一、快速變化的網(wǎng)絡(luò)世界催生SDN的理念與實(shí)踐

在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展進(jìn)入云計(jì)算時(shí)代以后，互聯(lián)網(wǎng)新業(yè)務(wù)上線頻繁、業(yè)務(wù)流量不可預(yù)測性增強(qiáng)，云計(jì)算的虛擬機(jī)遷移等問題都帶來流量的動態(tài)變化，而網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)與業(yè)務(wù)流量的變化相匹配才能發(fā)揮***的效率。

在多數(shù)情況下，所有網(wǎng)絡(luò)信息遍布在物理交換機(jī)和路由器上。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的配置主要是對每個(gè)交換機(jī)和路由器進(jìn)行獨(dú)立的配置，結(jié)果造成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)極其復(fù)雜。為了實(shí)施某個(gè)變化，網(wǎng)絡(luò)操作員必須對每個(gè)交換機(jī)或路由器重新配置路由協(xié)議，需要耗費(fèi)大量時(shí)間。

因此，對數(shù)據(jù)交換的新需求可以概括為：支持面向上層業(yè)務(wù)、功能和流量經(jīng)營管理的、靈活動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)配置。由此催生了SDN(Software Defined Networking)的理念和實(shí)踐，并成為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)、科研網(wǎng)絡(luò)、大型數(shù)據(jù)中心托管、云服務(wù)商、設(shè)備制造商甚至芯片制造商的熱門話題。

二、轉(zhuǎn)發(fā)與控制的分離開啟新的網(wǎng)絡(luò)境界

SDN是針對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和架構(gòu)的一場變革，其核心理念是網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)與網(wǎng)絡(luò)控制的分離。SDN具有如圖1所示的三層體系結(jié)構(gòu)。

基礎(chǔ)設(shè)施層主要由通用的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備構(gòu)成，基于控制層下發(fā)的指令和策略進(jìn)行分組的轉(zhuǎn)發(fā)?？刂茖优c轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間的接口被稱為Openflow。通用轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)采用三態(tài)內(nèi)容尋址存儲器(Ternary Content Addressable Memory，TCAM)、現(xiàn)場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA)等專用集成電路實(shí)現(xiàn)，以充分發(fā)揮硬件性能優(yōu)勢。NEC、Juniper、HP、Cisco都在推進(jìn)支持Openflow接口的原型及產(chǎn)品。

控制層由原有的交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制功能抽取出來，采用獨(dú)立的控制軟件來實(shí)現(xiàn)。原有的交換機(jī)、路由器中的STP、RIP、IS-IS等軟件功能都從基礎(chǔ)設(shè)施層剝離，由控制層統(tǒng)一實(shí)施交換與路由的管理。

控制軟件可以遠(yuǎn)程向轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備下發(fā)增改刪等指令修改自身的流表(flow table)和組表(group table)，實(shí)現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)報(bào)文的處理，如轉(zhuǎn)發(fā)、標(biāo)簽處理、過濾等?，F(xiàn)在業(yè)界已經(jīng)出現(xiàn)一些開源控制器軟件，它們也經(jīng)常被稱為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)。比較著名的有：Nicira的NOX、Big Switch的Floodlight和NEC的Trema等。

應(yīng)用層由軟件形態(tài)的應(yīng)用程序構(gòu)成，可通過Restful API的方式或者網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)API的方式調(diào)用控制層提供的控制網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)面的能力。比如，應(yīng)用可以直接要求控制層為它提供端到端的路由及QoS保障，也可以通過控制層對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行精細(xì)化的管理，比如設(shè)置特殊的訪問控制策略、負(fù)載均衡方案、防火墻設(shè)置規(guī)則等。

基于圖1架構(gòu)的SDN具有如下基本特征：

***，從設(shè)備層面來說，基于SDN架構(gòu)，通用的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備將能根據(jù)需求來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)的交換機(jī)、路由器、負(fù)載均衡器、防火墻、流量監(jiān)控系統(tǒng)等專用設(shè)備的功能。

由于SDN的轉(zhuǎn)發(fā)功能是通過下發(fā)的策略來定義的，因此可以動態(tài)地實(shí)現(xiàn)二層、三層的轉(zhuǎn)發(fā)功能，甚至能夠決定分組的通過或丟棄處理，實(shí)現(xiàn)防火墻的功能。轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際需要而“變身”成不同的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

同時(shí)，作為軟網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)硬件，其中的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備由于芯片商用化，將趨于同質(zhì)化，競爭的主要優(yōu)勢就是成本領(lǐng)先，而成本領(lǐng)先主要依賴于出貨量，因此網(wǎng)絡(luò)硬件供應(yīng)商最終可能留下幾個(gè)工藝設(shè)計(jì)、質(zhì)量控制上乘的玩家。

第二，從管理層面來說，控制軟件可統(tǒng)一的為業(yè)務(wù)應(yīng)用呈現(xiàn)邏輯拓?fù)湟晥D，便于實(shí)現(xiàn)面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)管理。通過集中地查看整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠相應(yīng)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)以滿足業(yè)務(wù)需求，基于OpenFlow和SDN來重新路由流量、平衡流量負(fù)載、根據(jù)高峰要求按需提供帶寬、隔離不同的業(yè)務(wù)等。

配置方面，基于SDN可以減輕或者自動化網(wǎng)絡(luò)配置和重新配置，以及迅速添加更多功能，而無需手動調(diào)整網(wǎng)絡(luò)中的每個(gè)交換機(jī)或路由器。

SDN的集中控制與基于現(xiàn)在網(wǎng)管機(jī)制的集中網(wǎng)管的區(qū)別體現(xiàn)在SDN對于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行即時(shí)狀態(tài)的策略控制，這更多的體現(xiàn)出“控制”的含義。另外，SDN的標(biāo)準(zhǔn)框架也將克服跨廠家網(wǎng)管的壁壘。

第三，從應(yīng)用層面來說，網(wǎng)絡(luò)的可編程性成為內(nèi)在特征。網(wǎng)絡(luò)本身不再是由各種定制性較強(qiáng)的設(shè)備拼接而成，一些網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)引入也不再通過采用升級或引入新設(shè)備的現(xiàn)有方式進(jìn)行。

在SDN基礎(chǔ)設(shè)施部署好的基礎(chǔ)上，可以通過API的方式，把數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)的能力(如路由控制、接入控制、擁塞檢測等)開放出來提供給應(yīng)用層，然后通過在應(yīng)用層的軟件開發(fā)，調(diào)用這些API，快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的變化，而不需要更換分布在各地的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。這樣,網(wǎng)絡(luò)便由基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)變成了服務(wù)提供平臺和技術(shù)創(chuàng)新平臺。

但需要注意的問題是，無論是第二點(diǎn)提到的SDN簡化了管理工作，還是第三點(diǎn)提到的網(wǎng)絡(luò)可編程性，都增加了控制器軟件的復(fù)雜性，需要大量的代碼，基于SDN的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)仍然存在著較高的技術(shù)門檻。

基于上述技術(shù)特征，SDN可以根據(jù)業(yè)務(wù)和流量經(jīng)營的需求，動態(tài)地調(diào)整網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商的策略，便于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)部署、流量工程等，真正實(shí)現(xiàn)了“軟網(wǎng)絡(luò)”的理念。

三、SDN蓄勢待發(fā)，成為產(chǎn)業(yè)焦點(diǎn)

SDN的理念最初來自于斯坦福大學(xué)研究的OpenFlow協(xié)議，前文已經(jīng)提到Openflow是網(wǎng)絡(luò)控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面之間的接口。2009年12 月，OpenFlow規(guī)范發(fā)布了具有里程碑意義的可用于商業(yè)化產(chǎn)品的1.0版本。NEC、Juniper等公司相繼推出了支持OpenFlow的控制器、交換機(jī)、路由器等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。開發(fā)和測試OpenFlow所需的各類支持軟件也已日趨成熟。

在2011年成立的Open Networking Foundation(ONF)的積極推動下，基于OpenFlow設(shè)計(jì)的SDN產(chǎn)業(yè)化程度不斷提升。(圖2描述了目前產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)的參與情況)

2012年4月，Google在Open Network Summit 2012上宣布通過部署基于SDN的流量工程體系，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心間的帶寬利用率接近100%，標(biāo)志著SDN在商業(yè)應(yīng)用中取得了巨大的成功。在該峰會上，Verizon宣布與Intel、HP和Adara合作，驗(yàn)證SDN能否支持應(yīng)用于Verizon現(xiàn)網(wǎng)的規(guī)模，以應(yīng)對在數(shù)目和流量上都快速增長的云計(jì)算業(yè)務(wù)。

2012年7月，著名的服務(wù)器虛擬化解決方案提供商VMWare宣布以12.6億美元收購SDN服務(wù)商N(yùn)icira Networks，進(jìn)一步刺激了傳統(tǒng)IP產(chǎn)業(yè)向“軟網(wǎng)絡(luò)”方向的轉(zhuǎn)變。

IDC預(yù)測SDN市場將從2013年的2億美元增長到2016年的20億美元。

四、結(jié)合公司戰(zhàn)略，積極探索移動運(yùn)營商的SDN應(yīng)用之路

SDN在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)獲得初步的成功,真正的產(chǎn)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程才剛剛起步。作為位于產(chǎn)業(yè)鏈上游的運(yùn)營商，我們的研究思路是：

一、面向未來，深入研究SDN架構(gòu)及其對網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的影響。

二、基于SDN的理念，積極探索部分關(guān)鍵技術(shù)在承載網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等各個(gè)層面的應(yīng)用場景，解決實(shí)際問題。具體來看，可在以下幾個(gè)方向上加強(qiáng)SDN的應(yīng)用研究：

方向一：從支撐公司提供云計(jì)算服務(wù)的角度，SDN可以實(shí)現(xiàn)面向云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的靈活與高效的互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心之間同步、備份流量的路徑優(yōu)化和負(fù)載均衡，按需調(diào)配數(shù)據(jù)中心間的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)資源。同時(shí)，SDN還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)面向虛擬機(jī)的統(tǒng)一調(diào)度，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)策略跟隨虛擬機(jī)的遷移而同步遷移。

方向二：從支撐公司智能管道建設(shè)和流量經(jīng)營的角度，研究基于轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離的GGSN/P-GW、WLAN AP等接入設(shè)備的平臺技術(shù)，實(shí)現(xiàn)分組高速轉(zhuǎn)發(fā)與流量增值業(yè)務(wù)的靈活開發(fā)部署之間的和諧發(fā)展。這實(shí)際上是對目前業(yè)界公認(rèn)的SDN思路的一種延伸。

方向三：在基礎(chǔ)傳輸設(shè)施方面，SDN的應(yīng)用主要體現(xiàn)在軟件定義的光傳送網(wǎng)(OTN)，通過硬件的靈活可編程配置，實(shí)現(xiàn)傳送資源軟件動態(tài)調(diào)整的光傳送架構(gòu)。

軟件定義的光傳送網(wǎng)(OTN)具備靈活可變的光、電功能模塊，支持標(biāo)準(zhǔn)控制接口以及開放式應(yīng)用接口，利用可編程傳送控制器實(shí)現(xiàn)光網(wǎng)可編程化以及資源云化，從而為不同的應(yīng)用提供高效、靈活、開放的管道網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

軟件定義的OTN具備“彈性管道”、“即時(shí)帶寬”、“編程光網(wǎng)”三大特性，可以滿足未來不同業(yè)務(wù)快速部署、帶寬按需分配、網(wǎng)絡(luò)易維易管等要求，能夠有效降低運(yùn)營商維護(hù)成本。

此外，還應(yīng)該密切跟蹤業(yè)界SDN發(fā)展動向，積極參與ONF等SDN標(biāo)準(zhǔn)化組織的相關(guān)工作，結(jié)合公司戰(zhàn)略，以我公司需求積極引導(dǎo)SDN標(biāo)準(zhǔn)化、產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。