。