SDN的基本构件
部署SDN需要的基本构件包括：SDN交换机(如OpenFlow交换机)、SDN控制器、控制器中用于和转发装备通讯的接口、通常的南向接口(OpenFlow)和网络利用接口(北向接口)。在SDN中，由于控制逻辑和算法被卸载到了控制器中，交换机一般被表示为能够通过开放接口访问的基础转发硬件。OpenFlow交换机分为两类：纯洁的OpenFlow交换机(只支持OpenFlow操作)和混合的OpenFlow交换机(可启用OpenFlow操作)。
纯洁的OpenFlow交换机不具有传统交换机的板级控制特性，完全依赖于控制器作转发决策。混合的OpenFlow交换机除支持传统的操作和协议以外，还支持OpenFlow操作。目前大多数商用交换机都是混合型的。OpenFlow交换机包括一个流表，流表负责履行数据包的查表和转发，交换机的每一个流表保存一组流的纪录，流记录中包括：
1.首部字段或匹配字段、数据包首部中提取的信息、输入端口和元数据信息，这些信息用于匹配输入的包。
2.计数器，用于对特定的流进行统计，如统计所接收数据包的个数、字节数和流的延续时间等。
3.一组利用于所匹配的数据包的指令或具体操作，决定如何处理符合匹配条件的数据包。例如，将数据包从指定的端口转发出去。
SDN(和OpenFlow)中分离的系统可以和计算机平台上的利用程序与操作系统类比，在SDN中，控制器(即网络操作系统)提供了网络的可编程接口，通过编写利用程序，可以完成控制和管理任务，实现新的功能。图11给出了该模型的分层视图，在该视图中，控制是集中式的，编写利用程序时，可以把网络视为一个单一的系统，这样虽然简化了策略的履行与管理任务，但控制器和网络转发单元之间的绑定关系一定要随时保持着。如图11所示，担负网络操作系统角色的控制器一定要最少实现两个接口：一个南向接口，支持控制器和交换机之间的通讯;一个北向接口，为控制器和高层的策略利用及服务提供可编程的API。首部字段(匹配字段)显示在图11中，流表中的每条记录包括特定的值或ANY(图11中用*即通配符表示)，后者表示能够匹配任何值。
如果交换机处理IP源地址和目的地址字段时支持子网掩码，则能够更精确地定义匹配。端口字段用数字表示交换机的端口(或输入端口)，编号从1开始，该字段的长度取决于具体的实现。输入端口字段适用于所有的数据包。交换机有效端口的源和目的MAC(以太网)地址字段也适用于所有数据包，其长度为48比特。以太网类型字段长度为16比特，适用于所有有效端口上的数据包，OpenFlow交换机一定要既能够匹配标准的以太网数据包，也能够匹配带有子网访问协议(SubnetworkAccessProtocol，SNAP)首部和0x000000值的机构唯一辨认符(OrganizationallyUniqueIdentifier，OUI)的IEEE802.2数据包。特定值0x05FF用于匹配所有不带有SNAP首部的802.3数据包。VLANID适用于所有类型为0x8100的以太网数据包。该字段的长度为12比特(即4096个VLAN)，VLAN优先级字段长度为3比特，可用于所有类型为0x8100的以太网数据包。IP源和目的地址字段长度为32比特，适用于所有IP和ARP数据包，这些字段可以与子网掩码进行掩码操作。IP报文的协议字段适用于所有IP数据包、以太网帧封装的数据包和ARP数据包。该字段的长度是8比特，如果是ARP数据包，则只使用ARP报文操作码的低8位，IP报文的ToS(TypeofService)字段长度为6比特，适用于所有IP数据包。这个字段的值是8比特，ToS取其中的高6位。源端口和目的传输端口地址(和ICMP的类型和代码字段)长度为16比特，适用于所有的TCP、UDP和ICMP数据包。若只斟酌ICMP的类型和代码，则只需斟酌低8位值的匹配。
每一个表、每一个流、每一个端口和每一个队列都保持一个计数器。计数器循环计数，因此不设进位溢出位，图12给出了所需的计数器集合，图中和本书中提到的字节都是指8比特的组合，延续时间表示某个流在交换机的流表中存在的时间。接收毛病字段包括所有显式定义的毛病：帧毛病、超限、CRC毛病和其他毛病。
每一个流记录都跟0个还是多个具体操作相干联，这些操作唆使OpenFlow交换机如何处理与流记录匹配的数据包。如果没有具体的转发操作，该数据包就被抛弃。具体操作列表一定要依照一定的顺序履行，但是，这其实不确保一个端口上数据包的输出顺序。例如，两个经操作列表处理后所产生的到达同一个输出端口的数据包，极可能会以任意的顺序输出。纯洁的OpenFlow交换机只支持规定的(required)操作，而混合的OpenFlow交换机则可以同时支持常规(NORMAL)操作。两种交换机都能支持FLOOD操作。规定操作是：
转发：OpenFlow交换机一定要能够将数据包转发到物理端口，同时支持向以下虚拟端口的转发：
ALL：将数据包发送到除其输入端口之外的所有接口。
CONTROLLER：封装数据包并将其发送到控制器。
LOCAL：将数据包发送到交换机的本地网络栈。
TABLE(仅用于输出数据包的消息)：履行流表中的操作。
IN_PORT：从输入端口输出数据包。
抛弃：表明抛弃所有相匹配的数据包。若流记录中没有定义具体操作，则作抛弃处理。
可选的操作包括：
转发：交换机在进行转发操作时，可以选择支持以下的虚拟端口：
NORMAL：采取交换机所支持的常规转发途径转发数据包(即常规的第2层、VLAN，还是第3层处理)。
FLOOD：沿最小支持树以洪泛的方式向除输入接口之外的端口转发数据包。
进入队列(Enqueue)：通过端口的队列转发数据包，转发行动由所配置的队列策略决定，通常被用来提供基本的QoS支持。
修改字段(Modifyfield)：可选的字段修改操作有：
设置VLANID：若没有定义VLAN，则增加一个新的首部，在其中定义VLANID(12比特的数据)，并把优先级设为0;若原来已存在VLAN首部，则用新的定义值取代原来的VLANID。
设置VLAN优先级：若没有定义VLAN，则增加一个新的首部，在其中定义优先级(3比特的取值)，并把VLANID设为0;若原来已存在VLAN首部，则用新的定义值取代原来的优先级字段值。
剥离VLAN首部：若存在VLAN首部，则将其剥离。
修改源或目的以太网MAC地址：用新的取值(48比特)替换原来的源或目的以太网MAC地址。
修改源或目的IPv4地址：用新的取值(32比特的数据)替换原来的源或目的IPv4地址，并更新IP报文的校验和(一样适用于TCP/UDP的校验和)。该操作只针对IPv4数据包。
修改IP报文的服务类型(ToS)字段值：用新的取值(6比特的数据)替换原来的ToS字段值，该操作只针对IPv4数据包。
修改传输层的源或目的端口号：用新的取值(16比特的数据)替换原来的源或目的端口号，并更新TCP或UDP的校验和。该操作只针对TCP或UDP数据包。
每当有一个数据包到达OpenFlow交换机时，数据包的首部便被提取出来，跟流记录中的匹配字段进行比对，查找匹配从流表的第一个记录开始，顺次往下进行，当发现一个相匹配的记录，交换机将使用该流记录所关联的一系列操作对数据包进行处理。每当发现一个和流记录匹配的数据包，就会更新这个流记录所对应的计数器值。如果查表结果没有发现匹配记录，交换机将根据流表的失配(tablemissing)记录中的指令决定采取相应操作。流表中一定要包括一个失配记录，以便应对找不到匹配的情况，在这个特殊的记录中定义一组操作，用于处理找不到匹配的输入数据包，这些操作包括：抛弃该数据包、向所有的接口发送该数据包，还是通过安全的OpenFlow信道向控制器转发该数据包。查表时使用的首部字段取决于数据包的类型，具体描写以下：
将流的有关输入端口的规定与接收数据包的物理端口进行比对。
所有数据包的以太网帧首部(如图11中所定义的源MAC地址、目的MAC地址、以太网的类型字段等)都用于查表匹配。
如果是一个VLAN数据包(以太网类型字段值为0x8100)，其VLANID和VLAN优先级(PCP)字段用于查表匹配。
如果是IP数据包(以太网类型字段值为0x0800)，IP首部包括的字段(源IP地址、目的IP地址、协议字段、ToS等)均用于查表匹配。
如果IP数据包封装的是TCP或UDP(IP报文首部的协议字段值为6或17)，则查表比对的信息包括传输层端口号(TCP/UDP源或目的端口)。
如果IP数据包封装的是ICMP报文(IP报文首部的协议字段值为1)，则查表时会包括ICMP的类型和代码字段。
如果数据包的IP报文分片的偏移量字段是非零值，还是否是最后一个分片(morefragment标志位为1)，查表时把传输层端口号设为0。
对ARP数据包(以太网类型字段值等于0x0806)，可以根据情况，选择把其中的源IP和目的IP地址字段值包括到查表的字段中。
数据包跟流表记录的匹配依照优先级进行，精肯定义了匹配规则(即没有使用通配符)的流记录总是具有最高的优先级，全部采取通配符的流记录具有与其相干联的优先级，具有高优先级的流记录总是先于具有低优先级的流记录进行匹配。如果多个流记录具有相同的优先级，则交换机可以选取任意的匹配顺序。编号越大，优先级越高。图13表示OpenFlow交换机中的数据包处理流程。需要注意的很重要的一点是：如果一个流表的字段值是ANY(*，通配符)，则它就可以够匹配首部中的任何可能取值。
以太网的帧有各种类型(如EthernetII、带有还是不带有SNAP的802.3帧等)，如果数据包是EthernetII格式的帧，则以太帧的类型字段依照预期的方法处理;如果数据包是802.3格式的帧，带有SNAP首部，OUI的值等于0x000000，则用SNAP协议ID来比对流的以太网帧类型字段。如果一个流记录中规定以太帧类型为0x05FF，那它就可以够匹配所有不带SNAP首部的802.2以太网帧，和虽然带有SNAP首部，但是OUI取值不等于0x000000的以太网帧。
