SDN技術(shù)現(xiàn)狀和未來前景分析

劉漢江　毛宇　陳文華

通過介紹SDN技術(shù)的起源、定義和流派，討論了該技術(shù)在國內(nèi)外的商用發(fā)展情況和產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀，分析了SDN技術(shù)的價(jià)值、未來發(fā)展趨勢及大規(guī)模商用可能遇到的阻力，并提出了將其進(jìn)行運(yùn)營商全網(wǎng)應(yīng)用的構(gòu)想。

Firstly， the origin， definition and genre of SDN technology are briefly introduced. Secondly， the commercial development and industry chain situation of this technology at home and abroad are discussed. Then， the value， future development trend and the possible resistance in large-scale commercial application of SDN technology are analyzed. Lastly， the idea of applying SDN technology to the whole network of the operators is put forward.

SDN OpenFlow I2RS Overlay

1 SDN的起源、定義和流派

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）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)，它將控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，轉(zhuǎn)發(fā)平面由受控的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備組成，轉(zhuǎn)發(fā)方式及業(yè)務(wù)邏輯由運(yùn)行在控制面板上的控制應(yīng)用決定，這種邏輯上的集中控制實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，為核心網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用創(chuàng)新提供了良好的平臺。

圖1為軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）的邏輯架構(gòu)，它由基礎(chǔ)設(shè)施層、控制層、應(yīng)用層組成，其中基礎(chǔ)設(shè)施層主要為轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)功能；控制層由SDN控制軟件組成，可通過標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議與下層進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對基礎(chǔ)設(shè)施層的控制；應(yīng)用層不同的應(yīng)用邏輯可通過控制層開放的API管理能力控制設(shè)備的報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)功能。

當(dāng)前的SDN技術(shù)主要有3大流派，包括ONF定義的OpenFlow、IETF定義的I2RS、IT廠家主導(dǎo)的Overlay。其中基于OpenFlow的SDN，其控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離從包幀底層開始，轉(zhuǎn)發(fā)層由OpenFlow交換機(jī)組成，控制層由安裝在計(jì)算設(shè)備上的SDN控制器軟件組成，使用OpenFlow協(xié)議與下層進(jìn)行通信，通過流表控制轉(zhuǎn)發(fā)平面的行為，從而實(shí)現(xiàn)各種類型的網(wǎng)絡(luò)功能。I2RS主要由設(shè)備廠商主導(dǎo)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上提供專用接口供用戶開發(fā)應(yīng)用。Overlay由虛擬化廠家主導(dǎo)，主要作用于通用X86服務(wù)器范圍，基于隧道技術(shù)和疊加網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

這幾大流派的SDN技術(shù)雖然定義不同，實(shí)現(xiàn)方式不同，但其核心理念是一致的，即軟件定義網(wǎng)絡(luò)+應(yīng)用驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)，從原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備水平開放發(fā)展到面向業(yè)務(wù)的垂直開放和軟件可編程，實(shí)質(zhì)上是網(wǎng)絡(luò)IT化。其中由設(shè)備廠商主導(dǎo)的Overlay方式比較成熟，已有成型的解決方案，基于開放網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的OpenFlow是目前業(yè)界普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)化南向接口，已有成功的應(yīng)用案例，是未來的發(fā)展方向。

2 SDN的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀

自SDN技術(shù)出現(xiàn)以來，科研院校、設(shè)備廠商、互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、IT服務(wù)商以及電信運(yùn)營商等都在積極研究，不斷探索和嘗試，推進(jìn)其商用進(jìn)程。目前SDN主要應(yīng)用于企業(yè)內(nèi)部組網(wǎng)或數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)。

2.1 互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)

以谷歌、亞馬遜、雅虎、微軟、Facebook為代表的國際互聯(lián)網(wǎng)公司和百度、騰訊、新浪、阿里巴巴為代表的國內(nèi)互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)都在進(jìn)行SDN技術(shù)應(yīng)用的積極探索。

谷歌構(gòu)建的B4網(wǎng)絡(luò)無疑是當(dāng)前最著名、最有影響力的SDN技術(shù)應(yīng)用案例。圖2為谷歌B4 WAN的示意圖，上層為中心流量工程（TE）服務(wù)器；中間層為網(wǎng)絡(luò)控制服務(wù)器（NCS），其上運(yùn)行OpenFlow Controller（OFC）集群，OFC根據(jù)上層TE的規(guī)則向下層交換機(jī)下發(fā)流表；下層為定制的交換機(jī)硬件，運(yùn)行OpenFlow Agent（OFA），接受OpenFlow Controller（OFC）的控制，根據(jù)OFC下發(fā)的流表轉(zhuǎn)發(fā)流量。谷歌基于OpenFlow理念搭建的數(shù)據(jù)中心WAN網(wǎng)絡(luò)可通過編程實(shí)現(xiàn)自動創(chuàng)建和重新配置其遍布全球的數(shù)據(jù)中心之間的連接，通過周密的流量工程和優(yōu)先次序的工作方式（即根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況動態(tài)改變流量路徑，保護(hù)高優(yōu)先級流量），使其資源利用率從30%提升到了90%以上，極大地節(jié)省了成本。谷歌B4網(wǎng)絡(luò)的成功使神秘且充滿學(xué)院派氣質(zhì)的SDN技術(shù)走上了商用的道路。

今年4月，騰訊在第二屆中國SDN/NFV大會上提出了構(gòu)建邊緣智能網(wǎng)絡(luò)的概念，該網(wǎng)絡(luò)基于Overlay的SDN實(shí)現(xiàn)方式，將虛擬網(wǎng)絡(luò)與物理網(wǎng)絡(luò)解耦，虛擬機(jī)通過開源OF交換機(jī)OVS接入網(wǎng)絡(luò)，OVS根據(jù)上層的分布式控制器（Apollo）下發(fā)的流表轉(zhuǎn)發(fā)流量，虛擬網(wǎng)絡(luò)之間使用VXLAN標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)用戶隔離。這種使用OVS+VXLAN+SDN構(gòu)建的虛擬大二層網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)虛機(jī)跨網(wǎng)遷移、虛擬二層網(wǎng)絡(luò)彈性伸縮、多租戶安全隔離、業(yè)務(wù)靈活擴(kuò)展、流量智能調(diào)度等，能有效提高數(shù)據(jù)中心間的帶寬利用率，減小故障收斂時(shí)間，從而提升用戶體驗(yàn)。

2.2 電信運(yùn)營商

許多國內(nèi)外電信運(yùn)營商對SDN技術(shù)的研究非常積極，一些全球領(lǐng)先的電信運(yùn)營企業(yè)已經(jīng)走在了項(xiàng)目測試和試商用的道路上。

日本NTT是較早進(jìn)行SDN技術(shù)研究的運(yùn)營商之一，研發(fā)了一款虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器，用于多個(gè)數(shù)據(jù)中心的統(tǒng)一服務(wù)和按需配置，已部署到其位于歐洲、美國和日本的數(shù)據(jù)中心。NTT創(chuàng)新架構(gòu)中心經(jīng)理Tatsuo Mori在今年5月召開的全球SDN技術(shù)大會中提到他們正在嘗試虛擬化云數(shù)據(jù)中心內(nèi)和數(shù)據(jù)中心間的路由器和交換機(jī)，開發(fā)控制器來配置MPLS VPN和數(shù)據(jù)中心VLAN邊緣路由器，為企業(yè)客戶提供自動化、加速配置變更的服務(wù)。Tatsuo Mori還表示今后會將SDN技術(shù)擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)的所有層面。作為ONF董事會成員之一，NTT負(fù)責(zé)研發(fā)的開源控制器RYU可支持與OpenStack結(jié)合使用，這對于推動全球SDN的發(fā)展具有非常重大的意義。endprint

國內(nèi)三大運(yùn)營商中國移動、中國電信和中國聯(lián)通也開展了SDN的研究。中國移動已經(jīng)在國內(nèi)、北美兩地開展了2次大規(guī)模的測試，針對7個(gè)廠家的控制器、10個(gè)廠家的OpenFlow交換機(jī)搭建測試環(huán)境，進(jìn)行OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)、功能、性能、SDN應(yīng)用等測試，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品成熟度并聯(lián)合芯片廠家（盛科）研發(fā)了Super PTN芯片，成功演示了基于OpenFlow的SDN化PTN原型系統(tǒng)。

中國電信在SDN的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)和商用部署方面都做出了一些貢獻(xiàn)。在標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)方面，在ITU-T的SG13組的Y.FNsdn項(xiàng)目和Y.FNsdn-fm等項(xiàng)目中，中國電信主導(dǎo)就現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中引入SDN的需求和架構(gòu)進(jìn)行研究，在國內(nèi)牽頭完成了基于SDN的IP RAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用方面，北京電信與華為于今年4月合作完成了SDN的商用部署，將SDN技術(shù)成功應(yīng)用于IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)布了一系列基于SDN的IDC新業(yè)務(wù)。

中國聯(lián)通也基于“沃云”開展了小規(guī)模的SDN應(yīng)用試點(diǎn)工作，試點(diǎn)著重在功能驗(yàn)證、設(shè)備測試方面。

2.3 設(shè)備廠商

目前主流設(shè)備廠商都可以提供SDN交換機(jī)，部分IT廠家也已宣稱有SDN交換機(jī)產(chǎn)品和解決方案。Bigswitch等新興公司不僅推出了支持OpenFlow的交換機(jī)，還提供了運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)硬件（白牌交換機(jī)）上的開源軟件（Switch Light），用戶可以自行搭建和管理SDN虛擬交換機(jī)。

目前的OF交換機(jī)仍然主要使用ASIC芯片，通過ACL實(shí)現(xiàn)，但對OF協(xié)議的支持程度有限，主要表現(xiàn)在流表寬度受限、流表容量小、不支持某些字段的修改行動等。少數(shù)廠家推出了基于FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列，如NEC）或者NPU（網(wǎng)絡(luò)處理器，如華為）的OF交換機(jī)，但價(jià)格非常昂貴。ONF的FAWG（Forwarding Abstraction Work Group，轉(zhuǎn)發(fā)抽象工作組）提出了NDM/TTP方案，期望可以解決上述問題。由于需求量不足，芯片廠家在開發(fā)新的OF專用芯片上持觀望態(tài)度，作為折中方案，broadcom開發(fā)了一套工具支持對通用ASIC芯片進(jìn)行編程，使其支持OpenFlow協(xié)議。

控制器的發(fā)展相對比較迅速，NEC、華為、IBM、Bigswitch、華三、中興等多個(gè)廠家已發(fā)布了商用版本的控制器。Opendaylight、floodlight、ryu等控制器開源項(xiàng)目進(jìn)展較快，在一定程度上推動了商用控制器的發(fā)展。

但是，由于各廠商對SDN標(biāo)準(zhǔn)的不同理解，其控制器和交換機(jī)產(chǎn)品對SDN標(biāo)準(zhǔn)的支持程度也各不相同，可能會出現(xiàn)部分交換機(jī)只能和固定的控制器互通的現(xiàn)象。因此，需要促進(jìn)SDN協(xié)議的更新和完善，推動SDN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 SDN未來前景分析

3.1 SDN的價(jià)值

對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)而言，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)昂貴的專業(yè)設(shè)備被通用的SDN交換機(jī)和服務(wù)器所取代，能夠有效降低其組網(wǎng)成本?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對簡單，流量流向相對單一，不需要各種協(xié)議來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)功能，基于企業(yè)內(nèi)一流的IT團(tuán)隊(duì)及強(qiáng)大的開發(fā)力量能夠?qū)DN技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。因此互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)成為SDN應(yīng)用的先行者，并在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中取得了很好的效果。

電信運(yùn)營商期望能夠通過SDN技術(shù)，使用標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)多廠商設(shè)備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境集中高效控制。通過軟件應(yīng)用的開發(fā)實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速部署，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。同時(shí)SDN技術(shù)也為運(yùn)營商創(chuàng)新了商業(yè)模式，通過業(yè)務(wù)與流量的緊耦合為流量經(jīng)營提供了技術(shù)手段。

3.2 SDN發(fā)展趨勢分析

SDN是引領(lǐng)新一輪網(wǎng)絡(luò)變革的關(guān)鍵技術(shù)。全球權(quán)威咨詢公司Infonetics Research對SDN商用進(jìn)程做出了預(yù)判：2013年大量SDN PoC測試；2014年運(yùn)營商實(shí)驗(yàn)室技術(shù)成熟，某些領(lǐng)域開始試商用；2015年運(yùn)營商許多領(lǐng)域試商用，部分轉(zhuǎn)為商用部署；2016年SDN開始全球廣泛商用部署；2017年至2020年，SDN開始成為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，并將經(jīng)歷一個(gè)長期的演進(jìn)和轉(zhuǎn)型過程。

從近兩年SDN的發(fā)展情況來看，Infonetics的預(yù)判基本準(zhǔn)確。目前SDN的應(yīng)用嘗試和商用部署主要集中于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)配置周期長、管理復(fù)雜、業(yè)務(wù)遷移困難、業(yè)務(wù)質(zhì)量和可靠性難以保障等因素成為推動數(shù)據(jù)中心從傳統(tǒng)方式向SDN部署的動力。國內(nèi)運(yùn)營商的主流觀點(diǎn)是SDN技術(shù)將首選在小范圍、相對獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)應(yīng)用，如園區(qū)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)邊緣等。

3.3 運(yùn)營商全網(wǎng)部署的阻力

雖然國內(nèi)外運(yùn)營商都給予了SDN很大關(guān)注，但是要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)部署還有很多挑戰(zhàn)和難題。對運(yùn)營商而言，SDN的價(jià)值之一在于能否降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本、為其帶來額外的業(yè)務(wù)收入，而全網(wǎng)部署SDN需要大量更換現(xiàn)有路由器設(shè)備。因此如何實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)，保護(hù)現(xiàn)有資產(chǎn)是SDN在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模應(yīng)用需要解決的問題。

控制器是困擾運(yùn)營商的另外一個(gè)問題。在SDN網(wǎng)絡(luò)中，控制器在邏輯上是集中的，類似于核心網(wǎng)的網(wǎng)元，其重要性不言而喻。由于控制器和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的應(yīng)用本身是軟件，與通信設(shè)備非常高的標(biāo)準(zhǔn)化程度相比，它們是定制化的、無標(biāo)準(zhǔn)可遵循的，且需要迭代開發(fā)不斷更新。與互聯(lián)網(wǎng)公司強(qiáng)大的開發(fā)能力相比，運(yùn)營商長期依賴設(shè)備廠家的研發(fā)，開發(fā)技術(shù)能力較弱。因此運(yùn)營商有理由擔(dān)心在采用SDN技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)后會被控制器或應(yīng)用的開發(fā)廠家“綁架”，從而付出更高昂的成本。

4 商用的構(gòu)想

雖然已經(jīng)出現(xiàn)很多SDN在數(shù)據(jù)中心商用部署的案例，但尚無SDN在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中部署的成功經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)營商將來應(yīng)該采用何種方式組網(wǎng)，控制器應(yīng)該如何構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)SDN全網(wǎng)部署需要解決的難題。

基于OpenFlow的SDN技術(shù)進(jìn)一步延續(xù)和深化了控制轉(zhuǎn)發(fā)分離的架構(gòu)，OpenFlow交換機(jī)由控制器下發(fā)的流表控制，既可以按照傳統(tǒng)路由方式匹配轉(zhuǎn)發(fā)，也可以基于MAC、IP、TCP/UDP端口號、VLAN或MPLS匹配轉(zhuǎn)發(fā)并執(zhí)行多種指令，在控制器軟件的作用下可靈活實(shí)現(xiàn)各種功能，是較適合運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的一種SDN方式。在大規(guī)模部署的情況下，多個(gè)控制器如果采用對等分布，將會面臨控制器間如何協(xié)同工作、控制器應(yīng)用靈活性不足和開發(fā)部署困難的問題。因此采用一對核心控制器（一主一備）進(jìn)行全局邏輯控制，其余控制器作為前置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行底層功能控制的兩極系統(tǒng)架構(gòu)更為合理，如圖3所示。這種集中分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)有利于高層應(yīng)用的靈活開發(fā)和業(yè)務(wù)的快速部署，能夠降低系統(tǒng)整體性能擴(kuò)展的難度。

圖4為運(yùn)營商級基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)軟件控制運(yùn)營平臺功能框架。轉(zhuǎn)發(fā)層主要由OF交換機(jī)組成，負(fù)責(zé)訪問控制、傳統(tǒng)IP路由轉(zhuǎn)發(fā)、MPLS轉(zhuǎn)發(fā)、特定流轉(zhuǎn)發(fā)和NAT轉(zhuǎn)換等，通過OpenFlow協(xié)議與控制器建立連接，根據(jù)控制器下發(fā)的流表執(zhí)行相應(yīng)的行為。上層為控制層，主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制和業(yè)務(wù)控制，具備OpenFlow驅(qū)動、拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)和維護(hù)、收集流量數(shù)據(jù)等基本功能以及MME移動性管理、特定流網(wǎng)絡(luò)策略控制、匯聚流LSP拓?fù)淇刂茙捁芾?、流量工程、兼容傳統(tǒng)IP路由計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)功能，還能提供UDB統(tǒng)一鑒權(quán)、IMS通信控制、應(yīng)用匯聚、業(yè)務(wù)感知、應(yīng)用流感知、業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)、開放API等能力。

參考文獻(xiàn)：

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[5] 陳文華. 基于SDN技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與運(yùn)營探討[J]. 廣東通信技術(shù)， 2013（12）.endprint

國內(nèi)三大運(yùn)營商中國移動、中國電信和中國聯(lián)通也開展了SDN的研究。中國移動已經(jīng)在國內(nèi)、北美兩地開展了2次大規(guī)模的測試，針對7個(gè)廠家的控制器、10個(gè)廠家的OpenFlow交換機(jī)搭建測試環(huán)境，進(jìn)行OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)、功能、性能、SDN應(yīng)用等測試，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品成熟度并聯(lián)合芯片廠家（盛科）研發(fā)了Super PTN芯片，成功演示了基于OpenFlow的SDN化PTN原型系統(tǒng)。

中國電信在SDN的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)和商用部署方面都做出了一些貢獻(xiàn)。在標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)方面，在ITU-T的SG13組的Y.FNsdn項(xiàng)目和Y.FNsdn-fm等項(xiàng)目中，中國電信主導(dǎo)就現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中引入SDN的需求和架構(gòu)進(jìn)行研究，在國內(nèi)牽頭完成了基于SDN的IP RAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用方面，北京電信與華為于今年4月合作完成了SDN的商用部署，將SDN技術(shù)成功應(yīng)用于IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)布了一系列基于SDN的IDC新業(yè)務(wù)。

中國聯(lián)通也基于“沃云”開展了小規(guī)模的SDN應(yīng)用試點(diǎn)工作，試點(diǎn)著重在功能驗(yàn)證、設(shè)備測試方面。

2.3 設(shè)備廠商

目前主流設(shè)備廠商都可以提供SDN交換機(jī)，部分IT廠家也已宣稱有SDN交換機(jī)產(chǎn)品和解決方案。Bigswitch等新興公司不僅推出了支持OpenFlow的交換機(jī)，還提供了運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)硬件（白牌交換機(jī)）上的開源軟件（Switch Light），用戶可以自行搭建和管理SDN虛擬交換機(jī)。

目前的OF交換機(jī)仍然主要使用ASIC芯片，通過ACL實(shí)現(xiàn)，但對OF協(xié)議的支持程度有限，主要表現(xiàn)在流表寬度受限、流表容量小、不支持某些字段的修改行動等。少數(shù)廠家推出了基于FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列，如NEC）或者NPU（網(wǎng)絡(luò)處理器，如華為）的OF交換機(jī)，但價(jià)格非常昂貴。ONF的FAWG（Forwarding Abstraction Work Group，轉(zhuǎn)發(fā)抽象工作組）提出了NDM/TTP方案，期望可以解決上述問題。由于需求量不足，芯片廠家在開發(fā)新的OF專用芯片上持觀望態(tài)度，作為折中方案，broadcom開發(fā)了一套工具支持對通用ASIC芯片進(jìn)行編程，使其支持OpenFlow協(xié)議。

控制器的發(fā)展相對比較迅速，NEC、華為、IBM、Bigswitch、華三、中興等多個(gè)廠家已發(fā)布了商用版本的控制器。Opendaylight、floodlight、ryu等控制器開源項(xiàng)目進(jìn)展較快，在一定程度上推動了商用控制器的發(fā)展。

但是，由于各廠商對SDN標(biāo)準(zhǔn)的不同理解，其控制器和交換機(jī)產(chǎn)品對SDN標(biāo)準(zhǔn)的支持程度也各不相同，可能會出現(xiàn)部分交換機(jī)只能和固定的控制器互通的現(xiàn)象。因此，需要促進(jìn)SDN協(xié)議的更新和完善，推動SDN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 SDN未來前景分析

3.1 SDN的價(jià)值

對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)而言，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)昂貴的專業(yè)設(shè)備被通用的SDN交換機(jī)和服務(wù)器所取代，能夠有效降低其組網(wǎng)成本?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對簡單，流量流向相對單一，不需要各種協(xié)議來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)功能，基于企業(yè)內(nèi)一流的IT團(tuán)隊(duì)及強(qiáng)大的開發(fā)力量能夠?qū)DN技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。因此互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)成為SDN應(yīng)用的先行者，并在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中取得了很好的效果。

電信運(yùn)營商期望能夠通過SDN技術(shù)，使用標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)多廠商設(shè)備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境集中高效控制。通過軟件應(yīng)用的開發(fā)實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速部署，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。同時(shí)SDN技術(shù)也為運(yùn)營商創(chuàng)新了商業(yè)模式，通過業(yè)務(wù)與流量的緊耦合為流量經(jīng)營提供了技術(shù)手段。

3.2 SDN發(fā)展趨勢分析

SDN是引領(lǐng)新一輪網(wǎng)絡(luò)變革的關(guān)鍵技術(shù)。全球權(quán)威咨詢公司Infonetics Research對SDN商用進(jìn)程做出了預(yù)判：2013年大量SDN PoC測試；2014年運(yùn)營商實(shí)驗(yàn)室技術(shù)成熟，某些領(lǐng)域開始試商用；2015年運(yùn)營商許多領(lǐng)域試商用，部分轉(zhuǎn)為商用部署；2016年SDN開始全球廣泛商用部署；2017年至2020年，SDN開始成為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，并將經(jīng)歷一個(gè)長期的演進(jìn)和轉(zhuǎn)型過程。

從近兩年SDN的發(fā)展情況來看，Infonetics的預(yù)判基本準(zhǔn)確。目前SDN的應(yīng)用嘗試和商用部署主要集中于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)配置周期長、管理復(fù)雜、業(yè)務(wù)遷移困難、業(yè)務(wù)質(zhì)量和可靠性難以保障等因素成為推動數(shù)據(jù)中心從傳統(tǒng)方式向SDN部署的動力。國內(nèi)運(yùn)營商的主流觀點(diǎn)是SDN技術(shù)將首選在小范圍、相對獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)應(yīng)用，如園區(qū)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)邊緣等。

3.3 運(yùn)營商全網(wǎng)部署的阻力

雖然國內(nèi)外運(yùn)營商都給予了SDN很大關(guān)注，但是要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)部署還有很多挑戰(zhàn)和難題。對運(yùn)營商而言，SDN的價(jià)值之一在于能否降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本、為其帶來額外的業(yè)務(wù)收入，而全網(wǎng)部署SDN需要大量更換現(xiàn)有路由器設(shè)備。因此如何實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)，保護(hù)現(xiàn)有資產(chǎn)是SDN在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模應(yīng)用需要解決的問題。

控制器是困擾運(yùn)營商的另外一個(gè)問題。在SDN網(wǎng)絡(luò)中，控制器在邏輯上是集中的，類似于核心網(wǎng)的網(wǎng)元，其重要性不言而喻。由于控制器和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的應(yīng)用本身是軟件，與通信設(shè)備非常高的標(biāo)準(zhǔn)化程度相比，它們是定制化的、無標(biāo)準(zhǔn)可遵循的，且需要迭代開發(fā)不斷更新。與互聯(lián)網(wǎng)公司強(qiáng)大的開發(fā)能力相比，運(yùn)營商長期依賴設(shè)備廠家的研發(fā)，開發(fā)技術(shù)能力較弱。因此運(yùn)營商有理由擔(dān)心在采用SDN技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)后會被控制器或應(yīng)用的開發(fā)廠家“綁架”，從而付出更高昂的成本。

4 商用的構(gòu)想

雖然已經(jīng)出現(xiàn)很多SDN在數(shù)據(jù)中心商用部署的案例，但尚無SDN在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中部署的成功經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)營商將來應(yīng)該采用何種方式組網(wǎng)，控制器應(yīng)該如何構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)SDN全網(wǎng)部署需要解決的難題。

基于OpenFlow的SDN技術(shù)進(jìn)一步延續(xù)和深化了控制轉(zhuǎn)發(fā)分離的架構(gòu)，OpenFlow交換機(jī)由控制器下發(fā)的流表控制，既可以按照傳統(tǒng)路由方式匹配轉(zhuǎn)發(fā)，也可以基于MAC、IP、TCP/UDP端口號、VLAN或MPLS匹配轉(zhuǎn)發(fā)并執(zhí)行多種指令，在控制器軟件的作用下可靈活實(shí)現(xiàn)各種功能，是較適合運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的一種SDN方式。在大規(guī)模部署的情況下，多個(gè)控制器如果采用對等分布，將會面臨控制器間如何協(xié)同工作、控制器應(yīng)用靈活性不足和開發(fā)部署困難的問題。因此采用一對核心控制器（一主一備）進(jìn)行全局邏輯控制，其余控制器作為前置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行底層功能控制的兩極系統(tǒng)架構(gòu)更為合理，如圖3所示。這種集中分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)有利于高層應(yīng)用的靈活開發(fā)和業(yè)務(wù)的快速部署，能夠降低系統(tǒng)整體性能擴(kuò)展的難度。

圖4為運(yùn)營商級基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)軟件控制運(yùn)營平臺功能框架。轉(zhuǎn)發(fā)層主要由OF交換機(jī)組成，負(fù)責(zé)訪問控制、傳統(tǒng)IP路由轉(zhuǎn)發(fā)、MPLS轉(zhuǎn)發(fā)、特定流轉(zhuǎn)發(fā)和NAT轉(zhuǎn)換等，通過OpenFlow協(xié)議與控制器建立連接，根據(jù)控制器下發(fā)的流表執(zhí)行相應(yīng)的行為。上層為控制層，主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制和業(yè)務(wù)控制，具備OpenFlow驅(qū)動、拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)和維護(hù)、收集流量數(shù)據(jù)等基本功能以及MME移動性管理、特定流網(wǎng)絡(luò)策略控制、匯聚流LSP拓?fù)淇刂茙捁芾?、流量工程、兼容傳統(tǒng)IP路由計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)功能，還能提供UDB統(tǒng)一鑒權(quán)、IMS通信控制、應(yīng)用匯聚、業(yè)務(wù)感知、應(yīng)用流感知、業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)、開放API等能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] ONF White Paper. Software-Defined Networking： The New Norm for Networks[S]. 2012.

[2] ONF. OpenFlow Switch Specification Version 1.3.1[S]. 2012.

[3] 孟娟. 谷歌SDN部署經(jīng)驗(yàn)：如何漸進(jìn)部署到現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心[EB/OL]. （2013-10-17）. http：//network.51cto.com/art/201310/413394.htm.

[4] SDN聯(lián)合播報(bào). SDN商用進(jìn)程的一些思考[EB/OL]. （2014-07-15）. http：//www.sdnap.com/sdn-study/4677.html.

[5] 陳文華. 基于SDN技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與運(yùn)營探討[J]. 廣東通信技術(shù)， 2013（12）.endprint

國內(nèi)三大運(yùn)營商中國移動、中國電信和中國聯(lián)通也開展了SDN的研究。中國移動已經(jīng)在國內(nèi)、北美兩地開展了2次大規(guī)模的測試，針對7個(gè)廠家的控制器、10個(gè)廠家的OpenFlow交換機(jī)搭建測試環(huán)境，進(jìn)行OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)、功能、性能、SDN應(yīng)用等測試，驗(yàn)證標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品成熟度并聯(lián)合芯片廠家（盛科）研發(fā)了Super PTN芯片，成功演示了基于OpenFlow的SDN化PTN原型系統(tǒng)。

中國電信在SDN的標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)和商用部署方面都做出了一些貢獻(xiàn)。在標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)方面，在ITU-T的SG13組的Y.FNsdn項(xiàng)目和Y.FNsdn-fm等項(xiàng)目中，中國電信主導(dǎo)就現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中引入SDN的需求和架構(gòu)進(jìn)行研究，在國內(nèi)牽頭完成了基于SDN的IP RAN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在應(yīng)用方面，北京電信與華為于今年4月合作完成了SDN的商用部署，將SDN技術(shù)成功應(yīng)用于IDC（互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心）網(wǎng)絡(luò)，并發(fā)布了一系列基于SDN的IDC新業(yè)務(wù)。

中國聯(lián)通也基于“沃云”開展了小規(guī)模的SDN應(yīng)用試點(diǎn)工作，試點(diǎn)著重在功能驗(yàn)證、設(shè)備測試方面。

2.3 設(shè)備廠商

目前主流設(shè)備廠商都可以提供SDN交換機(jī)，部分IT廠家也已宣稱有SDN交換機(jī)產(chǎn)品和解決方案。Bigswitch等新興公司不僅推出了支持OpenFlow的交換機(jī)，還提供了運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)硬件（白牌交換機(jī)）上的開源軟件（Switch Light），用戶可以自行搭建和管理SDN虛擬交換機(jī)。

目前的OF交換機(jī)仍然主要使用ASIC芯片，通過ACL實(shí)現(xiàn)，但對OF協(xié)議的支持程度有限，主要表現(xiàn)在流表寬度受限、流表容量小、不支持某些字段的修改行動等。少數(shù)廠家推出了基于FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列，如NEC）或者NPU（網(wǎng)絡(luò)處理器，如華為）的OF交換機(jī)，但價(jià)格非常昂貴。ONF的FAWG（Forwarding Abstraction Work Group，轉(zhuǎn)發(fā)抽象工作組）提出了NDM/TTP方案，期望可以解決上述問題。由于需求量不足，芯片廠家在開發(fā)新的OF專用芯片上持觀望態(tài)度，作為折中方案，broadcom開發(fā)了一套工具支持對通用ASIC芯片進(jìn)行編程，使其支持OpenFlow協(xié)議。

控制器的發(fā)展相對比較迅速，NEC、華為、IBM、Bigswitch、華三、中興等多個(gè)廠家已發(fā)布了商用版本的控制器。Opendaylight、floodlight、ryu等控制器開源項(xiàng)目進(jìn)展較快，在一定程度上推動了商用控制器的發(fā)展。

但是，由于各廠商對SDN標(biāo)準(zhǔn)的不同理解，其控制器和交換機(jī)產(chǎn)品對SDN標(biāo)準(zhǔn)的支持程度也各不相同，可能會出現(xiàn)部分交換機(jī)只能和固定的控制器互通的現(xiàn)象。因此，需要促進(jìn)SDN協(xié)議的更新和完善，推動SDN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 SDN未來前景分析

3.1 SDN的價(jià)值

對互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)而言，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)昂貴的專業(yè)設(shè)備被通用的SDN交換機(jī)和服務(wù)器所取代，能夠有效降低其組網(wǎng)成本?；ヂ?lián)網(wǎng)企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相對簡單，流量流向相對單一，不需要各種協(xié)議來實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)功能，基于企業(yè)內(nèi)一流的IT團(tuán)隊(duì)及強(qiáng)大的開發(fā)力量能夠?qū)DN技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。因此互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)成為SDN應(yīng)用的先行者，并在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中取得了很好的效果。

電信運(yùn)營商期望能夠通過SDN技術(shù)，使用標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備以降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本，實(shí)現(xiàn)多廠商設(shè)備網(wǎng)絡(luò)環(huán)境集中高效控制。通過軟件應(yīng)用的開發(fā)實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速部署，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)創(chuàng)新。同時(shí)SDN技術(shù)也為運(yùn)營商創(chuàng)新了商業(yè)模式，通過業(yè)務(wù)與流量的緊耦合為流量經(jīng)營提供了技術(shù)手段。

3.2 SDN發(fā)展趨勢分析

SDN是引領(lǐng)新一輪網(wǎng)絡(luò)變革的關(guān)鍵技術(shù)。全球權(quán)威咨詢公司Infonetics Research對SDN商用進(jìn)程做出了預(yù)判：2013年大量SDN PoC測試；2014年運(yùn)營商實(shí)驗(yàn)室技術(shù)成熟，某些領(lǐng)域開始試商用；2015年運(yùn)營商許多領(lǐng)域試商用，部分轉(zhuǎn)為商用部署；2016年SDN開始全球廣泛商用部署；2017年至2020年，SDN開始成為網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)，并將經(jīng)歷一個(gè)長期的演進(jìn)和轉(zhuǎn)型過程。

從近兩年SDN的發(fā)展情況來看，Infonetics的預(yù)判基本準(zhǔn)確。目前SDN的應(yīng)用嘗試和商用部署主要集中于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域。網(wǎng)絡(luò)配置周期長、管理復(fù)雜、業(yè)務(wù)遷移困難、業(yè)務(wù)質(zhì)量和可靠性難以保障等因素成為推動數(shù)據(jù)中心從傳統(tǒng)方式向SDN部署的動力。國內(nèi)運(yùn)營商的主流觀點(diǎn)是SDN技術(shù)將首選在小范圍、相對獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)應(yīng)用，如園區(qū)網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)邊緣等。

3.3 運(yùn)營商全網(wǎng)部署的阻力

雖然國內(nèi)外運(yùn)營商都給予了SDN很大關(guān)注，但是要實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)部署還有很多挑戰(zhàn)和難題。對運(yùn)營商而言，SDN的價(jià)值之一在于能否降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本、為其帶來額外的業(yè)務(wù)收入，而全網(wǎng)部署SDN需要大量更換現(xiàn)有路由器設(shè)備。因此如何實(shí)現(xiàn)平滑演進(jìn)，保護(hù)現(xiàn)有資產(chǎn)是SDN在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模應(yīng)用需要解決的問題。

控制器是困擾運(yùn)營商的另外一個(gè)問題。在SDN網(wǎng)絡(luò)中，控制器在邏輯上是集中的，類似于核心網(wǎng)的網(wǎng)元，其重要性不言而喻。由于控制器和實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的應(yīng)用本身是軟件，與通信設(shè)備非常高的標(biāo)準(zhǔn)化程度相比，它們是定制化的、無標(biāo)準(zhǔn)可遵循的，且需要迭代開發(fā)不斷更新。與互聯(lián)網(wǎng)公司強(qiáng)大的開發(fā)能力相比，運(yùn)營商長期依賴設(shè)備廠家的研發(fā)，開發(fā)技術(shù)能力較弱。因此運(yùn)營商有理由擔(dān)心在采用SDN技術(shù)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)后會被控制器或應(yīng)用的開發(fā)廠家“綁架”，從而付出更高昂的成本。

4 商用的構(gòu)想

雖然已經(jīng)出現(xiàn)很多SDN在數(shù)據(jù)中心商用部署的案例，但尚無SDN在大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)中部署的成功經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)營商將來應(yīng)該采用何種方式組網(wǎng)，控制器應(yīng)該如何構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)SDN全網(wǎng)部署需要解決的難題。

基于OpenFlow的SDN技術(shù)進(jìn)一步延續(xù)和深化了控制轉(zhuǎn)發(fā)分離的架構(gòu)，OpenFlow交換機(jī)由控制器下發(fā)的流表控制，既可以按照傳統(tǒng)路由方式匹配轉(zhuǎn)發(fā)，也可以基于MAC、IP、TCP/UDP端口號、VLAN或MPLS匹配轉(zhuǎn)發(fā)并執(zhí)行多種指令，在控制器軟件的作用下可靈活實(shí)現(xiàn)各種功能，是較適合運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的一種SDN方式。在大規(guī)模部署的情況下，多個(gè)控制器如果采用對等分布，將會面臨控制器間如何協(xié)同工作、控制器應(yīng)用靈活性不足和開發(fā)部署困難的問題。因此采用一對核心控制器（一主一備）進(jìn)行全局邏輯控制，其余控制器作為前置節(jié)點(diǎn)進(jìn)行底層功能控制的兩極系統(tǒng)架構(gòu)更為合理，如圖3所示。這種集中分布式網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)有利于高層應(yīng)用的靈活開發(fā)和業(yè)務(wù)的快速部署，能夠降低系統(tǒng)整體性能擴(kuò)展的難度。

圖4為運(yùn)營商級基于OpenFlow的SDN網(wǎng)絡(luò)軟件控制運(yùn)營平臺功能框架。轉(zhuǎn)發(fā)層主要由OF交換機(jī)組成，負(fù)責(zé)訪問控制、傳統(tǒng)IP路由轉(zhuǎn)發(fā)、MPLS轉(zhuǎn)發(fā)、特定流轉(zhuǎn)發(fā)和NAT轉(zhuǎn)換等，通過OpenFlow協(xié)議與控制器建立連接，根據(jù)控制器下發(fā)的流表執(zhí)行相應(yīng)的行為。上層為控制層，主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制和業(yè)務(wù)控制，具備OpenFlow驅(qū)動、拓?fù)渥詣影l(fā)現(xiàn)和維護(hù)、收集流量數(shù)據(jù)等基本功能以及MME移動性管理、特定流網(wǎng)絡(luò)策略控制、匯聚流LSP拓?fù)淇刂茙捁芾怼⒘髁抗こ?、兼容傳統(tǒng)IP路由計(jì)算等網(wǎng)絡(luò)功能，還能提供UDB統(tǒng)一鑒權(quán)、IMS通信控制、應(yīng)用匯聚、業(yè)務(wù)感知、應(yīng)用流感知、業(yè)務(wù)計(jì)費(fèi)、開放API等能力。

參考文獻(xiàn)：

[1] ONF White Paper. Software-Defined Networking： The New Norm for Networks[S]. 2012.

[2] ONF. OpenFlow Switch Specification Version 1.3.1[S]. 2012.

[3] 孟娟. 谷歌SDN部署經(jīng)驗(yàn)：如何漸進(jìn)部署到現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心[EB/OL]. （2013-10-17）. http：//network.51cto.com/art/201310/413394.htm.

[4] SDN聯(lián)合播報(bào). SDN商用進(jìn)程的一些思考[EB/OL]. （2014-07-15）. http：//www.sdnap.com/sdn-study/4677.html.

[5] 陳文華. 基于SDN技術(shù)的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展與運(yùn)營探討[J]. 廣東通信技術(shù)， 2013（12）.endprint