SDN架构与解析：深度开放与融合

长期以来，网络技术总是以被动方式进行演变，并且大量的技术革新都落地在网络设备本身，如带宽不断提升，从千兆到万兆、再到40G和100G;设备 体系架构变化，也是为了性能地不断提升，从交换能力几十Gbps提升到T级别以致100T级别;组网变化，网络设备的N:1集群性质的虚拟化，在一定范围 内和一定规模上优化了网络架构，简化了网络设计;大二层网络技术，通过消除环路因素，支持了虚拟化条件下的虚机大范围二层扩散性计算。

新的技术商用，总会引起设备的升级换代，并且随着流量的巨大变化，网络的部署与变更技术上越来越复杂，网络在应对流量变化上很难有良好的预期性，在当前方式下，一旦完成业务部署，服务器通过网线连入网络，应用流量吞吐对网络的影响就难以控制、网络的调整也就变得相当滞后。

软件定义网络——SDN(Software Defined Network)的出现和理念演进，开始改变网络被动性的现状，使网络具备较大灵活程度的“定义”能力;这种可定义性，是网络主动“处理”流量而不仅仅是 被动“承载”流量，并使得网络与计算之间的关系不仅仅是“对接”，而是“交互”。

SDN的思想集中体现在控制面与实体数据转发层面之间分离，这对网络交换机的工作方式产生了深远的影响。高端用户原本就不满足于使用网络预先设定好 的功能，而是希望在自己的业务功能不断丰富变化的过程中，能够按照自身需求快速进行调整。而在控制层面分离出来后，或者说控制层面可以开放出来，更能实现 虚拟化的灵活性，使得用户能够进行程序编制，那么基于应用与流量变化的快速响应，便不需要完全依赖于设备供应商的长周期软硬件升级来完成。

SDN的思想是将更多的控制权交给网络使用者，除了设计部署、配置变更，还可以进行网络软件的重构，使得新的技术验证可以先于商业化。这种网络能够以抽象化的方式解决网络的复杂性问题，解除了用户收支网络功能和特性的紧约束，能够在更高层面研究和满足项业务需求。

1 当前主流SDN的概念探讨

最经典的SDN架构描述是来自ONF(Open Network Foundation)的SDN体系架构图(如图1所示)。

图1 SDN体系架构

图1表达了SDN的分层解耦合概念，包括通用的基础硬件层、硬件抽象层、网络操作系统、上层应用。其中基础硬件与硬件抽象两层组成物理网络设备，也 就是SDN架构中的数据转发层面;网络操作系统与上层应用组成了控制层面。数据转发层面与控制层面之间以一种标准化的交互协议来解耦合，此协议当前为 OpenFlow。这种去耦合的架构，表明网络操作系统及网络应用(如路由控制协议等)不必运行在物理设备上，而可以运行在外部系统(如X86架构的服务 器)内，从而实现网络控制的灵活可编程性。

除了解耦合控制层面与数据转发层面，SDN还引入了集中控制的概念(如图2所示)。对于传统的设备，因为不同的硬件、供应商私有的软件，使得网络本 身相对封闭，只能通过标准的互通协议与计算设备配合运行。网络中所有设备的自身系统都是相对孤立和分散的，网络控制分布在所有设备中，网络变更复杂、工作 量大，并且因为设备异构，管理上兼容性很差，不同设备的功能与配置差异极大;同时网络功能的修改或演进，会涉及到全网的升级与更新。而在SDN的开放架构 下，一定范围内的网络(或称SDN域)，由集中统一的控制逻辑单元来实施管理，由此解决了网络中大量设备分散独立运行管理的问题，使得网络的设计、部署、 运维、管理在一个控制点完成，而底层网络差异性也因为解耦合的架构得到了消除。集中控制在网络中引入了SDN区别于传统网络架构的角色——SDN Controller，也就是运行SDN网络操作系统并控制所有网络节点的控制单元。SDN能够提供网络应用的接口，在此基础上按照业务需求进行软件设计 与编程，并且是在SDN Controller上加载，从而使得全网迅速升级新的网络功能，而不必再对每个网元节点进行独立操作。

图2 封闭式网络与开放网络

分层解耦合架构中采用了OpenFlow的协议来分离网络的控制与转发层，图3是来自斯坦福的一张图表明OpenFlow的解耦模型。

图3 OpenFlow协议工作模式