軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究與實(shí)踐

中圖分類(lèi)號(hào)：TN915.03； TP393.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1009-6868 （2013） 05-0011-005

通過(guò)分析SDN的研究背景，闡述了SDN由應(yīng)用層、控制層、基礎(chǔ)設(shè)施層組成的3平面架構(gòu)；基于OpenFlow的實(shí)現(xiàn)方案和以Juniper、思科等公司解決方案為代表的其他實(shí)現(xiàn)方案，對(duì)SDN架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行了探討；從科研和商業(yè)化的角度出發(fā)，展示了最新的基于SDN架構(gòu)的實(shí)踐與應(yīng)用。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)；平面架構(gòu)；OpenFlow協(xié)議

In this paper， we discuss the architecture of software-defined networks. This architecture comprises application layer， control layer， and infrastructure layer. We also discuss the implementation of OpenFlow-based programs and other solutions proposed by Cisco and Juniper. We discuss the research into and commercialization of the latest practical SDN applications.

software-defined networks； plane architecture； OpenFlow

網(wǎng)絡(luò)虛擬化以及云服務(wù)的出現(xiàn)，推動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重新審視，帶來(lái)了互聯(lián)網(wǎng)新的發(fā)展趨勢(shì)，從主動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、開(kāi)放架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系、ForCES架構(gòu)，到可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)體系、一體化網(wǎng)絡(luò)體系、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等，全球研究機(jī)構(gòu)均在探索適應(yīng)于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的具有良好可擴(kuò)展性和智能性的新型網(wǎng)絡(luò)體系。其中ForCES基本架構(gòu)提出的轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離思想得到了廣泛認(rèn)可，并成為中國(guó)可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究團(tuán)隊(duì)和國(guó)際SDN研究團(tuán)隊(duì)的基礎(chǔ)。SDN是由美國(guó)斯坦福大學(xué)Clean Slate研究組提出的一種新興的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其核心思想是基于控制和轉(zhuǎn)發(fā)相分離的思路，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的可編程。自2011年以來(lái)，SDN已經(jīng)逐步成為通信界最熱門(mén)的詞語(yǔ)之一，同時(shí)，被列為影響未來(lái)10年的10項(xiàng)技術(shù)之一，得到了學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛認(rèn)可，成為引領(lǐng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向的研究?jī)?nèi)容之一。

SDN的基本內(nèi)涵就是一個(gè)開(kāi)放可編程網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過(guò)軟件定義（或軟件驅(qū)動(dòng)）方式就可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)管理?；诖耍脩?hù)可通過(guò)編程動(dòng)態(tài)構(gòu)建各種特性的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，以實(shí)現(xiàn)各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)對(duì)各種應(yīng)用的承載需求，進(jìn)而便于用戶(hù)實(shí)現(xiàn)類(lèi)似虛擬化、數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)等新型應(yīng)用。

1 研究背景

傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)中，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與控制邏輯緊耦合，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)控制功能復(fù)雜，阻礙了新技術(shù)在控制層面的部署，使得控制層面的靈活性和擴(kuò)展性很難適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的飛速發(fā)展。SDN的核心理念是控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，具有前所未有的可編程性、自動(dòng)化以及網(wǎng)絡(luò)控制能力，確保了網(wǎng)絡(luò)的高度可擴(kuò)展、靈活，提高了網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新能力。SDN的前身來(lái)源于斯坦福用于企業(yè)集中安全控制的Ethane項(xiàng)目[1]及其前一個(gè)項(xiàng)目SANE[2]。

SANE是斯坦福大學(xué)2006年提出的一種面向企業(yè)網(wǎng)的安全管理架構(gòu)。SANE的主要特點(diǎn)在于定義了一個(gè)保護(hù)層，該保護(hù)層位于鏈路層和網(wǎng)絡(luò)層中間，由一臺(tái)邏輯中央服務(wù)器控制，用于管理所有路由和接入控制決策。SANE在設(shè)計(jì)時(shí)，遵循4D架構(gòu)的設(shè)計(jì)原則，如圖1所示。通過(guò)全局網(wǎng)絡(luò)視圖，決策平面做出網(wǎng)絡(luò)控制決策，并直接下發(fā)給數(shù)據(jù)平面；數(shù)據(jù)平面根據(jù)決策平面的指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)層目標(biāo)的直接控制；分發(fā)平面在決策平面和數(shù)據(jù)平面之間建立可靠的通信通道；發(fā)現(xiàn)平面負(fù)責(zé)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的物理組件，并為決策平面提供構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)視圖的基本信息。

2007年，Casado等人對(duì)SANE的功能進(jìn)行了擴(kuò)展，提出了Ethane架構(gòu)。Ethane在網(wǎng)絡(luò)管理中添加了安全管理策略，擴(kuò)充了中央控制器的管理功能，實(shí)現(xiàn)了更細(xì)粒度的流表轉(zhuǎn)發(fā)策略。Ethane網(wǎng)絡(luò)主要由中央控制器和Ethane交換機(jī)兩個(gè)部件構(gòu)成。中央控制器是網(wǎng)絡(luò)的控制決策層，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)主機(jī)認(rèn)證、IP分配和交換機(jī)流表生成等基本功能。Ethane交換機(jī)則作為一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)單元，根據(jù)控制器產(chǎn)生的流表進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)路由器同時(shí)包含數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和控制決策兩種功能，復(fù)雜性太高，導(dǎo)致靈活性和可擴(kuò)展性不夠。在SANE和Ethane兩個(gè)項(xiàng)目基礎(chǔ)上，面對(duì)目前日益增長(zhǎng)的帶寬需求，Casado提出了分組交換網(wǎng)絡(luò)軟硬件功能分離的思想[3]，即用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)控制決策，而硬件只緩存這些決策，專(zhuān)注于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。這種軟硬件功能分離的思想，明確了軟件層來(lái)做決策和硬件層控制分組轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)計(jì)思路。

在上述相關(guān)工作的基礎(chǔ)上，斯坦福大學(xué)的Nick Mckeown教授等提出了OpenFlow技術(shù)[4]，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和路由控制兩個(gè)功能進(jìn)行分離提拱了一種實(shí)現(xiàn)協(xié)議。OpenFlow通過(guò)集中式的控制器以標(biāo)準(zhǔn)化的接口對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理和配置。OpenFlow技術(shù)后經(jīng)由Clean-State項(xiàng)目推廣，以及在全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境（GENI）項(xiàng)目中的應(yīng)用，逐漸擴(kuò)展并發(fā)展成為了SDN。

2 SDN架構(gòu)

SDN的概念最早由開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)（ONF）[5]在2010年提出。通過(guò)SDN，現(xiàn)有的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)可以演變成一個(gè)可擴(kuò)展的服務(wù)交付平臺(tái)，能夠快速響應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)、用戶(hù)和市場(chǎng)需求。通過(guò)將轉(zhuǎn)發(fā)平面與控制平面分離，SDN能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)抽象為一個(gè)邏輯或虛擬實(shí)體，并且可以提供標(biāo)準(zhǔn)化的、開(kāi)放的控制接口。分離后的控制平面可以運(yùn)行在外部調(diào)用控制接口，并根據(jù)全局的網(wǎng)絡(luò)視圖，實(shí)現(xiàn)更加靈活的控制能力。ONF的SDN技術(shù)白皮書(shū)[6]給出了SDN架構(gòu)的邏輯視圖，如圖2所示。

在SDN架構(gòu)中，最上層為應(yīng)用層，包括了各種不同的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。應(yīng)用層根據(jù)網(wǎng)絡(luò)不同的應(yīng)用需求，調(diào)用與控制層相接的應(yīng)用編程接口（API），實(shí)現(xiàn)不同功能的應(yīng)用程序。利用API接口，業(yè)務(wù)應(yīng)用可以充分利用網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)和能力，并在一個(gè)抽象的網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)常見(jiàn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，包括路由、組播、安全、訪問(wèn)控制、帶寬管理、流量工程、服務(wù)質(zhì)量、處理器和存儲(chǔ)優(yōu)化、能源使用以及各種形式的政策管理，量身定制以滿(mǎn)足業(yè)務(wù)目標(biāo)。

SDN的控制層由控制軟件實(shí)現(xiàn)，擺脫了硬件設(shè)備對(duì)網(wǎng)絡(luò)控制功能的束縛，主要負(fù)責(zé)集中維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼熬W(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)特性的適配。利用控制數(shù)據(jù)平面接口，控制層可以對(duì)底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的資源進(jìn)行抽象，獲取底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備信息，生成全局的網(wǎng)絡(luò)抽象視圖，并通過(guò)API接口提供給上層應(yīng)用。其結(jié)果是，對(duì)于上層應(yīng)用程序來(lái)說(shuō)，網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)為一個(gè)單一的邏輯開(kāi)關(guān)。通過(guò)這種軟件模式，網(wǎng)絡(luò)管理人員可以靈活配置、管理和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的可編程及靈活可控。

基礎(chǔ)設(shè)施層由網(wǎng)絡(luò)的底層轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備構(gòu)成，包含了特定的轉(zhuǎn)發(fā)平面抽象。在SDN中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負(fù)責(zé)單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，降低了對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備硬件的要求。

在SDN架構(gòu)下，通過(guò)軟件的更新即可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的升級(jí)，無(wú)需再針對(duì)每一個(gè)硬件設(shè)備進(jìn)行配置，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用程序的形式可直接部署實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)配置，加速了網(wǎng)絡(luò)部署周期；同時(shí)，通過(guò)SDN控制軟件的集中化控制，研究者、企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商可從一個(gè)單一的邏輯點(diǎn)獲得全網(wǎng)控制權(quán)，極大地簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行，從而加速了網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新周期。此外，SDN架構(gòu)使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從封閉走向開(kāi)放，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不再需要理解和處理成千上萬(wàn)的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，極大地簡(jiǎn)化了底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能，有效降低了網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度及網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建成本。

3 SDN實(shí)現(xiàn)方案

3.1 基于OpenFlow的實(shí)現(xiàn)方案

OpenFlow作為SDN的原型實(shí)現(xiàn)方式，雖然只是SDN控制平面和數(shù)據(jù)平面之間多種通信協(xié)議之一，但已被看作是SDN通信協(xié)議事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)。基于OpenFlow實(shí)現(xiàn)的SDN架構(gòu)主要包括控制器和OpenFlow交換機(jī)兩部分，如圖3所示。

控制器以軟件平臺(tái)的方式存在，并對(duì)全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渚哂锌梢?jiàn)性和可控性。同時(shí)，借助于開(kāi)放的協(xié)議，控制器可以對(duì)不同交換機(jī)中的數(shù)據(jù)流表進(jìn)行編程，以決定每個(gè)數(shù)據(jù)包的流向，并能夠?qū)崿F(xiàn)特殊網(wǎng)絡(luò)設(shè)備才具有的一些功能，例如防火墻、負(fù)載均衡器等。

在控制器中，由網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（NOS）實(shí)現(xiàn)控制邏輯功能。NOS是網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)可編程控制的中央執(zhí)行單元，即SDN架構(gòu)中的控制軟件，通過(guò)在NOS之上運(yùn)行不同的應(yīng)用程序能夠?qū)崿F(xiàn)不同的邏輯管控功能?；贠penFlow的SDN控制器已有諸如NOX[7]、Onix[8]、POX[9]等多種平臺(tái)。

OpenFlow交換機(jī)由一個(gè)或多個(gè)流表、一個(gè)組表以及安全通道組成。控制器通過(guò)OpenFlow協(xié)議來(lái)管理交換機(jī)。組表負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的查找和轉(zhuǎn)發(fā)。安全通道用于連接OpenFlow交換機(jī)和控制器，使OpenFlow交換機(jī)和控制器之間的數(shù)據(jù)、配置信息和指令可以基于SSL進(jìn)行安全傳輸。

OpenFlow交換機(jī)采取流的匹配和轉(zhuǎn)發(fā)模式，匹配過(guò)程從第一個(gè)流表開(kāi)始。流表包含了多個(gè)流表項(xiàng)，數(shù)據(jù)包按照流表項(xiàng)的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行匹配，若匹配到一個(gè)流表項(xiàng)，則執(zhí)行與該流表項(xiàng)對(duì)應(yīng)的指令。根據(jù)OpenFlow協(xié)議，針對(duì)流表中的流表項(xiàng)，控制器可以完成增加、更新以及刪除等操作。

3.2 Juniper、思科和中國(guó)的實(shí)現(xiàn)方案

基于OpenFlow的SDN技術(shù)引起了包括IETF、Google、HP、Junifer等各大研究機(jī)構(gòu)以及公司的重視，但在實(shí)際應(yīng)用中，基于OpenFlow的SDN技術(shù)仍在存在一些問(wèn)題：

（1）單純的基于一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)表特性的OpenFlow技術(shù)不能達(dá)到實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)軟件定義的需求。OpenFlow1.x所基于的固定的轉(zhuǎn)發(fā)表格式不能很好地描述多個(gè)網(wǎng)絡(luò)層面（二層、三層甚至應(yīng)用層）各種類(lèi)型的轉(zhuǎn)發(fā)表，描述過(guò)程效率較低，為了保持通用性，固定格式的表需要保存大量冗余表域。

（2）控制平面的可擴(kuò)展性問(wèn)題。OpenFlow設(shè)計(jì)之初，僅需通過(guò)單控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的管控功能。然而，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的增大和業(yè)務(wù)需求的增加，需要研究控制平面的可擴(kuò)展性解決方案，即多控制器解決方案。如何實(shí)現(xiàn)控制單元之間網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)（包括拓?fù)?、傳輸能力、路由限制等）的協(xié)同和交互，以保證網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的一致性和可擴(kuò)展性，還需要進(jìn)行大量深入的研究工作。

因此，除了試圖通過(guò)升級(jí)OpenFlow（擬定義為OpenFlow 2.0）來(lái)實(shí)現(xiàn)以上需求，多家研究機(jī)構(gòu)及公司提出了不同的SDN實(shí)現(xiàn)方案。Google提出了一種基于模塊化描述的類(lèi)似于ForCES虛擬化建模方法的實(shí)現(xiàn)思想[10]；在IETF內(nèi)，Ericsson[11]在IETF ForCES工作組倡導(dǎo)使用ForCES的抽象建模和協(xié)議控制基本思想來(lái)實(shí)現(xiàn)SDN技術(shù)。其他具有影響的業(yè)界企業(yè)如Juniper、思科等也有不同的戰(zhàn)略計(jì)劃。

Juniper的SDN戰(zhàn)略突出點(diǎn)在于將網(wǎng)絡(luò)軟件分成4個(gè)平面——管理、服務(wù)、控制和轉(zhuǎn)發(fā)，并在網(wǎng)絡(luò)中優(yōu)化每個(gè)平面[12]。Juniper重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)SDN軟件方面，將服務(wù)軟件從硬件中抽象出來(lái)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)虛擬機(jī)，在服務(wù)器上加以托管，并利用集中控制器在軟件中啟用服務(wù)鏈或根據(jù)業(yè)務(wù)需求連接各設(shè)備上的服務(wù)。同時(shí)，Juniper提供了新的許可證模式，允許軟件許可證在Juniper設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器之間的轉(zhuǎn)讓?zhuān)沟每蛻?hù)可以根據(jù)實(shí)際使用情況決定購(gòu)買(mǎi)規(guī)模。

思科推出的實(shí)現(xiàn)方案是開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境（ONE），ONE方案中包含眾多的API、代理和控制器，意圖將可編程性注入其三大操作系統(tǒng)——IOS、IOS XR和NX-OS之中。

ONE通過(guò)開(kāi)放控制和充分利用轉(zhuǎn)發(fā)平面，允許使用人員利用多種協(xié)議對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編程，而不僅僅只支持OpenFlow。ONE方案中包括One Platform Kit（OnePK）和Nexus 1000V交換機(jī)。OnePK可以為開(kāi)放人員提供跨思科的各種路由器和交換機(jī)操作系統(tǒng)的應(yīng)用編程接口；Nexus 1000V可用作虛擬覆蓋網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)備，用于多用戶(hù)云部署。

中國(guó)在該方向的研究中，“973”計(jì)劃支持的可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究團(tuán)隊(duì)提出了一種可重構(gòu)信息通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)，在基于轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離思想的基礎(chǔ)上，提出網(wǎng)絡(luò)傳輸資源和節(jié)點(diǎn)資源（包括硬件資源）均可以根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求通過(guò)軟件控制進(jìn)行重構(gòu)的思想，并已經(jīng)取得了實(shí)用性成果，在轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)資源感知與重構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)展時(shí)多控制器之間的協(xié)同、路由尋址、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)機(jī)理、可重構(gòu)路由器開(kāi)發(fā)等方面進(jìn)展迅速，并在上海開(kāi)展了應(yīng)用示范。

4 SDN的實(shí)踐應(yīng)用

SDN一經(jīng)提出就受到了特別關(guān)注，甚至被視為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的最終解決方案之一[13]。在學(xué)術(shù)界，有關(guān)SDN架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)方法呈現(xiàn)出一種百花齊放的研究狀態(tài)，而在商用領(lǐng)域，SDN架構(gòu)的商用化進(jìn)程也得到了加速發(fā)展。

4.1 科研實(shí)踐

清華大學(xué)提出了一種用于SDN的操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方法TUNOS[14]。為了增加可擴(kuò)展性、魯棒性、靈活性以及提高性能，從設(shè)備控制能力以及網(wǎng)絡(luò)控制能力的角度出發(fā)，TUNOS提供了開(kāi)放的設(shè)備管理、認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、全局網(wǎng)絡(luò)視圖、虛擬轉(zhuǎn)發(fā)空間以及應(yīng)用（APP）管理功能；同時(shí)為了增強(qiáng)用戶(hù)的網(wǎng)絡(luò)可編程性，TUNOS設(shè)計(jì)了通用的網(wǎng)絡(luò)控制API接口。TUNOS結(jié)構(gòu)如圖4所示。

TUNOS通過(guò)控制數(shù)據(jù)平面接口為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供控制功能，設(shè)備控制功能包括開(kāi)放設(shè)備管理以及網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)認(rèn)知。同時(shí)，TUNOS通過(guò)上層API接口為網(wǎng)絡(luò)協(xié)議層提供控制功能，網(wǎng)絡(luò)控制功能包括全局網(wǎng)絡(luò)視圖、虛擬轉(zhuǎn)發(fā)空間以及APP的管理。

Soheil Hassas Yeganeh等人提出了一種SDN網(wǎng)絡(luò)高效可升級(jí)的控制應(yīng)用卸載框架KANDOO[15]，如圖5所示。KANDOO包括兩個(gè)控制層：底層控制層包括一組沒(méi)有互聯(lián)的控制器，不接收網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息；頂層控制層是邏輯中心控制器，用于維護(hù)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。底層控制層中的控制器只運(yùn)行本地控制應(yīng)用（例如使用單交換機(jī)狀態(tài)的應(yīng)用），這些控制器處理了大部分的頻發(fā)事件，使得這些事件不會(huì)到達(dá)頂層控制層。頂層是可擴(kuò)展性方面僅有的潛在“瓶頸”。KANDOO能夠保證網(wǎng)絡(luò)使用人員根據(jù)需要替換本地控制器，并減輕頂層的負(fù)載。

除此之外，中國(guó)國(guó)防科技大學(xué)提出了基于LabelCast的SDN模型，并已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了相關(guān)的原型系統(tǒng)和開(kāi)發(fā)支持工具[16]。

Andrew D. Ferguson等在SDN網(wǎng)絡(luò)的分級(jí)策略[17]一文中提出了等級(jí)流表，在SDN網(wǎng)絡(luò)框架下實(shí)現(xiàn)了分等級(jí)的策略。

Andreas Voellmy提出了一種高層網(wǎng)絡(luò)控制語(yǔ)言Procera[18]，試圖解決OpenFlow原型系統(tǒng)中缺乏可配置接口問(wèn)題。Ramya Raghavendra等提出了一種基于SDN云網(wǎng)絡(luò)管理的初步動(dòng)態(tài)圖查詢(xún)方法。

4.2 商用實(shí)踐

2012年見(jiàn)證了SDN在商用領(lǐng)域的重要發(fā)展，全球芯片以及設(shè)備廠商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)和運(yùn)營(yíng)商均加大了對(duì)SDN研究的投入，并提出相應(yīng)的SDN解決方案。SDN商用化進(jìn)程加速。

在芯片制造方面，全球多家主流芯片廠商推出了支持OpenFlow協(xié)議的新功能芯片，開(kāi)始推進(jìn)SDN的大規(guī)模商用。其中，Intel的芯片產(chǎn)品FM6000首先加入了對(duì)OpenFlow優(yōu)化的硬件支持；中國(guó)企業(yè)中，盛科推出了支持適配OpenFlow1.0的芯片產(chǎn)品。

在設(shè)備制造方面，Cisco公司成立了內(nèi)部子公司Insieme，專(zhuān)用于SDN相關(guān)產(chǎn)品研發(fā)；阿爾卡特朗訊發(fā)布了其SDN產(chǎn)品戰(zhàn)略規(guī)劃，包括對(duì)用于局域網(wǎng)（LAN）、廣域網(wǎng)（WAN）和數(shù)據(jù)中心運(yùn)行的路由器和交換機(jī)的實(shí)時(shí)應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化轉(zhuǎn)發(fā)；Juniper的QFabric引入了OpenFlow作為其控制協(xié)議，在中國(guó)，信息工程大學(xué)、國(guó)防科技大學(xué)均已經(jīng)研制成功功能相近甚至更靈活的可重構(gòu)路由器。

在運(yùn)營(yíng)商方面，包括NTT DoCoMo、Verizon等在內(nèi)的國(guó)際電信運(yùn)營(yíng)商充分利用SDN在數(shù)據(jù)中心建設(shè)方面的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，利用OpenFlow協(xié)議構(gòu)建了全新的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

與此同時(shí)，互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)也開(kāi)始將SDN架構(gòu)進(jìn)行商用。Google宣布已經(jīng)在其內(nèi)部骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了SDN的全面部署，百度也推出了基于SDN架構(gòu)的產(chǎn)品Traffic Engineering系統(tǒng)。此外，騰訊、阿里巴巴、新浪等幾家中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)巨頭也都已經(jīng)對(duì)SDN進(jìn)行了相關(guān)研究。

5 結(jié)束語(yǔ)

相對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以有效應(yīng)對(duì)用戶(hù)對(duì)移動(dòng)性、虛擬化服務(wù)以及業(yè)務(wù)快速響應(yīng)的需求，SDN可以大幅度精簡(jiǎn)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高了網(wǎng)絡(luò)靈活性，將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成智能化的技術(shù)和業(yè)務(wù)創(chuàng)新平臺(tái)。這些諸多優(yōu)勢(shì)使SDN受到了科研機(jī)構(gòu)以及商業(yè)應(yīng)用的廣泛關(guān)注，得以快速發(fā)展。然而在SDN的應(yīng)用過(guò)程中還存在著未曾很好解決的問(wèn)題，制約著其發(fā)展：

（1）SDN從提出至今，經(jīng)歷了較長(zhǎng)的標(biāo)準(zhǔn)化過(guò)程，然而由于應(yīng)用需求的不同，各大研究機(jī)構(gòu)和主要設(shè)備廠商以SDN架構(gòu)為基礎(chǔ)，提出了不同的實(shí)現(xiàn)方案。不統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)使得SDN設(shè)備通用性較差。從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度來(lái)看，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可以為SDN的發(fā)展提供良好的環(huán)境，標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化進(jìn)程勢(shì)在必行。

（2）現(xiàn)有SDN方案的管理和安全功能主要集中在接入控制、流量轉(zhuǎn)發(fā)和負(fù)載均衡等方面，在安全性機(jī)制設(shè)計(jì)、異常檢測(cè)等方面都缺乏深入的研究。網(wǎng)絡(luò)管理和安全是SDN架構(gòu)實(shí)際應(yīng)用中最重要的標(biāo)準(zhǔn)之一，如何提供良好的安全性仍然是SDN研究的重點(diǎn)。

上述兩個(gè)問(wèn)題是SDN發(fā)展過(guò)程中具有代表性的研究點(diǎn)，在面向真實(shí)網(wǎng)絡(luò)的部署過(guò)程中，性能優(yōu)化、可擴(kuò)展性、分布式控制等需求同樣需要重新考慮。從目前的研究和應(yīng)用來(lái)看，基于SDN的技術(shù)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界仍處在發(fā)展階段，進(jìn)一步深入的研究對(duì)于未來(lái)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展具有深遠(yuǎn)的影響。

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