全球SDN技術(shù)標準進(jìn)展

2006年，由斯坦福大學(xué)為主導，聯(lián)合美國國家自然科學(xué)基金會(huì )(National Science Foundation, NSF)以及包括工業(yè)界合作伙伴，共同啟動(dòng)了Clean Slate(Clean-Slate Design for the Internet)項目。在此項目中，Martin Casado博士及其團隊成員提出了Ethane架構，作為企業(yè)網(wǎng)安全的子項，其被認為是SDN概念及OpenFlow技術(shù)的發(fā)展源頭。該架構通過(guò)一個(gè)中央控制器向基于流(Flow)的以太網(wǎng)交換機下發(fā)策略，從而對流的準入和路由進(jìn)行統一管理。

在此基礎上，2007年，Martin Casado博士聯(lián)合Nick McKeown、Scott Shenker教授(加州大學(xué)伯克利分校)，共同創(chuàng )建了致力于網(wǎng)絡(luò )虛擬化的Nicira公司，并最先提出了SDN的概念。在2008年，Nick McKeown教授發(fā)表文章《OpenFlow：Enabling Innovation in Campus Networks》，首次提出了OpenFlow協(xié)議。

在此之后，SDN技術(shù)開(kāi)始飛速發(fā)展，并受到互聯(lián)網(wǎng)公司的重視。Google、雅虎等互聯(lián)網(wǎng)公司對SDN領(lǐng)域的研發(fā)加大投資，并開(kāi)始逐步部署。

在通信設備商方面，長(cháng)久以來(lái)所提供的設備均是傳統的控制和硬件一體的設備，網(wǎng)絡(luò )通過(guò)設備與設備之間的各類(lèi)協(xié)議進(jìn)行控制和運行。SDN的產(chǎn)生對于設備商來(lái)說(shuō)同樣是革命性的改變，在未來(lái)SDN組網(wǎng)環(huán)境中，傳統設備已經(jīng)不具備成本優(yōu)勢。隨著(zhù)SDN市場(chǎng)前景的日趨明確，為了在未來(lái)SDN網(wǎng)絡(luò )中占據一席之地，各通信設備商也開(kāi)始積極投入SDN技術(shù)、設備以及解決方案的探索和研究之中。隨著(zhù)SDN標準的日趨成熟和完善及OpenFlow標準的發(fā)布，思科、華為等廠(chǎng)商也陸續推出了自己的SDN的解決方案。

網(wǎng)絡(luò )結構模型

SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò )架構，它的設計理念是將網(wǎng)絡(luò )的控制平面與數據轉發(fā)平面進(jìn)行分離，并實(shí)現可編程化控制。其中，應用層包括各種不同的業(yè)務(wù)和應用;控制層主要是網(wǎng)絡(luò )操作系統，負責處理數據平面資源的編排，維護網(wǎng)絡(luò )拓撲、狀態(tài)信息等;基礎設施層負責基于流表的數據處理、轉發(fā)和狀態(tài)收集。SDN包括如下基本特征。

控制與轉發(fā)分離：轉發(fā)面是一個(gè)受控轉發(fā)的設備，轉發(fā)和業(yè)務(wù)邏輯由分離出去的控制面進(jìn)行控制，其核心控制協(xié)議就是OpenFlow協(xié)議。

邏輯上的集中控制：傳統網(wǎng)絡(luò )中，每個(gè)網(wǎng)元均有獨立的控制面，網(wǎng)元間通過(guò)控制協(xié)議進(jìn)行數據交互;對于SDN網(wǎng)絡(luò )，將單個(gè)網(wǎng)元的控制面抽離處理，統一成一個(gè)獨立于設備的控制平面，因而可以擁有網(wǎng)絡(luò )級的狀態(tài)，并根據全局網(wǎng)絡(luò )狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化。

開(kāi)放API：對應用提供網(wǎng)絡(luò )資源操作的接口。通過(guò)API接口，應用層可以告知網(wǎng)絡(luò )如何運行才能更好地滿(mǎn)足業(yè)務(wù)帶寬、時(shí)延、計費等需求;應用層可以由客戶(hù)根據自己的需求進(jìn)行定制。

SDN標準技術(shù)進(jìn)展

SDN已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注和認可，將會(huì )成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )演進(jìn)過(guò)程中的重要代表;同時(shí)，SDN作為一種新的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和架構，推動(dòng)其技術(shù)標準化則顯得尤為重要。一方面，運營(yíng)商在進(jìn)行技術(shù)研究工作時(shí)，應關(guān)注核心技術(shù)的研究和核心專(zhuān)利的申請，積極參加相關(guān)國際標準會(huì )議和組織，爭取引導SDN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;另一方面，SDN技術(shù)的標準化，特別是SDN接口協(xié)議的標準化，對于運營(yíng)商簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò )運維管理，及實(shí)現異廠(chǎng)商設備、異構網(wǎng)絡(luò )之間的互聯(lián)互通都起到了積極的推動(dòng)作用。

ONF

2011年，在雅虎、Google、德國電信等幾家公司的倡議下，開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )基金會(huì )(Open Networking Foundation，ONF)成立，其致力于軟件定義網(wǎng)絡(luò )及OpenFlow技術(shù)的標準化(規范制定)以及商業(yè)化，也是目前最為活躍的SDN標準化組織。

該組織主要關(guān)注SDN及OpenFlow技術(shù)的標準化(規范制定)以及商業(yè)化。目前，ONF由董事會(huì )成員及會(huì )員兩部分組成。董事會(huì )成員主要包括部分運營(yíng)商、互聯(lián)網(wǎng)及軟件公司，包括德國電信、日本NTT、Facebook、Google、微軟、Verizon、雅虎以及高盛等8家成員;會(huì )員則包括網(wǎng)絡(luò )設備商、網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)商、服務(wù)器虛擬化廠(chǎng)商、網(wǎng)絡(luò )虛擬化廠(chǎng)商、測試儀表廠(chǎng)商等在內的80多家成員。

2012年，SDN成為全球網(wǎng)絡(luò )界最炙手可熱的焦點(diǎn)，ONF創(chuàng )始至今，已經(jīng)為設備和軟件提供商、服務(wù)提供商及電信運營(yíng)商帶來(lái)眾多機遇。因此ONF成員數量也快速擴張。ONF成員也在不同領(lǐng)域開(kāi)展了SDN的技術(shù)研究和部署。國內運營(yíng)商中的中國移動(dòng)已經(jīng)成為ONF組織的成員，而中國電信也在積極申請中。

ONF組織架構如圖2所示，其中技術(shù)工作組是其主要的技術(shù)研究部門(mén)，包括擴展性組、配置和管理組、測試和互操作組、遷移組、市場(chǎng)培育組、結構框架組、轉發(fā)抽象組和光傳輸組等8個(gè)子工作組，此外，ONF設置有5個(gè)討論組，分別是專(zhuān)題討論組、無(wú)線(xiàn)傳輸組、安全組，技能驗證組和日本組。

目前ONF最主要研究成果是OpenFlow標準和OpenFlow-CONFIG標準(即OpenFlow配置和管理協(xié)議)。OpenFlow協(xié)議用來(lái)描述控制器和交換機之間交互所用信息的標準，以及控制器和交換機的接口標準。各版本OpenFlow標準及其相應特點(diǎn)如表1所示。

OpenFlow配置和管理協(xié)議(OF-CONFIG)由配置和管理工作組制定和維護，是OpenFlow協(xié)議的同伴協(xié)議，是在包含OpenFlow交換機的運營(yíng)環(huán)境下，除OpenFlow協(xié)議之外的接口配置和管理協(xié)議規范，目前采用NETCONF協(xié)議進(jìn)行傳輸。各版本OF-CONFIG標準及其相應的特點(diǎn)如表2所示。

IETF

IETF成立于1985年底，是全球互聯(lián)網(wǎng)最具權威的技術(shù)標準化組織，主要任務(wù)是負責互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規范的研發(fā)和制定，當前絕大多數國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標準出自IETF。與ONF相比較，IETF更多是由網(wǎng)絡(luò )設備廠(chǎng)商主導，聚焦于SDN相關(guān)功能和技術(shù)如何在網(wǎng)絡(luò )中實(shí)現的細節上。

IETF早期有兩個(gè)與SDN相關(guān)的研究項目/工作組，分別是轉發(fā)與控制分離組(ForCES，forwarding and control element separation)和應用層流量?jì)?yōu)化工作組(ALTO，application-layer traffic optimization)。其中，ForCES已經(jīng)發(fā)布了9個(gè)RFC，主要涉及需求、框架、協(xié)議、轉發(fā)單元模型、MIB等;ALTO主要通過(guò)為應用層提供更多的網(wǎng)絡(luò )信息，完成應用層的流量?jì)?yōu)化，用于判斷的參數包括最大帶寬、最少跨域、最低成本等等。ALTO的研究思想體現了SDN向上層應用開(kāi)放接口的理念，這種開(kāi)放部分網(wǎng)絡(luò )信息以?xún)?yōu)化應用的做法，從廣義上講也是SDN的一種實(shí)現類(lèi)型。

此外，IETF還著(zhù)手制定I2RS標準。I2RS的核心思想是在目前傳統網(wǎng)絡(luò )設備的路由及轉發(fā)系統基礎上開(kāi)放新的接口來(lái)與外部控制層通信，外部控制層通過(guò)設備反饋的事件、拓撲變化、流量統計等信息來(lái)動(dòng)態(tài)地下發(fā)路由狀態(tài)、策略等到各個(gè)設備上去?？梢钥闯?，I2RS延用了傳統網(wǎng)絡(luò )設備中正在使用的路由、轉發(fā)等結構與功能，并在此基礎上進(jìn)行功能的擴展與豐富。

目前，IETF 也以軟件驅動(dòng)網(wǎng)絡(luò )(software driven network)為出發(fā)點(diǎn)研究SDN，成立了SDN BOF，并提出了IETF定義的SDN架構，如圖3所示。

ONF中的OpenFlow協(xié)議強調的是設備控制與轉發(fā)分離，以實(shí)現轉發(fā)設備的標準化和開(kāi)放化。而IETF中定義的SDN網(wǎng)絡(luò )架構重點(diǎn)強調的是設備的可編程性，即開(kāi)放北向API接口，為用戶(hù)創(chuàng )新提供有力保證。

ITU-T

ITU-T也在近期開(kāi)展了對SDN的相關(guān)研究。通過(guò)與ONF的聯(lián)絡(luò )協(xié)商，ITU-T明確了將針對運營(yíng)商網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行SDN場(chǎng)景對象、相關(guān)架構的研究。

在2013年2月的SG13(Future networks including cloud computing, mobile and next-generation networks)全會(huì )上，將原有的28個(gè)Question重組為19個(gè)Question，并對SDN強相關(guān)的Question進(jìn)行了重命名。其中，承接上一研究期，修改Q14在研項目Y.FNsdn研究范圍從而覆蓋SDN定義、總體特征、功能需求和架構。圖4示出了Y.FNsdn標準中所定義的SDN 框架。

SG 13主要面向SDN功能需求和網(wǎng)絡(luò )架構的標準化，而SG 11則結合SG 13的工作，開(kāi)展SDN信令需求和協(xié)議的標準化。2013年2月在日內瓦召開(kāi)的SG 11全會(huì )上，確定了以下幾個(gè)方向的研究議題。

軟件定義的寬帶接入網(wǎng)(SBAN)應用場(chǎng)景及信令需求(Q.SBAN);SDN的信令架構(Q.Supplement-SDN);基于寬帶網(wǎng)關(guān)的靈活網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)組合信令需求(Q.SBNG);跨層優(yōu)化的接口和信令需求(Q.CSO);支持IPv6的標準化智能可編程接口應用場(chǎng)景及信令需求(Q.IPv6UIP)。

與此同時(shí)，2013年2月SG15 Q12/Q14的中間會(huì )議也開(kāi)始研究SDN對傳送網(wǎng)絡(luò )架構的影響，并根據會(huì )議提交的多篇文稿制定了SDN在傳送網(wǎng)方面的Living List，這些研究點(diǎn)將會(huì )是SG15 Q12/Q14后續SDN研究的重點(diǎn)。

ETSI

國際主流運營(yíng)商發(fā)起成立了網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化行業(yè)規范工作組(NFV ISG)并于2013年1月召開(kāi)了第一次會(huì )議。本工作組將制定支持虛擬功能硬件和軟件基礎設施的要求和架構規范以及發(fā)展網(wǎng)絡(luò )功能的指南。工作組的工作將視情況整合現有的虛擬化技術(shù)和標準，并與其他標準委員會(huì )正在開(kāi)展的工作相配合。

NFV 和SDN 是互補的，但又不相互依賴(lài)。雖然二者的結合可能產(chǎn)生更高的價(jià)值，但NFV 的實(shí)現可以不使用SDN。

CCSA

CCSA已開(kāi)始在TC1和TC3設立SDN研究任務(wù)，預研SDN的應用場(chǎng)景/需求和問(wèn)題分析、術(shù)語(yǔ)及定義、系統架構和功能模型、設備技術(shù)規范、互通規范和測試規范等。

2012年8月，TC1召開(kāi)了“未來(lái)網(wǎng)絡(luò )與SDN”專(zhuān)題研討會(huì )，主要對SDN應用及發(fā)展，架構及關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了討論。2013年1月，TC1成立了“未來(lái)數據網(wǎng)絡(luò )(FDN)”特別工作組，分別在應用場(chǎng)景、功能架構、接口協(xié)議方面專(zhuān)門(mén)立項開(kāi)展研究。2012年12月，TC6 WG1(傳輸工作組)針對“軟件定義光網(wǎng)絡(luò )技術(shù)”進(jìn)行了研究立項，該項目將針對光網(wǎng)絡(luò )的需求和特點(diǎn)，提出面向光傳送網(wǎng)的SDN關(guān)鍵技術(shù)和解決方案。

小結

毫無(wú)疑問(wèn)，SDN是下一代互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于傳統電信運營(yíng)商而言，對SDN仍是初步涉及，對SDN在電信網(wǎng)絡(luò )的應用也仍在嘗試與探索。無(wú)論已經(jīng)廣泛深入，還是仍在初步嘗試，以SDN為代表的新一代技術(shù)已經(jīng)對整個(gè)市場(chǎng)格局產(chǎn)生了轉變，SDN對整個(gè)網(wǎng)絡(luò )也將帶來(lái)革命性的影響。

SDN對網(wǎng)絡(luò )建設、組網(wǎng)架構和運維模式都存在潛在的影響，傳統電信運營(yíng)商對軟件化網(wǎng)絡(luò )的建設、運行和管理都面臨系統性的挑戰，建議運營(yíng)商積極開(kāi)展SDN的標準技術(shù)研究、網(wǎng)絡(luò )架構創(chuàng )新，以規避風(fēng)險、迎接挑戰。