SDN技术与产业发展

【发布日期:2017-06-16】【来源:中国信息通信研究院】

    在过去的2012年,软件定义网络的概念在网络技术领域红透了半边天,从学术界到产业界,从互联网到电信业,从专家学者、网络技术研发者到网络管理维护者,所有人都在谈论SDN。自上世纪九十年代诞生MPLS技术之后,网络界十多年来没有一项技术能像SDN这样吸引如此广泛的关注,各种关于SDN的观点和分析不断涌现,诸如SDN是云服务数据中心的必然选择,SDN是未来数年企业IT的发展趋势,SDN是下一代互联网的搅局者,SDN是运营商网络发展的必然趋势等等。

  随着SDN被提及的地方越来越多,SDN这个词开始变得跟“云”一样让人迷惑,好像什么都是,又好像什么都不是。理解SDN的概念应该首先从对SDN的需求出发,不同行业、不同应用对SDN有着各自不同的需求,因此人们在谈论SDN时通常也有着不同的理解。在网络科研领域,人们利用SDN快速地部署和试验创新的网络架构和通信协议;大型互联网公司希望SDN提供掌握网络深层信息的可编程接口,以优化和提升业务体验;云服务提供商希望SDN提供网络虚拟化和自动配置以适应其扩展性和多租户需求;ISP希望利用SDN简化网络管理以及实现快速灵活的业务提供;企业网用户则希望SDN实现私有云的自动配置和降低设备采购成本。

  从起源来看,SDN诞生于美国GENI项目资助的斯坦福大学CleanSlate课题,Nick McKeown教授为首的研究团队提出了Openflow的概念用于校园网络的试验创新,后续基于Openflow给网络带来可编程的特性,SDN的概念应运而生。2009年,SDN入围Technology Review十大前沿技术。2011年,在Mckeown教授等人的推动下,开放网络基金会ONF成立,致力于推动SDN架构、技术的规范和发展工作。2012年可谓是SDN商用元年,Google部署SDN,Cisco发布开放网络环境战略,Vmware收购Nicira等重要事件将SDN推向了全球瞩目的焦点,分析公司IDC的调查和预测显示, 目前85%的行业相关企业正在研究SDN, 2016年SDN相关市场空间将从2012年的微不足道快速增长至37亿美元。

  SDN的核心特点是将实体设备作为基础资源,抽象出网络操作系统NOS隐藏底层物理细节并向上层提供统一的管理和编程接口,以NOS为平台开发的应用程序可以实现通过软件来定义网络拓扑、资源分配、处理机制等。目前,业内各界讨论的SDN大致可分为广义和狭义两种,广义SDN泛指向上层应用开放资源接口,可实现软件编程控制的各类基础网络架构,狭义SDN则专指符合ONF组织定义的开放架构,基于标准Openflow协议实现的软件定义网络。

  在SDN技术发展发面,以互联网公司和IT企业为主导的ONF组织目前是最为主要的推动者,ONF不定期地发布技术报告、技术白皮书,制定相关的标准规范并组织测试,目前ONF最主要研究成果是定义SDN基本架构、OpenFlow标准和OpenFlow配置和管理协议。ONF将SDN网络架构划分为应用层、控制层、基础设施层,改变了传统网络中设备的转发与控制平面紧耦合关系。Openflow作为控制数据平面接口协议,目前已从1.0升级到1.3版本, 已有思科、Juniper、HP、Dell等众多厂商的设备支持。Openflow是目前SDN体系架构中标准化程度最高,产品最接近商用的技术,在一些领域甚至成为了SDN的代名词。

  SDN另一股推动力量来自于通信设备企业和电信运营企业,与ONF不同,设备企业和运营商不仅关注数据中心和云服务中应用SDN,还同时关注SDN理念在互联网和传统通信网络中的应用,认为实现SDN的关键在于网络能够向上层应用开放可编程接口。思科公司于2012年中发布了开放式网络环境架构作为其SDN战略发展方向,思科在IOS、IOS-XR和NX-OS三大平台之上提供全面的开发工具套件One PK,允许开发人员具有发现、感知和控制网络资源的能力,从而实现应用程序和网络基础设施更加粘合。ONE架构计划兼容多项开放协议和程序语言,并分阶段在思科的软硬件设备上推出,Openflow也是ONE架构兼容的协议之一。

  2012年以来,ICT产业各方围绕SDN动作连连。在学术科研领域,覆盖超过百所美国高校的Internet2宣布基于Openflow和100G以太网技术建成首个开放SDN网络;互联网公司方面,谷歌宣布通过部署SDN将数据中心之间的互联链路利用率提升至90%以上,Facebook开始尝试在数据中心内部署SDN;传统的IT行业方面,HP发布了Virtual Application Networks SDN 控制器和25款支持Openflow 的交换机产品,IBM也发布了自有Openflow控制器PNC;传统通信设备企业在推出支持Openflow产品的同时,思科、Juniper、阿朗等公司还投资或收购了多家SDN领域的创业公司作为其未来储备;在芯片提供领域,Broadcom、Marvell等传统厂商已经推出了各自的Openflow交换芯片,芯片巨头Intel收购Fulcrum Microsystems和SDN服务商WindRiver,发布了下一代通信平台,强势进入相关领域,实现计算、存储、网络领域芯片提供的全覆盖。电信运营商方面,NTT通过Openflow率先现了全球多个数据中心的整合虚拟化,实现了统一服务和按需配置,用户自由迁移,由AT&T,BT,德国电信,法国电信,Orange以及Verizon等网络运营企业共同发起成立了网络功能虚拟化产业联盟,将SDN应用在电信网络中作为重要目标之一;标准组织方面,IETF成立了IRS等工作组致力于网络向应用开放架构的研究,ITU SG13成立了SDN需求和架构研究的工作组,BBF、OIF、ETSI等组织也相继宣布开展SDN在相关领域的标准研究工作。

  SDN发展壮大可能带来网络产业格局的重大调整,传统通信设备企业将会面临巨大挑战,IT和软件企业则迎来新的市场机遇。按照ONF层次化架构的理念设计,网络控制由运行NOS的服务器实现,转发设备的功能和性能则主要由通用芯片决定,其研发价值相对传统路由器而言大大降低,通信设备企业在这一领域将陷入低附加值竞争的困境。未来开放架构的SDN竞争焦点将会集中在NOS上,通信设备企业在开放架构控制平面研发方面不具备先发优势,因此其普遍战略是一方面跟踪并发布支持Openflow的SDN产品和解决方案,另一方面也积极探索基于现有架构实现网络集中控制和开放应用API接口的个性化、私有化的技术,以避免研发价值和竞争优势流失。IT企业和新兴软件企业在SDN领域更多的关注控制层软件和开源,其优势在于对通用软件的理解和开发能力。依托标准化接口,凭借软件方面的竞争优势和开源代码的低门槛,IT企业可以通过研发SDN操作系统加定制转发设备的模式提供全套SDN网络解决方案,从而挤占传统网络设备厂商的市场空间,尤其是占据销售额大部分比例的企业网市场。

  SDN实际上是“软件主导一切”的趋势从IT产业向网络领域延伸的重要体现,其技术、应用的发展都还处于刚刚起步的阶段,受到技术成熟度等问题的限制,SDN今后数年可能主要在IDC、园区网等“末梢”网络率先应用,在未来,“软件定义”的领域则可能向传输、接入、无线等各个领域延伸。SDN会如其支持者所言“给整个网络通信产业带来颠覆性的革命”,或是在经历炒作期之后成为有限部署的应用?让我们拭目以待。

  作者简介

  唐浩,就职于工信部电信研究院通信标准研究所互联网中心,长期从事互联网架构、技术、标准以及测试方面的研究工作。

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