SDN的架構(gòu)與特征分析

殷 杰

（大慶油田信息技術(shù)公司規(guī)劃設(shè)計(jì)所，黑龍江大慶 163000）

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，Software Defined Network），是Emulex網(wǎng)絡(luò)一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實(shí)現(xiàn)方式，SDN網(wǎng)絡(luò)的深入應(yīng)用，對(duì)于實(shí)現(xiàn)面向網(wǎng)絡(luò)流量的深入靈活控制，構(gòu)建起更為智能化的通信傳輸通路而言都有一定的積極作用。

1 SDN網(wǎng)絡(luò)的概念與架構(gòu)

2006年斯坦福大學(xué)的Clean Slate在其研究項(xiàng)目中提出了Ethane架構(gòu)，這一架構(gòu)的提出，當(dāng)時(shí)主要是希望能夠建立起一個(gè)能夠?qū)π录夹g(shù)、新應(yīng)用保持良好開(kāi)放狀態(tài)的體系，這被認(rèn)為是SDN概念的原拓。而一直到2009年，Mckeown教授才正式提出了SDN的概念，即在分層思想的基礎(chǔ)之上，將網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的數(shù)據(jù)與控制相分離，從而實(shí)現(xiàn)在SDN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中有效降低設(shè)備負(fù)載，并且?guī)椭\(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)面向基礎(chǔ)設(shè)施的更好控制，降低整體運(yùn)營(yíng)成本。

在SDN體系中，具體而言就是將具有邏輯中心化和可編程的控制器，可掌握全局網(wǎng)絡(luò)信息，以及方便運(yùn)營(yíng)商和科研人員管理配置網(wǎng)絡(luò)和部署新協(xié)議等全部聚集在控制層環(huán)境中；而在數(shù)據(jù)層，則是包括專(zhuān)門(mén)用于轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)的啞交換構(gòu)成，用于適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中日益增長(zhǎng)的流量需求。具體結(jié)構(gòu)參見(jiàn)圖1。

在圖1中，整個(gè)SDN網(wǎng)絡(luò)自上而下分為三個(gè)平面，即應(yīng)用平面、控制平面以及數(shù)據(jù)平面。其中應(yīng)用層包括多種不同的面向業(yè)務(wù)的應(yīng)用，用于實(shí)現(xiàn)管理和控制網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)用轉(zhuǎn)發(fā)以及處理策略。而控制層，則主要用于處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)職能，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹顟B(tài)信息的匯總和維護(hù)等相關(guān)功能的支持，以及面向應(yīng)用層面的相關(guān)組件實(shí)現(xiàn)對(duì)于轉(zhuǎn)發(fā)資源的調(diào)用和合理安排。最后，對(duì)于數(shù)據(jù)平面而言，也會(huì)被稱(chēng)作為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層或者基礎(chǔ)設(shè)施層，主要實(shí)現(xiàn)基于業(yè)務(wù)的流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集。整個(gè)SDN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的三個(gè)層面，通過(guò)管理系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制，不同層面遵從不同的協(xié)議并且實(shí)現(xiàn)不同的控制方式和功能。

2 SDN對(duì)于當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用影響

從根本上看，SDN技術(shù)從誕生開(kāi)始，并不是直接面向通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行效率提升目標(biāo)的，而主要是通過(guò)分離控制與轉(zhuǎn)發(fā)面，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于應(yīng)用可編程的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的支持，并且加強(qiáng)應(yīng)用本身對(duì)于網(wǎng)絡(luò)資源使用狀況的掌控力度。因此當(dāng)SDN技術(shù)應(yīng)用于當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的時(shí)候，必然會(huì)產(chǎn)生一定的影響。進(jìn)一步考慮到其設(shè)計(jì)目標(biāo)與應(yīng)用目標(biāo)本身的不一致，相應(yīng)的影響力必然呈現(xiàn)出正反兩個(gè)方面的特征。

圖1 SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

首先，從SDN應(yīng)用的正面影響角度考慮，SDN技術(shù)以及OpenFlow的引入，直接實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中軟硬件的分離進(jìn)程，對(duì)于打破網(wǎng)絡(luò)設(shè)備產(chǎn)品本身僵化的邏輯垂直分布狀態(tài)有著一定的價(jià)值。同時(shí)，在SDN體系中，控制層面對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)了集中虛擬，這對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行以及維護(hù)工作的簡(jiǎn)化都有一定的幫助作用，從成本角度看，運(yùn)維工作支出得到了大大縮減，并且便于實(shí)現(xiàn)代運(yùn)營(yíng)維護(hù)，方便與應(yīng)用實(shí)現(xiàn)協(xié)同工作。進(jìn)一步深入控制層展開(kāi)分析，可以發(fā)現(xiàn)控制層軟件本身的開(kāi)源特征，為客戶在軟件需求層面的定制成為可能，同時(shí)開(kāi)源本身也加強(qiáng)了整體網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的安全特征與水平，調(diào)動(dòng)了整個(gè)領(lǐng)域中相關(guān)頭腦的再開(kāi)發(fā)能力，從而加速整體環(huán)境進(jìn)步。這種狀態(tài)對(duì)于加速業(yè)務(wù)創(chuàng)新，縮短新業(yè)務(wù)的部署實(shí)施周期，以及提升市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的方面均大有裨益，不容忽視。如果將視線提升，從產(chǎn)業(yè)鏈的角度，就可以發(fā)現(xiàn)這種開(kāi)放特征網(wǎng)絡(luò)能夠便于實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境各種資源的聚集，對(duì)于優(yōu)化總體設(shè)備成本以及網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)成本都會(huì)有一定的幫助。

而從SDN應(yīng)用表現(xiàn)的不足之處看，以谷歌為首的諸多應(yīng)用提供商成功部署SDN的案例用于其數(shù)據(jù)中心互聯(lián)，其本質(zhì)上是一種OTT流量的承載。這種應(yīng)用狀況證明了SDN可以便利上層應(yīng)用提供商的網(wǎng)絡(luò)組織和調(diào)度，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)于運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)依賴(lài)程度的控制和降低，與之對(duì)應(yīng)地，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的管道化趨勢(shì)會(huì)隨著這種技術(shù)特征而日漸突出。另一個(gè)方面，控制層作為整個(gè)SDN網(wǎng)絡(luò)的核心部分，本身關(guān)系到整體SDN網(wǎng)絡(luò)能否展開(kāi)有效和穩(wěn)定的工作。而這種集中式的控制方式，雖然加強(qiáng)了對(duì)于SDN網(wǎng)絡(luò)的整體協(xié)調(diào)和資源優(yōu)化力度，但是同時(shí)也會(huì)使得其安全可靠性成為需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。這種需求從客觀上要求SDN的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)NOS必須有著更強(qiáng)的控制能力，需要運(yùn)營(yíng)商增加對(duì)控制層面的把握力度。

3 結(jié)論

SDN是當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域最熱門(mén)和最具發(fā)展前途的技術(shù)之一，具有極強(qiáng)的生命力，其具有諸多傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，諸如數(shù)據(jù)控制解耦合使應(yīng)用升級(jí)與設(shè)備更新?lián)Q代相互獨(dú)立，以及抽象簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)模型等，都從客觀上實(shí)現(xiàn)了對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的更為靈活控制。在實(shí)際工作中，唯有不斷深入研究其工作特征和應(yīng)用中體現(xiàn)的不足，才能有的放矢對(duì)其發(fā)展加以優(yōu)化，使其成為引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)未來(lái)的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。

[1]Software-Defined Networking: The New Norm for Networks.ONFWhitePaper.4, 2012.

[2]OpenFlow-Enabled Cloud Backbone Networks Create Global Provider Data Centers. ONF Solution Brief.11,2012.