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软件定义网络

关键词: 网络技术  
摘要:软件定义网络是一种颠覆性的设计理念,它给原先分布式的网络加入了一个会思考的智能大脑,因此可以通过大脑集中式地下发命令来控制网络中的各个设备。

详细释义

(一)软件定义网络起源与发展

  随着大数据、云计算技术的发展与广泛应用,以及“互联网+”成为2015年各行各业新的风向标,数据中心网络、运营商核心网、移动接入网将面临前所未有的空前压力,如何改变现有僵化的网络体系架构来适应产业的发展,成为网络技术发展和演进的关键。软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)的出现带来了新一轮的产业变革,它正成为解决未来网络发展问题的关键技术之一。软件定义网络是一种颠覆性的设计理念,它给原先分布式的网络加入了一个会思考的智能大脑,因此可以通过大脑集中式地下发命令来控制网络中的各个设备。从软件定义网络名称中可以看出,为网络提供一种软件化、可编程化的体系架构是其核心思想。一般来讲,软件定义网络有一个集中式的控制平面和分布式的转发平面,两个平面相互分离,可以实现控制平面对数据平面的集中化控制,并提供开放的编程接口,为网络提供灵活的可编程能力。

1.SDN技术的起源

  软件定义网络的思想最早来自学术界,2012年被谷歌成功应用到工业界后大热至今。2006年为了更好地实现控制与转发分离并加快网络创新,由斯坦福大学主导,在美国自然科学基金会(NSF)以及工业界的支持下启动了Clean-Slate(Clean-Slate Design for the Internet)项目,该项目旨在重塑互联网,摒弃传统的渐进叠加和向前兼容的原则。随后斯坦福大学研究生Martin Casado参与了Clean-Slate项目,并着手领导了一个叫做Ethane的项目。该项目最初就是为了提出一个新型的企业网络架构,希望通过集中控制来简化管理模型,并提供更高的安全性。在2007年的SIGCOMM会议上,Martin发表了一篇名为Ethane:Taking Control of the Enterprise的论文,引起了学术界的广泛关注,在Ethane的系统架构中,控制与转发完全解耦,控制器通过Pol-Ethane语言向交换机分发策略,可以说Ethane包含了SDN早期的思想,它实际上成为SDN技术的雏形。

  2007年,Martin Casado联合Nick McKeown、Scott Shenker等人共同创建了一个致力于网络虚拟化技术创新的公司——Nicira,并最早提出了SDN的基本理念。紧接着在2008年,Nick在SIGCOMM会议上发表文章OpenFlow:Enabling Innovation in Campus Networks,首次提出了将OpenFlow协议[1]用于校园网络的试验创新。OpenFlow开始正式进入人们的视野,SDN呼之欲出。OpenFlow协议是为了简化Ethane项目中的交换机设计而被提出的。它是一个控制平面和数据平面之间的交互协议,其使控制和转发完全分离,从而控制器专注于决策控制,交换机完全专注于转发工作。OpenFlow协议使得网络具有极大的灵活性和强大的可编程能力,它蝉联了2008年和2009年的SIGCOMM最佳演示奖,被麻省理工学院和多家咨询机构评选为未来十大技术之一,为SDN早期的发展注入了强劲动力,并一举成为后续SDN领域备受关注的核心技术。

2.SDN的产业界发展进程

  SDN在工业界的发展最早可以追溯到2011年初,在谷歌、脸书、雅虎、NTT、Verizon、德国电信、微软等业界重量级企业的推动下,开放网络基金会(Open Networking Foundation,ONF)成立。ONF致力于推动SDN架构、技术的规范和发展工作,并在2012年4月发布了SDN白皮书,其中网络三层架构模型获得了业界广泛认同。

  2012年是SDN发展中里程碑式的一年,正是自2012年以来SDN技术完成了从小规模实验网络向商用网络部署的重大跨越,掀起了一股新的产业创新浪潮。首先是覆盖美国上百所高校的Internet2和德国电信等运营商宣布部署SDN;接着SDN控制器开发公司BigSwitch两轮融资超过3800万美元;开源网络虚拟化企业Nicira以12.6亿美元被威睿(VMware)收购。2012年,谷歌宣布其主干网络已经全面运行在OpenFlow上,并且通过10G网络链接分布在全球各地的12个数据中心,使广域网线路的利用率从30%提升到接近100%。谷歌的B4网络作为SDN实际部署的一个成功的商业案例,引起了全球业界的广泛关注与思考,同时也使SDN技术名声大震。它向人们证明了,针对传统网络架构所面临的一系列问题,SDN具有解决这些问题的能力,同时也增强了业界对于SDN技术可行性的信心。

3.SDN的最新发展趋势

  2015年,软件定义网络在学术界、产业界的全面发展与标准化工作的推进,深刻改变了现有的网络生态,从传统网络架构到软件定义网络的转型成为新的市场增长点。以美国电话电报公司(AT&T)、英国电信、德国电信、中国移动、中国联通、中国电信为代表的移动网络运营商加速向基于软件定义和网络功能虚拟化的基础设施转型。同时,以思科、华为、中兴等为代表的设备制造厂商已经完成了基于OpenFlow1.3设备的互联互通测试,并在新的网络设备、网络管理软件、设备标准化方面展开新一轮的竞争。

  在SDN大规模商用部署方面,根据IHS最新的调查报告显示,预计在2016年,SDN的部署将呈现飙升的趋势。SDN在云服务提供商和通信服务提供商数据中心的部署比例将从2015年的20%提高到60%,同时,SDN的企业采用率预计将从6%提升至23%。根据IHS的调查报告,预计至2019年应用于数据中心和企业局域网SDN领域的以太网交换机和控制器收入将达到122亿美元,其中交换机占82亿美元,SDN控制器占40亿美元。此外,根据科技研究与咨询公司Technavio的市场调研分析预测,到2020年全球软件定义一切(Software Defined X,SDX)市场年复合增长率将超过32%,其中向虚拟化的转化是市场增长的主要驱动力。近年来,众多公司在压力下使用全新架构来取代现有IT基础设施,以大幅降低成本。因此,越来越多的企业采用SDX,它可以提供精简的业务模型从而达到以最少成本实现自动化控制的目的,最终取代传统的硬件和软件。

  在SDN软件产业方面,虽然传统网络设备供应商,如思科、瞻博、惠普等,将继续依靠硬件设备从各大企业和组织的支出中获利,但SDN软件市场将为其他企业提供更多的发展机会。根据IHS的调查报告,2016年服务商对开源技术可编程软件、SDN应用和控制器的需求将提高到45%,企业转向虚拟厂商或第三方SDN相关软件的数量将达到39%。同时,这也对现有的SDN控制平台提出了更高的要求,SDN控制平台需要支持统一的接口和标准,并移除陈旧的框架来保证应用程序的跨平台性和可移植性。

(二)SDN在移动互联网中的新机遇

  随着互联网应用的爆发式增长,如手机游戏、移动电子商务、移动阅读、移动视频等,随之而来的是移动互联网的快速发展与移动业务流量激增。工信部2015年报告显示,截至2015年10月,中国移动互联网用户达到9.5亿户,同比增长8.9%,同时单月接入流量最高达到4.2亿Gb,1~10月累计达32.1亿Gb,同比增长100.2%。移动互联网流量的快速增长正对传统运营商网络在新技术设备兼容、移动网络管理、新业务部署等方面提出挑战,同时也成为SDN在移动互联网中的新机遇。

  第一,在移动网络基础设施方面,运营商现有复杂而僵硬的网络架构成为新技术应用的一大阻碍。例如,在2G、3G、4G、5G场景下,需要满足不同基站类型、接入类型的网络接入需求,虽然现有网络能够保证流量的基本传输,但是现有架构难以通过灵活地调度流量来满足这些需求并保证数据的高带宽回传。此外,随着移动用户数量的增多,移动核心网也面临着巨大的流量压力,需要使用新的架构来更加高效的调度和管理流量。因此,需要结合SDN集中式控制的特点,使用中心式的调度策略,做好业务适配,对底层设备进行高效管理与调度。

  第二,在网络管理方面,移动数据量的迅速增长不仅给运营商移动网络带来了扩容和运维压力。同时,也要求运营商以更低的成本做好流量经营,以提升数据流量的收入,如构建流量识别和分析、动态流量调度、流量优化等网络增值能力。移动网络需要打破现有僵硬的体系架构,并使用SDN技术构建一个更加开放、灵活、高效的网络管理平台,实现网络资源整合,网络设备统一管理、统一运营,使软件功能与硬件解耦,实现硬件资源的高效利用、网络功能的快速灵活增强。

  第三,在新的移动业务部署方面,运营商需要解决移动网络业务灵活、按需部署问题。随着移动业务的不断增长,运营商需要利用SDN技术把现有的业务部署时间从“天”缩短到“小时”级,实现业务部署自助申请,一键发放;并且能够按照业务需求,对指定业务,在业务拓扑、业务带宽、业务可靠性等方面提供定制化、差异化服务。

——《中国移动互联网发展报告(2016)》,社会科学文献出版社,2016年6月出版

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词条创建者:本网编辑   
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更新时间:2017-09-01

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