交换机工作原理

在SDN网络中，单纯负责网络数据高速转发的基础设备层设备被统一称作交换机。以OpenFlow交换机为代表的SDN基础设施层设备中，还对交换过程所需要的转发决策机制进行了进一步的抽象，将传统网络设备中的二层转发表、三层路由表机制进一步抽象为统一的流表（Flow Table）。
作用网络设备的转发平面，交换机需要具备的最根本功能，主要包括转发决策、背板、输出链路调度等。以交换机对三层数据报文的转发为例，其相关功能说明如下：
（1）转发决策（Forwarding Decision）：当数据报文到达SDN交换机后，数据包头中携带的信息会在交换机转发表中（如OpenFlow流表）被查找。如果地址被找到了，那么对应的下一跳的MAC地址就会被挂接在数据报文的最前端，同时IP数据报文的TTL域递减1，并计算出一个新的校验和。
（2）背板（Backplane）：数据报文进而将通过背板转发到SDN交换机对应的设备出端口。其中，为了保证处理顺序，数据报文需要被加入到一个队列中等待。如果当前的等待队列中没有足够的空间存在，那么数据报文可能会被丢弃或替换掉其他数据报文，占据别的数据报文此前在队列中的位置。
（3）输出链路调度（Output Link Scheduling）：当数据报文到达SDN交换机的设备出端口后，它需要按照一定的顺序进行等待，直到它被发出到相应的交换机输出链路上。在当今绝大多数的转发设备中，设备出端口普遍支持利用FIFO队列的方式按照数据报文的到达顺序进行下一步转发。同时，也有一些先进的转发设备能够将数据报文区分成不同的数据流或者优先级的集合，进而精心地对每个数据报文的发出时间进行安排以满足相应的QoS要求，这些策略也可以在OpenFlow交换机的设计与实现中被应用。