SDN的特征、发展现状及趋势

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1.

引言

近年来，

SDN

（

software defined

networking

，软件定义网络）的热度持续升温。

2012

年，国际研究机构

Gartne

：将其列为未来

5

年内

IT

领域十大关键技术之一。同年，谷歌宣

布已在其内部骨干网络上使用

SDN

技术，标志着

SDN

进人商用化阶段。各大厂商也随之

纷纷发布

SDN

战略并相继推出商用化产品。由于

SDN

的发展势头大大超出预期，电信领

，国际数据公司）

不得不将

2016

SDN

的特征、发展现状及趋势

域知名的市场咨询公司

IDC

（

International DataCorporation

年

SDN

的市场预期从原来的

20

亿美元上调至

37

亿美元，增幅近

90%

。短短几年，

SDN

这个从美国 斯坦福大学实验室研究项目中诞生的产物，已经成为全球瞩目的网络技术热点。

那么

SDN

到底代表了什么？为什 么业界将其视为具有颠覆性的网络革命技术？它是否会彻

底改变电信产业目前的产业链结构？本文从

SDN

的起源出发，尝试通过分析

SDN

的特征、

关键技术和产业链状况对目前

SDN

的发展情况做一个全面的梳理，并简要预期其未来的发

展趋势。

的概念

SDN

是起源于美国斯坦福大学实验室的研究项目的技术，并 不是在其产生时就具有

该名称。

2006

年斯坦福的学生

Casado M

和他的导师

McKeown N

教授受其研究项目

Ethane

启发，提出了

OpenFlow

的概念。该项目试图通过一个集中式的控制器，让网络管理员可

以方便地定义基于网络流的安全控制策略，

并将这些安全策略应用到各种网络设备中，

从而

实现对整个网络通信的安全控制。

在随后的

2008

年，

McKeown N

等人在

ACM SIGCOMM

发表了题为

OpenFlow: enabling innovation in campus networks

的论文。文中首次详细地

介绍

OpenFlow

的概念，即 将传统网络设备的数据平面和控制平面两个功能模块相分离，

通过集中式的控制器（

controller

）以标准化的接口对各种网络设备进行管理和配置，这种

网络架构为网络资源的设计、

管理和使用提供更多的可能性，

从而更容易推动网络的革新与

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发展。在此基础上，基于

OpenFlow

为网络带来的可编程特性，

McKeown

教授进一步提出

了

SDN

最早的概念。

由此可见，

SDN

的产生与

OpenFlow

协议密切相关。现在业界普遍将基于

OpenFlow

协议的

SDN

视为狭义

SDN

这一概念也是业界的默认概

念，

也特指这一概念。

随着

SDN

的发展，越来越多的厂商加

人

对

SDN

有着各自不同的需求，因此在谈论

本文中如果不做特殊说明，

SDN

SDN

的研究行列。由于不同行业、不同应用

SDN

时通常也有着不同的理解。在网络科研领

SDN

SDN

提

域，利用

SDN

快速地部署和试验创新的网络架构与通信协议；大型互联网公司

希望

提供掌握网络深层信息的可编程接口，以优化 和提升业务体验；云服务提供商希望

供网络虚拟化和自动配置，以适应其扩展性和多租户需求；

ISP

希望利用

SDN

简化网络管

理以及实现快速灵活的业务提供；企业网用户希望

SDN

实现私有云的自动配置和降低设备

采 购成本。基于这些需求，在思科等厂商的推动

下，

，

IEEE

等标准组织去除了

IETF

SDN

与

Open Flow

的必然联系，

保留了可编程特性，

从而扩展出

SDN

的广义概念，

即泛指基

于开放 接口实现软件可编程的各种基础网络架构，进而将具备控制转发分离、逻辑集中控制、

开放

API 3

个基本特征的网络纳人

SDN

的广义概念下，

目前这一概念的发展由

IETF

主推。

的价值及战略意义

由于

SDN

实现了控制功能与数据 平面的分离和网络可编程，进而为更集中化、

地控制奠定了基础，因此

SDN

相对于传统网络具有以下优势

:

(1)

将网络协议集中处理，有利于提高复杂协议的运算效 率和收敛速度

;

(2)

控制的集中化有利于从更宏观 的角度调配传输带宽等网络资源，提高资源的利用效率。

(3)

简化了运维管理的工作量，大幅节约运维费用。

(4)

通过

SDN

可编程性，工程师可以在一个底层物理基础设施上加速多个虚拟网络，然后< /p>

精细化

--

--

4.1 SDN

的网络架构

图

1

是业界广泛认同的

SDN

模型架构。

使用

SDN

控制器分别为每个网段实现

QoS

（服务质量），从而扩大了传统差异化服务的程

度和灵活性。

(5)

业务定制的软件化有利于新业务的测试和快速部署。

(6)

控制与转发分离，

实施控制策略软件化，

有利于网络的智能化、

自动化和硬件的标准化。

总之，

SDN

将网络的智能从硬件 转移到软件，用户不需要更新已有的硬件设备就可以

为网络增加新的功能。

这样做简化和整合了控制功能，

让网络硬件设备变得更可靠，

还有助

于降低设备购买和运营成本。 控制平面和数据平面分离之后，厂商可以单独开发控制平面，

并可以与

ASIC

、商业芯片或者服务器技术相集成。由于

SDN

具有上述特点，因此

SDN

的

发展壮大可能带来网络产业格局的 重大调整，传统通信设备企业将面临巨大挑战，

IT

和软

件企业则将迎来新的市场机遇。

同时，由于网络流量与具体应用衔接得更紧密，

使得网络管

理的主动权存在从传统运营商向互联网企业转移的可能。因此，

覆目前的互联网产业的现状。

的网络架构及关键技术

SDN

的出现可能会彻底颠

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--

图

1 SDN

模型架构

该模型架构分为

3

层，其中基础设施层主要由支持

OpenFlow

协议的

SDN

交换机组成。

控制层主要包含

OpenFlow

控制器及网络操作系统（

network operationsystem

，

NOS

）。控

制器是一个平台，该平台向下可以直接与使用

OpenFlow

协议的交换机（以下简称

SDN

交

换机）进行会话；向上，为应用层 软件提供开放接口，用于应用程序检测网络状态、下发控

制策略。

位于顶层的应用层由众多应甩软件构成，

这些软件能根据控制器提供的网络信息执

行特定控制算法，

并将结果通过控制器转化为流量控制命令，

下发到基础设施层的实际设备

中。根据上述论述，

OpenFlow

协议、网络虚拟化技术和网络操作系统是

SDN

区别于传统

网络架构的关键技术。

4.2 OpenFlow

协议

从

SDN

的起源可以看出，

OpenFlow

协议是

SDN

实现控制与转发分离的基础。业界为

OpenFlow

标准，组建了标准化组织开放网络基金会

了

推动

SDN

发展并统一

（

OpenNetworking Fundation

，

ONF

）。目前，

ONF

已成为

SDN

标准制定的重要推动力量，

其愿景就是使基于

OpenFlow

协议的

SDN

成为网络新标准。

自

2009

年

10

月发布

OpenFlow

--

--

标准第一个版本以来，

ONF

先后发布了

1.1

、

1.2

、

1.3

等版本。

OpenFlow

协议发表的详细

情况如表

1

所示。

表

1 OpenFlow

协议发表情况

OpenFlow

规范主要由端口、流表、通信信道和数据结构

4

部分组成。由于篇幅原因，

本文不对该规范做展开论述，主要介绍

OpenFlow

的运行原理。

图

2

反映了

OpenFlow

对

数据分组的处理机制。

图

2 OpenFlow

运行原理

一个

OpenFlow

交换机包括一个或者多个流表

（（

flowtable

）和一个组表（

group table

--

）。