SDN

【发布日期:2017-06-16】【来源:中国信息通信研究院】

    作为一种脱胎于Openflow技术的新的网络设计思路,2013年软件定义网络(SDN)的应用领域超越了数据中心(IDC)内部组网和路由交换设备内部设计,SDN所代表的“网络开放性、虚拟化和可编程”的理念开始在光网络、移动接入网络以及城域网中应用,受到了学术界和产业界越来越多的关注,技术路线竞争合作日益激烈,设备形态不断丰富,应用领域逐步拓宽,公司并购与重组频繁,SDN成为了近年来少有的技术热点,其对网络架构、设备形态、业务应用,以及网络运营企业、设备制造企业和互联网企业都将产生深远的影响。

  2013年,软件定义网络(SDN)超越了Openflow和Forces等具体技术,走出了IDC内部网络优化与数据设备内部设计等应用范畴,成为了一种新的网络设计思路,代表了“网络开放性、虚拟化和可编程”的基本理念,今后随着SDN技术标准的成熟和应用的进一步拓展,其对于网络技术与产业发展将产生越来越重要的影响。

  最早推动SDN发展的力量主要来自于以下三个方面:首先,SDN商用需求最早出现在数据中心内部。IDC内部网络为了支持应用服务器上虚拟机的迁移,通常是一个二层网络,因为如果采用三层组网,那么虚拟机迁移时,虚拟机对应的应用服务的IP地址要跟着变化,带来业务部署和管理的困难,而二层网络则没有这个问题。但是,在IDC内部直接应用既有的二层网络技术,则会带来以下突出问题:在二层网络中,为了消除广播包的环路,通常采用生成树(STP)协议,在网络节点之间构建一棵逻辑树,节点之间的流量按照这个“树状”拓扑来传递,即使网络节点之间有多个物理链路,也只有一条链路真正传递数据,其他链路都是空闲的(只起备份作用)。但是,在IDC内部,多个服务器之间存在着频繁的数据交换需求,基于STP的树状网络拓扑不能高效支持这种“横向”流量,服务器之间的空闲链路也造成了网络资源的大量浪费,因此基于STP的二层网络对于IDC来说过于简单,也就是说,二层交换机不会基于MAC地址来动态规划数据转发路径,缺乏高效的控制平面。因此在二层网络中增加控制平面,负责较大的二层网络内部节点间的流量调度和管理成为了一种迫切需求。目前较为主流的解决思路,就是利用IS-IS路由协议的变种来构建控制平面路由功能;利用Openflow来定义控制平面与转发平面之间的接口。

  其次,SDN商用需求来自于路由器内部功能优化。在传统路由器中,负责路由规划、选路策略的控制平面与负责数据封装、高速转发的数据平面之间的接口是不开放的,是紧耦合在一起的。每个厂家都通过自有的协议或接口来连接控制平面和转发平面。目前,有两种力量对这种模式提出了挑战:一个力量是新兴的数据设备厂商,他们试图通过打破路由器内部控制平面与数据平面之间的紧耦合,形成一个开放的、标准的设备接口,这样可以把控制功能集中而且单独剥离出去,数据转发设备可以做得更加通用和简单,成本可以做得更低,有助于打破CISCO等厂商的垄断地位,这些厂商可以从中获得新的发展机遇。另一个是大型互联网企业,他们有自建企业网络的需求,认为目前路由器的功能太过复杂,有80%以上的功能和特性在自己的网络中用不到,所以存在自主设计实现简洁高效路由器的需求。基于这种考虑,IETF较早的就开展了路由器内部控制平面与转发平面分离的研究工作,成立了FORCES工作组,定义了路由器内部控制平面与转发平面之间的通信协议。

  另外,SDN商用需求来自未来网络研究与试验。目前,为了解决IP网络面临的网络地址空间不足、服务质量难以保证、安全可信机制缺乏、网络管控能力差等问题,未来网络研究人员一方面积极研究新型网络体系结构和关键技术,探索建立一个超大规模的未来网络新技术的试验验证环境,在这个试验网络上灵活地为各种技术方案提供资源独立的试验环境,从而孵化出较优技术。美欧等国分别建立了GENI和FIRE网络,目的就在于此。在试验网络建设过程中,设计人员希望通过控制平面与转发平面的分离,能够在网络节点上灵活的控制和部署路由协议,实现高效的数据转发。

  如果SDN只停留在上述领域,那么其影响将局限在IDC内部网络组网、数据设备内部设计以及未来网络研究与试验等领域。实际上,目前SDN已经超越了Openflow、Forces等具体技术,代表了“网络开放性、虚拟化和可编程”的基本理念。首先,网络开放是产业发展的必然趋势,不但能带来设备和网络的高效,而且可以进一步细分产业链,带来新的产业发展机遇。200年前的工业大革命时期,机械零件之间的“开放”,实现了零件之间的标准互换和互操作,细化了机械加工的产业链,提高了成品机械的生产效率,极大地推动了工业革命的发展。在网络通信领域,通过SDN技术可以实现类似的期待目标。其次,网络的虚拟化可以通过计算资源、存储资源和转发资源的“池化”,提高网络资源的管理与控制效率,为不同的业务“虚拟”出不同的网络设施,为业务提供个性化的网络服务。最后,网络的可编程把网络的核心功能从网络硬件移植到网络软件中,网络功能的实现更多地只存在于软件中,使底层的网络硬件通用化,并且对网络用户不可见,从而提高网络弹性,实现组网的高效灵活性。

  SDN的技术理念对于通信网网络结构、设备形态、业务模式等均有直接影响,对于互联网服务提供商、通信设备制造企业、传统网络运营商均将产生深远的影响。

  (1)对于互联网企业而言,一方面控制平面与转发平面的分离为网络控制权的迁移提供了机遇。目前Google等国际互联网巨头,绕过网络运营商,积极构建自主的网络基础设施。SDN技术的出现,为互联网服务提供商(ISP)提供了构建廉价、高效网络的技术手段和机会。这不断对于传统网络运营企业提出挑战,而且可能对互联网商业模式的发展产生重要影响。另一方面,SDN技术优化了IDC内部网络,对于提高IDC效率、降低建设和运维成本具有重要意义。Google等企业已经陆续发布了一些利用SDN技术使IDC效率大幅提升的事例和数据。IDC的网络优化对于云计算的发展有着直接的促进作用。

  (2)对设备制造企业而言,一方面对于新兴厂商而言,SDN意味着新的市场和商业机会,而且这是一片蓝海,这也是NEC等非主流数据设备厂商抢在CISCO等传统优势厂商之前,最先研制发布SDN路由器和交换机的原因。另一方面对于传统厂商而言,SDN意味着垄断格局的打破,这对于刺激技术创新和竞争,加快网络技术发展具有重要的意义。

  (3)对网络运营商而言,一方面SDN为构建智能管道提供技术途径,网络运营商可以利用SDN实现网络优化和高效管理,提高网络的智能和管控能力,大幅降低网络建设与运维成本。另一方面,SDN可以促进网络运营商真正开放底层网络,大大推动互联网业务应用的优化和创新,例如在OpenFlow网络的支持下,IaaS用户可以自行设定数据流在本网内的路径和安全策略,而不仅是几个虚拟设备的控制权。

  (4)对于未来网络研究探索而言,一方面在SDN等技术的推动下,网络的虚拟化、控制转发分离成为未来网络新架构的基本特征,推动了未来网络体系结构和关键技术的创新。另一方面,SDN技术为构建大规模未来网络试验床提供了基础技术,在试验网络中可以为新的网络技术方案提供相对独立的网络资源和网络控制功能,即在试验网上可自由定义数据的路由途径和转发交换规则,有利于网络技术创新。

2013大事记

  1月初,阿尔卡特朗讯注资面向云服务供应商的SDN初创公司Nuage Networks,专注于为提供混合(公有云和私有云)多租户云服务的云服务供应商解决可扩展性和自动化服务配置问题;

  2月,VMware公司正式宣布收购 Virsto Software,从而完善其软件定义的数据中心解决方案和技术能力,加速软件定义存储技术研发的步伐;

  2013年,Big Switch获得英特尔的大额注资,其合作伙伴已经囊括Juniper、Citrix、F5、戴尔、微软等主要企业,发展势头迅猛。

  2013年,新兴设备制造企业抢先发布SDN产品,传统通信设备制造商也纷纷推出SDN设备, 试图将数据设备的研发优势延续到SDN产品。

  1月份,思科推出了新的支持SDN的 Catalyst交换机和WLAN控制器。2月初,思科又发布了新的数据中心交换机、云连接扩展设备和基于软件的SDN控制器等产品。思科还对分阶段推出的ONE产品提供了更新;

  1月,Juniper推出了其全面的SDN战略,并发布了适用于服务提供商的SDN系列产品;

  2月,华为推出了名为“SoftCOM”的SDN战略,发布了面向基于SDN的移动承载方案—LTEHaul;

  8月到9月,“全球SDN测试认证中心”策划和组织了2013SDN互通性测试活动,16 家单位近30款SDN设备参与了测试,设备类型包括SDN 控制器、SDN交换机和SDN测试仪等。测试结果表明,部分控制器和大部分交换机设备较好地支持OpenFlow1.0协议。  

作者简介:

  曹蓟光,2001年获浙江大学计算机应用专业工学博士学位。现就任于工业和信息化部电信研究院通信标准研究所副总工程师,高级工程师。目前在ITU-T SG13 Q13担任报告人职务,主导完成国际标准ITU-T Y.2612、Y.2613、Y.2614、Y.2615、Y.2621和Y.2622;担任中国通信标准化协会TC1 WG4(新技术与国际标准组)组长,主导完成多项互联网相关的通信行业标准。现主要从事IP、下一代互联网(IPv6)、未来网络等技术与政策研究。获得国家发明专利4项,发表论文30余篇,出版专著一本《MSTP技术与应用》。

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