SDN（Software Defined Network）是一種新型的網絡架構，相比傳統分布式網絡架構，具備控制和轉發分離、邏輯上的集中控制等優勢，消除了傳統分布式網絡體系結構的複雜性和靜态特性，實作網絡流量的靈活控制。SDN為新型網絡技術的快速部署和降低網絡管理成本提供了可行的解決方案。
基于未爾科技自主研發的VRNET Developer內建網絡仿真開發平台，可建構SDN仿真通信網絡，通過核心技術OpenFlow協定可實作網絡裝置控制平面與基礎資料轉發平面分離的模組化，并采用TSN（Time Sensitive Networking）标準定義以太網資料傳輸的時間敏感機制，增加以太網傳輸的确定性和可靠性，進而實作SDN仿真。
基于VRNET Developer內建網絡仿真開發平台的SDN網絡體系結構如下：
圖 1 SDN網絡體系結構
- 應用層： 包括各種根據使用者具體業務需求實作的網絡應用程式，例如VoIP、FTP、Telnet等。
- 北向接口： 是通過控制器向上層業務應用開放的接口，目的是使業務應用能夠便利地調用底層的網絡資源與能力。
- 控制層： 是SDN網絡的核心，實作網絡拓撲的收集、路由的計算、流表的生成及下發、網絡的管理與控制等功能。控制層由SDN控制器實作對網絡的集中控制，根據使用者不同的需求以及全局網絡拓撲，靈活動态的配置設定資源。對下層，通過OpenFlow協定與基礎網絡進行通信；對上層，通過開放接口向應用層提供對網絡資源的控制能力。
- 南向接口： 采用OpenFlow接口協定，主要用于控制器和轉發裝置之間的資料互動，包括從裝置收集拓撲資訊、标簽資源、統計資訊、告警資訊等，也包括控制器下發的控制資訊，如各種流表。
- 轉發層： 主要是由SDN交換機等網絡轉發裝置和鍊路裝置組成基礎網絡，負責網絡資源資訊和狀态的轉發。
SDN交換機負責維護流表和資料包的轉發，仿真模型結構如下圖所示：
圖 2 SDN交換機模型
- 流表： 流表由很多個流表項組成，每個流表項就是一個轉發規則。進入交換機的資料包通過查詢流表來獲得轉發的目的端口。流表項由頭域、計數器和操作組成。
圖 3流表結構
- 時間同步： 采用TSN标準中的802.1ASrev精準時間同步協定（Precision Time Protocol，簡稱PTP)，確定裝置節點間的時鐘同步，并達到微秒級的精度誤差；
- 排程器： 采用TSN标準中的802.1Qbv時間感覺流量排程程式，為優先級較高的時間敏感型資料配置設定特定的時間槽；
- 流預留協定和流預留表： 采用TSN标準中的802.1Qat流預留協定（Stream Reservation Protocol，簡稱SRP），提供裝置端到端的資料流傳輸所需的帶寬資源，保障服務品質和延遲；
- 網絡配置管理： 與TCP子產品連接配接，管理用戶端的配置請求并轉發到資料存儲管理器；
- 中繼單元： 實作OpenFlow協定功能，執行流表的查詢并轉發資料包。
SDN仿真網絡工作流程如下：
圖 4 工作流程
SDN仿真網絡拓撲結構如下圖所示，網絡拓撲包括兩個用戶端，兩個SDN交換機和一個SDN控制器。用戶端Host1是TSN流和UDP流量的發送源，用戶端Host2是所有流量的接收者。
圖 5 拓撲結構
圖 6 TSN流和UDP業務流端到端時延
圖6顯示了在傳輸開始後，以太網幀在建立連接配接階段的等待時間，同時比較了有無SDN控制的網絡延遲。
仿真結果表明：相比UDP業務流，TSN流的實時性更高，端到端傳輸時延滿足延遲要求，并且不受SDN控制的影響。基于VRNET Developer內建網絡仿真開發平台的SDN具備以下技術特點：
- 代碼開源，可擴充性強；
- 具有實時性、可程式設計的OpenFlow交換機模型；
- 實作了SDN控制平面和資料轉發平面分離的模組化；
- 具備集中控制器和全局的網絡狀态視圖，便于網絡的統一管理、控制和優化；
- 以太網MAC層采用時間敏感機制，實作資料的實時、可靠傳輸。
基于VRNET Developer內建網絡仿真開發平台的SDN仿真，融合了SDN和TSN技術，可建構實時性、可程式設計的OpenFlow交換機模型和SDN應用場景，具備轉控分離、集中控制、資料高效傳輸等特性，為上層應用提供統一的管理視圖，同時實作了底層網絡裝置的歸一化和通用化，為未來SDN在智能車聯網等物聯網行業的應用研究和發展提供了一種新的研究途徑和解決思路。