1.1  傳統(tǒng)網(wǎng)絡的局限

傳統(tǒng)網(wǎng)絡是一個分布式的網(wǎng)絡，在二層網(wǎng)絡中，設備通過廣播的方式傳遞設備間的可達信息。在三層網(wǎng)絡中，設備間通過標準路由協(xié)議傳遞拓撲信息。這些模式要求每臺設備必須使用相同的網(wǎng)絡協(xié)議，保證各廠商的設備可以實現(xiàn)相互通信。隨著業(yè)務的飛速發(fā)展，用戶對網(wǎng)絡的需求日新月異，一旦原有的基礎網(wǎng)絡無法滿足新需求，就需要上升到協(xié)議制定與修改的層面，這樣就會導致網(wǎng)絡設備升級十分緩慢。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡為了適應不同的需求和場景，發(fā)展也越來越復雜。部署一個傳統(tǒng)網(wǎng)絡往往需要使用到很多協(xié)議，由于標準協(xié)議中往往存在一些未明確的地方，導致各廠商的實現(xiàn)有差異。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡以單臺設備為單位，以命令行的方式進行管理。網(wǎng)絡管理和業(yè)務調(diào)度時效率低下，運維成本高。

1.2  SDN的技術路線

為了解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展滯后、運維成本高的問題，服務提供商開始探索新的網(wǎng)絡架構，希望能夠?qū)⒖刂泼妫ú僮飨到y(tǒng)和各種軟件）與硬件解耦，實現(xiàn)底層操作系統(tǒng)、基礎軟件協(xié)議以及增值業(yè)務軟件的開源自研，這就誕生了SDN技術。

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡中，網(wǎng)絡設備可以分為管理面、控制面和轉發(fā)面。管理面負責業(yè)務的編排和策略的制定，控制面負責操作系統(tǒng)的運行以及各種算法的運算，轉發(fā)面負責數(shù)據(jù)包的轉發(fā)和接收。SDN的理念是將網(wǎng)絡設備的控制和轉發(fā)功能解耦，使網(wǎng)絡設備的控制面可直接編程，將網(wǎng)絡服務從底層硬件設備中抽象出來。SDN架構與傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構的對比如下圖所示。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構與SDN架構對比

經(jīng)典的SDN技術路線強調(diào)控制面的剝離，希望能夠?qū)⒕W(wǎng)絡設備變?yōu)榘缀性O備，實現(xiàn)網(wǎng)絡功能的自定義。

但在SDN的發(fā)展過程中，由于底層協(xié)議的復雜性、軟件開發(fā)投入等多方面原因，廠商逐漸轉向了以自動化運維為主要目標，弱化控制面剝離的SDN技術路線。廠商們主張將操作系統(tǒng)以及大部分的軟件仍放在硬件設備上進行，保留原有的網(wǎng)絡設備形態(tài)，通過控制器實現(xiàn)與硬件設備、與網(wǎng)絡配置管理工具的對接，由控制器在管理面的維度完成對硬件設備的統(tǒng)一管理和業(yè)務編排。下圖為兩種SDN技術路線的對比，經(jīng)典的SDN技術路線又可以稱為軟件SDN，而弱化控制面剝離的SDN技術路線可以稱為硬件SDN。

軟件SDN與硬件SDN對比

SDN架構可分為基礎設施層、控制層和應用層。

• 基礎設施層：主要為轉發(fā)設備，實現(xiàn)轉發(fā)功能，例如數(shù)據(jù)中心交換機。

  
  

• 控制層：由SDN控制軟件組成，可通過標準化協(xié)議與轉發(fā)設備進行通信，實現(xiàn)對基礎設施層的控制。

  
  

• 應用層：常見的有基于OpenStack架構的云平臺。另外，也可以基于OpenStack構建用戶自己的云管理平臺。

SDN使用北向和南向應用程序接口（API）來進行層與層之間的通信，分為北向API和南向API。北向API負責應用層和控制層之間的通信，南向API負責基礎設施層和控制層之間的通信。

SDN架構

在當前主流的SDN架構中，保留了傳統(tǒng)硬件設備上的操作系統(tǒng)和基礎的協(xié)議功能，通過控制器收集整個網(wǎng)絡中的設備信息，具有如下優(yōu)點：

• 網(wǎng)絡可編程

  網(wǎng)絡設備提供應用編程接口（API），使得開發(fā)和管理人員能夠通過編程語言向網(wǎng)絡設備發(fā)送指令。網(wǎng)絡工程師可以使用腳本自動化創(chuàng)建和分配任務，收集網(wǎng)絡統(tǒng)計信息。將基于CLI與SNMP的封裝腳本變?yōu)閷崒嵲谠诘目删幊虒ο?，提供了更豐富的功能。

  
  

• 網(wǎng)絡抽象化

  控制器作為中間層，通過南北向API接口與網(wǎng)絡設備和應用程序進行交互，將底層的硬件設備抽象為虛擬化的資源池，應用和服務不再與硬件緊密耦合。

  
  

• 降低成本

  保留了原有的網(wǎng)絡設備，硬件設備仍然具備管理、控制、轉發(fā)的全部功能，方便進行整網(wǎng)的改造，無需進行大規(guī)模的搬遷?？刂破鞯囊雽⑷斯づ渲棉D變?yōu)闄C器配置，提升運維效率，降低運維成本。

  
  

• 業(yè)務靈活調(diào)度

  傳統(tǒng)的硬件設備在網(wǎng)絡中無法進行靈活的負載分擔，最優(yōu)路由上往往承擔著最重的轉發(fā)任務，即使QoS、流控等功能緩解了這一問題，但流量的調(diào)度仍然強依賴于管理員對單臺設備的配置，因此我們可以將傳統(tǒng)的硬件設備看作是一種孤島式的、分布式的管理模式。SDN在沒有改變硬件設備整體邏輯的基礎上，通過增加開放的南北向接口，實現(xiàn)了將計算機語言到配置命令行的翻譯，使界面式的管理、集中管理變成了可能，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡業(yè)務調(diào)度不靈活的問題。

  
  

• 集中管理

  傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備的管理是分布式的，單臺網(wǎng)絡設備不感知整個網(wǎng)絡的狀態(tài)。網(wǎng)絡管理員使用控制器來管理底層硬件設備，編排網(wǎng)絡業(yè)務，分配網(wǎng)絡資源和調(diào)整流量優(yōu)先級。管理員可以直接感知整個網(wǎng)絡的狀態(tài)，及時調(diào)整帶寬和優(yōu)化策略，便于進行整網(wǎng)的管理。

  
  

• 開放性

  SDN架構支持供應商開發(fā)自己的生態(tài)系統(tǒng)，開放的API支持云編排、OSS/BSS、SaaS等多種應用程序，同時也可以通過Openflow控制多個供應商的硬件。

NFV也是一種網(wǎng)絡架構，它將傳統(tǒng)物理設備的網(wǎng)絡功能封裝成獨立的模塊化軟件，通過在硬件設備上運行不同的模塊化軟件，在單一硬件設備上實現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡功能。

SDN和NFV的相似之處主要體現(xiàn)在如下方面：

• 都以實現(xiàn)網(wǎng)絡虛擬化為目標，實現(xiàn)物理設備的資源池化。

  
  

• 都提升了網(wǎng)絡管理和業(yè)務編排效率。

  
  

• 都希望通過界面操作或者編程語言來進行網(wǎng)絡編排。

SDN和NFV的不同之處參見下圖。

NFV與SDN有什么不同

SDN抽象物理網(wǎng)絡資源（交換機、路由器等），并將決策轉移到虛擬網(wǎng)絡控制平面?？刂破矫鏇Q定將流量發(fā)送到哪里，而硬件繼續(xù)引導和處理流量，無需依賴標準的硬件設備。NFV的目標是將所有物理網(wǎng)絡資源進行虛擬化，允許網(wǎng)絡在不添加更多設備的情況下增長，這依賴于標準的硬件設備。

其實經(jīng)典SDN架構也將硬件與軟件解耦作為目標，但在實現(xiàn)過程中由于軟件研發(fā)成本、設備替換等原因的影響，現(xiàn)行的SDN方案弱化了控制面的分離，僅以網(wǎng)絡自動化運維為目標。

在數(shù)據(jù)中心領域，大多數(shù)大規(guī)模數(shù)據(jù)中心已經(jīng)采用扁平化架構，這給網(wǎng)絡設備的管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。SDN帶來的自動化運維、集中管理在數(shù)據(jù)中心的自動化調(diào)配以及擴容中有極大的應用空間。

在視頻領域，由于SDN支持數(shù)據(jù)流的實時調(diào)配，使得網(wǎng)絡能夠承載更多的流量。

在機器學習和人工智能領域，SDN也會受到運營需求和軟件創(chuàng)新的影響，提供更豐富、更新潮的網(wǎng)絡體驗。

在未來的網(wǎng)絡自動駕駛（ADN）中，SDN架構也能夠發(fā)揮重要作用。

SDN并非沒有缺點，與其他IT產(chǎn)品一樣，SDN存在安全、擴展以及缺乏廣泛合作、缺乏生態(tài)的問題。

• 集中管理的安全風險

  雖然集中管理十分方便，但這也是一種安全風險。集中管理的單節(jié)點被攻擊，整個網(wǎng)絡可能都會受到影響。

  
  

• SDN控制器的瓶頸

  對于軟件完全從硬件上分離的SDN思路來說，控制器的軟件開發(fā)難度、控制器的計算壓力都是巨大的挑戰(zhàn)。

  
  

• 北向API缺乏統(tǒng)一標準

  缺乏標準的北向API導致供應商提供的接口不統(tǒng)一，應用程序開發(fā)困難上升，同一組開發(fā)人員必須同時開發(fā)與不同控制器的相互操作。