一、SDN簡介——控制與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

　　SDN， 即軟件定義網(wǎng)絡(luò) ，意為用軟件來調(diào)度和管理網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中，對流量的控制和轉(zhuǎn)發(fā)都依賴于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)，且設(shè)備中集成了與業(yè)務(wù)特性緊耦合的操作系統(tǒng)和專用硬件，這些操作系統(tǒng)和專用硬件都是各個廠家自己開發(fā)和設(shè)計的，因而存在通用性問題。SDN 是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它的設(shè)計理念是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進行分離，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只負責(zé)單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，因而可以采用通用的硬件；而原來負責(zé)控制的操作系統(tǒng)將提煉為獨立的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，而且網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)和業(yè)務(wù)特性以及硬件設(shè)備之間的通信都可以通過編程實現(xiàn)。簡而言之，和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比，SDN 在結(jié)構(gòu)及邏輯層面具備非常明顯的差異化特征，進而帶來了無可比擬的優(yōu)勢：

　　1） 在結(jié)構(gòu)層面， 控制與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離 。硬件設(shè)備僅負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)的具體方式以及業(yè)務(wù)邏輯交由控制平面上的控制應(yīng)用控制。在降低網(wǎng)絡(luò)部署成本的同時又提升了網(wǎng)絡(luò)的部署效率。

　　2 ） 在邏輯層面， 邏輯上集中的控制平面可以控制整個 網(wǎng)絡(luò)。通過編程即可實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)全局的優(yōu)化控制。這樣不僅使得網(wǎng)絡(luò)的控制更加簡單、便于管理，同時還可以提升網(wǎng)絡(luò)的使用效率。此外，得益于統(tǒng)一的控制，SDN 可以對網(wǎng)絡(luò)中的攻擊實施定向處理，將被攻擊的設(shè)備實施快速隔離，防止網(wǎng)絡(luò)攻擊的擴散，安全性亦有提高。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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SDN 網(wǎng)絡(luò) 架構(gòu)

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　　SDN的架構(gòu)自上而下可以分為五個部分：應(yīng)用層、北向接口、控制層、南向接口、 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層 。和傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，SDN 網(wǎng)絡(luò)增加了控制層以及南向接口。

　　應(yīng)用層 ：應(yīng)用層通過控制層提供的編程接口對底層設(shè)備進行編程，開發(fā)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，實現(xiàn)豐富多彩的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。該層類似人類的各種創(chuàng)新想法，大腦在其驅(qū)動下對四肢進行指揮。

　　北向接口 ：連接應(yīng)用層與控制層的接口，使得各項 SDN 應(yīng)用能夠便捷的調(diào)用底層的網(wǎng)絡(luò)資源。

　　控制層：是整個 SDN 網(wǎng)絡(luò)的核心，集中管理網(wǎng)絡(luò)中的所有設(shè)備。該層類似人類的大腦，負責(zé)對人體的總體控制。

　　南向接口：連接控制層與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的接口，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀態(tài)、數(shù)據(jù)流量轉(zhuǎn)發(fā)的管控。

　　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層 ：即硬件設(shè)備層，專注于數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及各項業(yè)務(wù)的物理轉(zhuǎn)發(fā)。該層類似人體的四肢，在大腦的控制下開展各項活動。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與 SDN 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的對比

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　　二、SDN的應(yīng)用—— 解決網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中的核心痛點

　　SDN的應(yīng)用場景與其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)優(yōu)勢息息相關(guān) ，數(shù)據(jù)中心和運營商網(wǎng)絡(luò)是最主要的應(yīng)用場景 ：由于 SDN 網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)平面和控制平面分離，控制邏輯集中，使得 SDN 網(wǎng)絡(luò)具備通用化、簡單化、全局優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)虛擬化、網(wǎng)絡(luò)能力開放化等諸多優(yōu)勢。因此，只要是對上述優(yōu)勢有需求的場景都是 SDN 的潛在應(yīng)用場景。考慮到網(wǎng)絡(luò)中的主要參與實體，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心互聯(lián)以及運營商網(wǎng)絡(luò)是 SDN 最主要的應(yīng)用場景。

　　SDN典型應(yīng)用場景一：突破數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的瓶頸 。在數(shù)據(jù)流量爆發(fā)增長以及數(shù)據(jù)向云端轉(zhuǎn)移趨勢的影響下，全球數(shù)據(jù)中心市場規(guī)模呈快速增長的態(tài)勢，據(jù)預(yù)測，未來三年國內(nèi)數(shù)據(jù)中心的市場規(guī)模將繼續(xù)保持接近 40%的年均增速，2018 年將接近 1400 億元。而在整體市場規(guī)模快速擴張的同時，IDC 單站點規(guī)模也在急劇增長，在此過程中也產(chǎn)生了一些制約 IDC 發(fā)展的瓶頸：

　　1 ） 架構(gòu)瓶頸：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部各業(yè)務(wù)之間相互獨立占用資源，數(shù)據(jù)中心內(nèi)部流量基本以南北向為主，各業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)采用物理方式隔離，自成一體、無法復(fù)用。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)只能縱向替換，無法橫向拓展。

　　2 ）效率瓶頸：傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心為了滿足峰值時刻的流量需求，往往設(shè)計了大量的冗余資源，導(dǎo)致大部分時間點的效率過低。為了解決資源利用率低的問題，產(chǎn)生了虛擬化技術(shù)。數(shù)據(jù)中心的資源構(gòu)成非常簡單，可分為計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源三類。計算資源和存儲資源均已實現(xiàn)了虛擬化，唯有尚未實現(xiàn)虛擬化的網(wǎng)絡(luò)資源成為了制約數(shù)據(jù)中心效率提升的瓶頸。

傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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SDN 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

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　　SDN數(shù)據(jù)中心可實現(xiàn)對計算、存儲及網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。SDN 數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)主要含有三大組件：SDN控制器，VM 管理器以及 DC 管理器。其中，SDN 控制器主要用于實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括駐留在服務(wù)器的 vSwitch）的集中管理和控制；VM 管理器主要用于實現(xiàn) VM 的管理，包括 VM 的創(chuàng)建、部署和遷移等；DC 管理器主要用于實現(xiàn)整體的協(xié)同和控制，完成 VM 管理器與 SDN 控制器的協(xié)同，實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心三大資源的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。由于 SDN 實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化和流量可編程，因此可以很靈活的在固定物理網(wǎng)絡(luò)上構(gòu)建多張相互獨立的業(yè)務(wù)承載網(wǎng)，極大地提升了網(wǎng)絡(luò)的可拓展性和資源的利用效率，滿足未來數(shù)據(jù)中心對支撐海量用戶、多業(yè)務(wù)、靈活組網(wǎng)等迫切需求。

　　SDN典型應(yīng)用場景二 ： 優(yōu)化數(shù)據(jù)中心間的互聯(lián)效率與網(wǎng)絡(luò)管理能力 。數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)同樣為數(shù)據(jù)中心互聯(lián)帶來了困擾，主要體現(xiàn)在兩個方面：

　　1 ）鏈路利用效率不佳。數(shù)據(jù)中心在同步、備份流量時，大部分情況下帶寬利用率都很低（低于 50%），造成了網(wǎng)絡(luò)帶寬資源的浪費；而在帶寬資源有限的情況下，又會難以滿足部分業(yè)務(wù)臨時性的大容量傳輸需求。

　　2） 網(wǎng)絡(luò)管理能力滯后。隨著網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增加，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)管理方式已不能適應(yīng)未來的網(wǎng)絡(luò)規(guī)模。特別是隨著業(yè)務(wù)模式和客戶數(shù)量的不斷增長，差異化的服務(wù)更加劇了網(wǎng)絡(luò)管理的復(fù)雜程度。而在網(wǎng)絡(luò)保障方面，面對故障時必須能夠快速改變故障路徑。

Google 數(shù)據(jù)中心分布

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Google 公司 B4 網(wǎng)絡(luò)方案

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　　Google 對 B4 網(wǎng)絡(luò)的改造是 SDN 用于數(shù)據(jù)中心互聯(lián)的一個成功案例。一開始決定 SDN 網(wǎng)絡(luò)改造時，Google 的目的很簡單，就是為了提升鏈路利用效率。經(jīng)過改造之后，B4 網(wǎng)絡(luò)的鏈路帶寬利用率提高了 3 倍以上，從之前平均的 30%-40%提升至接近 100%，鏈路成本大大降低。而在網(wǎng)絡(luò)管理方面，改造之后的網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，對路徑失效的反應(yīng)更快，管理大大簡化，也不再需要交換機使用大的包緩存，對交換機的要求降低。可以說對 B4 網(wǎng)絡(luò)的改造完全超出了 Goole 的預(yù)期。

　　SDN 典型應(yīng)用場景三： 升級運營商網(wǎng)絡(luò) —— 由功能化走向智能化 。和數(shù)據(jù)中心類似，運營商對網(wǎng)絡(luò)運營效率和管理水平的提升也有著同樣的訴求，SDN 架構(gòu)的引入將使得運營商網(wǎng)絡(luò)從傳輸數(shù)據(jù)的功能網(wǎng)絡(luò)升級為管控流量的智能網(wǎng)絡(luò)。運營商網(wǎng)絡(luò)包括接入網(wǎng)、城域網(wǎng)、骨干網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍大、網(wǎng)絡(luò)情況復(fù)雜，由于目前 SDN 技術(shù)尚不夠成熟，標準化程度不高，大范圍、大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理、超大規(guī)模 SDN 網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性都還需要更進一步的探究，因此 SDN 技術(shù)在電信運營商網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模應(yīng)用還難以實現(xiàn)。盡管如此，國內(nèi)三大運營商均已提前布局 SDN 技術(shù)，加速改革其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：

三大運營商加速改革網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

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　　三、SDN進入廣泛推廣期， 市場規(guī)模有望快速擴張

　　下一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進入商業(yè)部署期，未來五年復(fù)合年均增速超過 90%。據(jù)報道，當前全球 SDN 產(chǎn)業(yè)正處于從技術(shù)研究向商用部署的轉(zhuǎn)化期， 2016 年是進入廣泛部署期的第一年，2017-2020 年 SDN 開始成為網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)架構(gòu)，并將經(jīng)歷一個長期的演進和轉(zhuǎn)型過程。與此同時，SDN 的市場規(guī)模正處于爆發(fā)增長的階段，據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2016 年全球 SDN 產(chǎn)業(yè)規(guī)模將達到 39 億美元，2018 年將有望超過 150 億美元，年復(fù)合增長率達到 90%。國內(nèi)市場方面，據(jù)預(yù)測，未來五年 SDN 市場規(guī)模的 CAGR 達到 92%，在 2020 年將超過 400 億元。

全球 SDN產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)測 （單位：億美元）

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中國 SDN 產(chǎn)業(yè)規(guī)模預(yù)測

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