SDN（Software Defined Network）是一种新型的网络架构，相比传统分布式网络架构，具备控制和转发分离、逻辑上的集中控制等优势，消除了传统分布式网络体系结构的复杂性和静态特性，实现网络流量的灵活控制。SDN为新型网络技术的快速部署和降低网络管理成本提供了可行的解决方案。
基于未尔科技自主研发的VRNET Developer集成网络仿真开发平台，可构建SDN仿真通信网络，通过核心技术OpenFlow协议可实现网络设备控制平面与基础数据转发平面分离的建模，并采用TSN（Time Sensitive Networking）标准定义以太网数据传输的时间敏感机制，增加以太网传输的确定性和可靠性，从而实现SDN仿真。
基于VRNET Developer集成网络仿真开发平台的SDN网络体系结构如下：
图 1 SDN网络体系结构
- 应用层：包括各种根据用户具体业务需求实现的网络应用程序，例如VoIP、FTP、Telnet等。
- 北向接口：是通过控制器向上层业务应用开放的接口，目的是使业务应用能够便利地调用底层的网络资源与能力。
- 控制层：是SDN网络的核心，实现网络拓扑的收集、路由的计算、流表的生成及下发、网络的管理与控制等功能。控制层由SDN控制器实现对网络的集中控制，根据用户不同的需求以及全局网络拓扑，灵活动态的分配资源。对下层，通过OpenFlow协议与基础网络进行通信；对上层，通过开放接口向应用层提供对网络资源的控制能力。
- 南向接口：采用OpenFlow接口协议，主要用于控制器和转发设备之间的数据交互，包括从设备收集拓扑信息、标签资源、统计信息、告警信息等，也包括控制器下发的控制信息，如各种流表。
- 转发层：主要是由SDN交换机等网络转发设备和链路设备组成基础网络，负责网络资源信息和状态的转发。
SDN交换机负责维护流表和数据包的转发，仿真模型结构如下图所示：
图 2 SDN交换机模型
- 流表：流表由很多个流表项组成，每个流表项就是一个转发规则。进入交换机的数据包通过查询流表来获得转发的目的端口。流表项由头域、计数器和操作组成。
图 3流表结构
- 时间同步：采用TSN标准中的802.1ASrev精准时间同步协议（Precision Time Protocol，简称PTP)，确保设备节点间的时钟同步，并达到微秒级的精度误差；
- 调度器：采用TSN标准中的802.1Qbv时间感知流量调度程序，为优先级较高的时间敏感型数据分配特定的时间槽；
- 流预留协议和流预留表：采用TSN标准中的802.1Qat流预留协议（Stream Reservation Protocol，简称SRP），提供设备端到端的数据流传输所需的带宽资源，保障服务质量和延迟；
- 网络配置管理：与TCP模块连接，管理客户端的配置请求并转发到数据存储管理器；
- 中继单元：实现OpenFlow协议功能，执行流表的查询并转发数据包。
SDN仿真网络工作流程如下：
图 4 工作流程
SDN仿真网络拓扑结构如下图所示，网络拓扑包括两个客户端，两个SDN交换机和一个SDN控制器。客户端Host1是TSN流和UDP流量的发送源，客户端Host2是所有流量的接收者。
图 5 拓扑结构
图 6 TSN流和UDP业务流端到端时延
图6显示了在传输开始后，以太网帧在建立连接阶段的等待时间，同时比较了有无SDN控制的网络延迟。仿真结果表明：相比UDP业务流，TSN流的实时性更高，端到端传输时延满足延迟要求，并且不受SDN控制的影响。
基于VRNET Developer集成网络仿真开发平台的SDN具备以下技术特点：
- 代码开源，可扩展性强；
- 具有实时性、可编程的OpenFlow交换机模型；
- 实现了SDN控制平面和数据转发平面分离的建模；
- 具备集中控制器和全局的网络状态视图，便于网络的统一管理、控制和优化；
- 以太网MAC层采用时间敏感机制，实现数据的实时、可靠传输。
基于VRNET Developer集成网络仿真开发平台的SDN仿真，融合了SDN和TSN技术，可构建实时性、可编程的OpenFlow交换机模型和SDN应用场景，具备转控分离、集中控制、数据高效传输等特性，为上层应用提供统一的管理视图，同时实现了底层网络设备的归一化和通用化，为未来SDN在智能车联网等物联网行业的应用研究和发展提供了一种新的研究途径和解决思路。
