软件定义网络技术的产生与发展

史雅琪

摘要：随着计算机技术的蓬勃发展，终端用户的不断涌入和业务需求的增长使得数据量雯得极为庞大，处理数据变得更加困难和复杂，为解决这一问题，云计算与大数据技术运应而来。但传统网络架构较为复杂，不能为新技术提供较好的资源服务和业务支持，整体网络架构推行缓慢，创新方面达到瓶颈。人们便提出7软件定义网络这一新的网络体系结构，在逻辑上进行集中控制使得网络管理更加灵活，由繁到简，为自动化运维提供可能性;将控制平面与数据平面解耦，打破了传统网络结构，使得网络有更多可编程能力。

关键字：SDN 网络可编程 抽象 解耦

信息化时代的不断演进，很多新兴技术应运而生。物联网、5G、云计算等技术的涌入，为日益增长的用户数据提供了解决途径，更好的满足人们的生活需要，同时也标志着大数据时代的到来。而海量数据的处理对网络也有着更高的要求，传统网络已经不能满足社会需求，信息技术的发展不仅依赖于计算机技术的创新，同时也需要底层网络的支持和变革，这将是对长期以来整个网络体系的革新，对网络发展有着深远意义。

一、软件定义网络技术的提出

（一）提出背景

随着互联网的发展，海量数据处理需要更稳健灵活的网络技术支持，但传统网络架构较于死板，网络基础设备、操作系统和应用层三方面紧密耦合，动一发而牵动全身。由于设备都是出自同一厂商，在后期管理变动上需要整套替换。网络规模的扩大以及业务的增多，使得通过对设备单一的策略管理运维变得不再可行。为解决某一问题而单独制定的协议，协议之间的独立性使得网络处于相对静态的工作模式，没有对共性问题进行抽象解决，管理员尽量减少操作防止产生不必要的配置冲突，导致整体网络架构推行缓慢，各层面操作不夠灵活，缺乏创新性。同时IP网络的打补丁模式使得协议和业务不断扩充，网络系统变得更加臃肿，而交换设备需要对数据进行控制和转发，处理能力有限、转发效率低，受到设备自身限制，为解决当下网络问题，新的网络体系架构被提出了。

（二）提出组织

由斯坦福大学Nick McKeown教授领导的研究团队在CleanSlate课题中提出了Openflow的概念;2009年，基于OpenFlow网络可编程特性，他们又提出了SDN（软件定义网络），一种新的网络架构体系。

二、SDN的定义及框架结构

SDN是一种新型网络架构，网络虚拟化的一种实现方式，它实现了控制层与数据层的解耦合，网络的集中控制，底层网络设施对上层应用的透明，核心技术是OpenFlow。ONF提出的SDN架构分为三层：应用层、控制层和基础设施层。其中应用层包括不同的业务应用，控制平面由SDN控制器对网络进行集中控制和管理，基础设施层为各种网络设备，负责数据的处理、转发和状态收集。除此之外，还有两个重要的组成部分，位于应用层和控制层、控制层和基础设施层之间的北向接口和南向接口 定义了开放的OpenFlow标准。

三、核心技术与技术革新

（一）核心技术

在《SDN核心技术剖析和实战指南》书中将SDN架构与人身体做类比来解释SDN核心技术，其中将控制器比作大脑，是控制逻辑的重要部分，进行资源分配和策略下发;将转发层比作四肢，即数据层设备作为控制层的执行方，只进行数据转发;将应用层比作想法，根据需求进行业务分配。而南北向接口就类似脑电波，协调三个层次之间策略需求的下发和上传。

SDN框架包括应用层、控制层和转发层三部分，其中控制层是整个SDN的核心，控制器进行数据包策略的控制下发。而数据层与转发层的解耦网络功能的抽象以及网络可编程构成了SDN的核心思想。

（二）技术革新

SDN将打破以往的网络体系架构，其集中式的网络控制，使得在控制乎面更加灵活地对海量设备进行集中管理，网络节点的维护管理更加高效简捷。控制层与数据层的解耦，打破了层次限制，为网络可编程提供更多的可能性，控制器的策略配置有南向接口下发，网络部署更加灵活，方便下发新的策略;数据层只负责转发数据，降低了设备的复杂度，设备之间更加通用统一，不需要因为区别厂商而增加成本降低设备维护复杂度。南向接口屏蔽了数据层转发设备之间的差异，实现了资源的抽象（虚拟化），达到了底层网络设施对上层应用的透明北向接口供上层业务按需进行网络配置并调用网络资源，提供灵活的网络服务，方便网络创新。

四、技术应用与延伸

（一）产业链

目前SDN的生态圈已经初见雏形，由互联网企业、运营商、芯片提供商、设备厂商等组成。支持SDN的互联网企业在国外有谷歌、微软、雅虎，国内有百度、阿里、腾讯等;SDN运营商国外有AT&T、NTT，国内有移动、联通、电信。

可提供SDN芯片的厂商目前有英特尔、盛科、博通等，芯片在未来的科技场上扮演者重要的角色，甚至事关国家产业安全，中国电子（CEC）总经理刘烈宏曾说只有大力发展核心芯片，才不会受制于人，在通信领域有科技自主权，保障我国的信息安全。设备厂商有HP、IBM、Cisco，NEC以及国内的华为、H3C、中兴等，尽管之前趋向于原有的路由与交换体系，但随着SDN的不断发展，也纷纷加入研发。

（二）网络功能虚拟化

NFV利用虚拟化技术，将网络各层次节点的功能分割成不同的功能区，不再局限于硬件架构，在标准服务器上提供网络功能，而不是在定制设备上。它建立在控制层与数据层分离、虚拟化、SDN控制器和数据中心概念基础上，随着SDN的出现，推动了NFV的发展与实现。

五、结语

随着SDN的兴起，网络设备将成为新的被IT技术颠覆的一员，打破了传统的网络体系架构，将支持网络自动化业务编排，网络功能虚拟化，网络可编程，统一通用的网络基础设施，灵活简捷的控制层面，大型与服务商和电信运营商将会对其进行大规模的商业部署和创新应用，来进行业务优化和自动化运维。

但是目前SDN在接口和协议上尚未达到统一，OpenFlow不再是唯一的南向接口，是否进行统一也有待商榷;同时其在安全方面也面临着挑战，网络负载和攻击等方面没有建立专门的机制，不确定在实施应用后会面临怎样的风险。

参考文献

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[3lKen Gray，ThonLas D.Nadeau.软件定义网络：SDN与OpenFlow解析[M].出版地：人民邮电出版社，出版年：2014.04.05

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