一、快速變化的網絡世界催生SDN的理念與實踐
在互聯網發展進入云計算時代以后，互聯網新業務上線頻繁、業務流量不可預測性增強，云計算的虛擬機遷移等問題都帶來流量的動態變化，而網絡的結構與業務流量的變化相匹配才能發揮最高的效率。在多數情況下，所有網絡信息遍布在物理交換機和路由器上。網絡設備的配置主要是對每個交換機和路由器進行獨立的配置，結果造成網絡架構極其復雜。為了實施某個變化，網絡操作員必須對每個交換機或路由器重新配置路由協議，需要耗費大量時間。
因此，對數據交換的新需求可以概括為：支持面向上層業務、功能和流量經營管理的、靈活動態的網絡配置。由此催生了SDN(Software Defined Networking)的理念和實踐，并成為企業網絡、運營商網絡、科研網絡、大型數據中心托管、云服務商、設備制造商甚至芯片制造商的熱門話題。
二、轉發與控制的分離開啟新的網絡境界
SDN是針對現有網絡設備和架構的一場變革，其核心理念是網絡轉發與網絡控制的分離。SDN具有如圖1所示的三層體系結構。
圖1 SDN架構
基礎設施層主要由通用的轉發設備構成，基于控制層下發的指令和策略進行分組的轉發。控制層與轉發設備之間的接口被稱為Openflow。通用轉發設備的報文轉發采用三態內容尋址存儲器(Ternary Content Addressable Memory，TCAM)、現場可編程門陣列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)等專用集成電路實現，以充分發揮硬件性能優勢。NEC、Juniper、HP、Cisco都在推進支持Openflow接口的原型及產品。
控制層由原有的交換機、路由器等網絡設備中的控制功能抽取出來，采用獨立的控制軟件來實現。原有的交換機、路由器中的STP、RIP、IS-IS等軟件功能都從基礎設施層剝離，由控制層統一實施交換與路由的管理。控制軟件可以遠程向轉發設備下發增改刪等指令修改自身的流表(flow table)和組表(group table)，實現對網絡報文的處理，如轉發、標簽處理、過濾等。現在業界已經出現一些開源控制器軟件，它們也經常被稱為網絡操作系統。比較著名的有：Nicira的NOX、Big Switch的Floodlight和NEC的Trema等。
應用層由軟件形態的應用程序構成，可通過Restful API的方式或者網絡操作系統API的方式調用控制層提供的控制網絡轉發面的能力。比如，應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絡進行精細化的管理，比如設置特殊的訪問控制策略、負載均衡方案、防火墻設置規則等。
基于圖1架構的SDN具有如下基本特征：
第一，從設備層面來說，基于SDN架構，通用的轉發設備將能根據需求來實現傳統的交換機、路由器、負載均衡器、防火墻、流量監控系統等專用設備的功能。由于SDN的轉發功能是通過下發的策略來定義的，因此可以動態地實現二層、三層的轉發功能，甚至能夠決定分組的通過或丟棄處理，實現防火墻的功能。轉發設備能夠根據網絡的實際需要而“變身”成不同的傳統網絡設備。
同時，作為軟網絡中的網絡硬件，其中的轉發設備由于芯片商用化，將趨于同質化，競爭的主要優勢就是成本領先，而成本領先主要依賴于出貨量，因此網絡硬件供應商最終可能留下幾個工藝設計、質量控制上乘的玩家。
第二，從管理層面來說，控制軟件可統一的為業務應用呈現邏輯拓撲視圖，便于實現面向業務的網絡管理。通過集中地查看整個網絡架構，能夠相應地調整網絡以滿足業務需求，基于OpenFlow和SDN來重新路由流量、平衡流量負載、根據高峰要求按需提供帶寬、隔離不同的業務等。配置方面，基于SDN可以減輕或者自動化網絡配置和重新配置，以及迅速添加更多功能，而無需手動調整網絡中的每個交換機或路由器。
SDN的集中控制與基于現在網管機制的集中網管的區別體現在SDN對于網絡運行即時狀態的策略控制，這更多的體現出“控制”的含義。另外，SDN的標準框架也將克服跨廠家網管的壁壘。
第三，從應用層面來說，網絡的可編程性成為內在特征。網絡本身不再是由各種定制性較強的設備拼接而成，一些網絡新技術引入也不再通過采用升級或引入新設備的現有方式進行。在SDN基礎設施部署好的基礎上，可以通過API的方式，把數據交換網絡的能力(如路由控制、接入控制、擁塞檢測等)開放出來提供給應用層，然后通過在應用層的軟件開發，調用這些API，快速實現網絡功能的變化，而不需要更換分布在各地的硬件基礎設施。這樣,網絡便由基礎設施轉變成了服務提供平臺和技術創新平臺。
但需要注意的問題是，無論是第二點提到的SDN簡化了管理工作，還是第三點提到的網絡可編程性，都增加了控制器軟件的復雜性，需要大量的代碼，基于SDN的網絡操作系統仍然存在著較高的技術門檻。
基于上述技術特征，SDN可以根據業務和流量經營的需求，動態地調整網絡設備的功能，實現運營商的策略，便于實現網絡部署、流量工程等，真正實現了“軟網絡”的理念。
三、SDN蓄勢待發，成為產業焦點
SDN的理念最初來自于斯坦福大學研究的OpenFlow協議，前文已經提到Openflow是網絡控制面與轉發面之間的接口。2009年12月，OpenFlow規范發布了具有里程碑意義的可用于商業化產品的1.0版本。NEC、Juniper等公司相繼推出了支持OpenFlow的控制器、交換機、路由器等網絡設備。開發和測試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設計的SDN產業化程度不斷提升。(圖2描述了目前產業鏈各環節的參與情況)
圖2 SDN產業現況
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，實現數據中心間的帶寬利用率接近100%，標志著SDN在商業應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，驗證SDN能否支持應用于Verizon現網的規模，以應對在數目和流量上都快速增長的云計算業務。
2012年7月，著名的服務器虛擬化解決方案提供商VMWare宣布以12.6億美元收購SDN服務商Nicira Networks，進一步刺激了傳統IP產業向“軟網絡”方向的轉變。
IDC預測SDN市場將從2013年的2億美元增長到2016年的20億美元。
四、結合公司戰略，積極探索移動運營商的SDN應用之路
SDN在實際應用中已經獲得初步的成功,真正的產業標準化進程才剛剛起步。作為位于產業鏈上游的運營商，我們的研究思路是：一、面向未來，深入研究SDN架構及其對網絡發展的影響。二、基于SDN的理念，積極探索部分關鍵技術在承載網、分組交換網、傳輸網等各個層面的應用場景，解決實際問題。具體來看，可在以下幾個方向上加強SDN的應用研究：
方向一：從支撐公司提供云計算服務的角度，SDN可以實現面向云計算數據中心的靈活與高效的互聯，實現數據中心之間同步、備份流量的路徑優化和負載均衡，按需調配數據中心間的互聯網絡資源。同時，SDN還可以實現數據中心內面向虛擬機的統一調度，實現網絡策略跟隨虛擬機的遷移而同步遷移。
方向二：從支撐公司智能管道建設和流量經營的角度，研究基于轉發和控制分離的GGSN/P-GW、WLAN AP等接入設備的平臺技術，實現分組高速轉發與流量增值業務的靈活開發部署之間的和諧發展。這實際上是對目前業界公認的SDN思路的一種延伸。
方向三：在基礎傳輸設施方面，SDN的應用主要體現在軟件定義的光傳送網(OTN)，通過硬件的靈活可編程配置，實現傳送資源軟件動態調整的光傳送架構。軟件定義的光傳送網(OTN)具備靈活可變的光、電功能模塊，支持標準控制接口以及開放式應用接口，利用可編程傳送控制器實現光網可編程化以及資源云化，從而為不同的應用提供高效、靈活、開放的管道網絡服務。軟件定義的OTN具備“彈性管道”、“即時帶寬”、“編程光網”三大特性，可以滿足未來不同業務快速部署、帶寬按需分配、網絡易維易管等要求，能夠有效降低運營商維護成本。
此外，還應該密切跟蹤業界SDN發展動向，積極參與ONF等SDN標準化組織的相關工作，結合公司戰略，以我公司需求積極引導SDN標準化、產業化進程。
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