SDN的技術(shù)及應(yīng)用研究

摘 要：目前，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，簡稱SDN）已經(jīng)成為當(dāng)前研究的熱點。SDN通過路由控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)相分離，改變了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的可編程。本文從SDN產(chǎn)生背景和概念入手，歸納了SDN的關(guān)鍵技術(shù)和實現(xiàn)機(jī)制，并對SDN的應(yīng)用及所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行了深入的分析和總結(jié)。

關(guān)鍵詞：軟件定義網(wǎng)絡(luò)；虛擬化；OpenFlow

中圖分類號：TP393.08

隨著云計算、虛擬化等新生技術(shù)的產(chǎn)生，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不再適應(yīng)，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無法滿足日益增長的網(wǎng)絡(luò)帶寬及數(shù)據(jù)分析等業(yè)務(wù)需求，急需一種新型的可動態(tài)擴(kuò)展的創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在這樣的背景下，軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）應(yīng)運而生[1]。相較于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，SDN通過把網(wǎng)絡(luò)的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，用集中控制器取代了原來的路由協(xié)議自協(xié)商方式，提升了網(wǎng)絡(luò)的管控效率，開放了網(wǎng)絡(luò)能力。

1 SDN關(guān)鍵技術(shù)

1.1 SDN概念

SDN（Software Defined Network），即軟件定義網(wǎng)絡(luò)的簡稱，最早是由美國斯坦福大學(xué)Clean Slate研究組提出的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，其核心技術(shù)OpenFlow通過路由控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)相分離，對網(wǎng)絡(luò)流量的控制更加靈活，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用的創(chuàng)新提供了良好的平臺，改變了現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的可編程[2]。

1.2 SDN體系結(jié)構(gòu)

SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，簡化了網(wǎng)絡(luò)操作，將網(wǎng)絡(luò)控制與物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞蛛x，抽象了底層物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，擺脫了硬件對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制，提供了一個可編程、更靈活、更智能的網(wǎng)絡(luò)。如圖1所示，SDN體系架構(gòu)由以下部分構(gòu)成：

（1）業(yè)務(wù)層：包括各種不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用。

（2）控制層：提供智能化的網(wǎng)絡(luò)控制，主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)資源的編排，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、狀態(tài)信息等。

（3）轉(zhuǎn)發(fā)層：提供網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)能力，負(fù)責(zé)基于流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集[3]。

1.3 OpenFlow

OpenFlow是實現(xiàn)SDN架構(gòu)的一種可行機(jī)制。其實現(xiàn)的核心要素是在網(wǎng)絡(luò)要素和SDN控制器之間使用OpenFlow協(xié)議，然后再用一個SDN控制器來設(shè)計交換機(jī)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換?；诳刂坪统休d分離的思想，邏輯上集中化的網(wǎng)絡(luò)控制器和分布式轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間采用OpenFlow協(xié)議通信，控制器實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制平面的功能，并將轉(zhuǎn)發(fā)表下發(fā)到轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備[4]。

2 SDN的應(yīng)用與挑戰(zhàn)

2.1 SDN的商業(yè)應(yīng)用

SDN技術(shù)使傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用和管理模式等發(fā)生大轉(zhuǎn)變，考慮到 SDN 對未來網(wǎng)絡(luò)設(shè)備市場的影響，相關(guān)廠商也紛紛加緊研究和市場爭奪。

（1）芯片廠商推進(jìn)大規(guī)模商用。標(biāo)準(zhǔn)化的SDN設(shè)備需要新一代專門面向SDN的通用的交換芯片。博通、英特爾、美滿電子等國際芯片廠商積極地推出了實現(xiàn)SDN的網(wǎng)絡(luò)處理芯片解決方案。

（2）網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商把SDN納入產(chǎn)品戰(zhàn)略。從2012年，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商紛紛把SDN納入其產(chǎn)品戰(zhàn)略規(guī)劃。目前，思科、華為技術(shù)、瞻博等企業(yè)都已推出自己的SDN戰(zhàn)略（如思科的ONE、華為技術(shù)的SoftCOM），并在其部分設(shè)備上實現(xiàn)了對OpenFlow的支持。

（3）互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)開始商用。Google在其內(nèi)部全部部署OpenFlow，給出了具有說服力的商用案例。國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)公司也在致力于SDN開發(fā)工作，騰訊、阿里巴巴、新浪等其他幾家國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)巨頭也都已經(jīng)對SDN進(jìn)行了相關(guān)研究。

（4）電信運營商開始試驗。相對于互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，運營商（ISP）則更多地對SDN持謹(jǐn)慎態(tài)度。國外電信運營商充分利用SDN在數(shù)據(jù)中心建設(shè)方面的獨特優(yōu)勢，例如NTT DoCoMo、Verizon等電信運營商正在著手利用OpenFlow協(xié)議構(gòu)建全新的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。中國電信也開始對SDN做小規(guī)模試驗。

2.2 SDN面臨的挑戰(zhàn)

雖然SDN實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的可編程性，支持云計算和虛擬化業(yè)務(wù)，在網(wǎng)絡(luò)管理等方面也有著明顯的技術(shù)優(yōu)勢，但目前 SDN 技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用還處于起步階段，面臨著多重挑戰(zhàn)。

（1）接口協(xié)議尚未標(biāo)準(zhǔn)化。對SDN標(biāo)準(zhǔn)體系是否要統(tǒng)一還有爭論，在SDN實現(xiàn)上，VMware和Openstack各成體系，類似于IOS和安卓。標(biāo)準(zhǔn)體系不統(tǒng)一在一定程度上上阻礙了SDN的發(fā)展。

（2）軟件復(fù)雜性和有效性挑戰(zhàn)。在SDN架構(gòu)下，控制器需要為每一條流選擇一條數(shù)據(jù)通道，制定優(yōu)化的路由策略，其復(fù)雜性可想而知，隨控制網(wǎng)元數(shù)量的增加，這一壓力呈幾何級上升。如何在軟件復(fù)雜度和運算效率之間取得平衡是SDN面臨的一大挑戰(zhàn)。

（3）網(wǎng)絡(luò)安全性挑戰(zhàn)。SDN采取集中控制架構(gòu)，由于集中控制的方式存在著先天缺陷和風(fēng)險，網(wǎng)絡(luò)安全性面臨著挑戰(zhàn)。

（4）從現(xiàn)有硬件平臺向虛擬化網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn)、兼容性和長期共存的挑戰(zhàn)。網(wǎng)絡(luò)上長期留下來的、多廠商的、多種類的老系統(tǒng)、老設(shè)備如何去適配新網(wǎng)絡(luò)，同時如何保證性能的平滑性面臨著挑戰(zhàn)[5]。

3 結(jié)束語

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不能滿足用戶對移動性、虛擬化服務(wù)以及業(yè)務(wù)快速響應(yīng)的需求，而SDN提出了一種全新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過路由控制和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)相分離，簡化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的可編程，促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的虛擬化，提高了網(wǎng)絡(luò)靈活性，為開放、創(chuàng)新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究提供了一個有效的實驗平臺。

雖然SDN是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢，但還會面臨很多問題，像很多IT創(chuàng)新技術(shù)一樣，SDN需要一些時間來發(fā)展。未來SDN將如何發(fā)展，讓我們拭目以待！

參考文獻(xiàn)：

[1]阿呆.話說SDN：勢在必行的網(wǎng)絡(luò)變革？[J].通訊世界，2012（12）：32-38

[2]袁廣翔.軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代電信科技，2013（04）：45-50.

[3]趙慧玲，馮明，史凡.SDN——未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的重要趨勢[J].電信科學(xué)，2012（11）：1-5.

[4]韓少杰.SDN：應(yīng)用為王的時代[J].通訊世界，2012（12）：40-41.

[5]鄭毅，華一強(qiáng)，何曉峰.SDN的特征、發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢[J].電信科學(xué)，2013（09）：102-107.

作者簡介：尚剛（1988.06-），河南太康人，碩士研究生，主要研究方向：智能信息處理；潘穎（1990.06-），江蘇東臺人，碩士研究生，主要研究方向：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)。

作者單位：南京財經(jīng)大學(xué)信息工程學(xué)院，南京 210046