軟件定義網(wǎng)絡(luò )（SDN）任重而道遠

當前，軟件定義網(wǎng)絡(luò )（SDN）成為業(yè)界一個(gè)時(shí)髦的話(huà)題，SDN技術(shù)及其可能帶來(lái)的影響受到了學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界的高度重視，同時(shí)也存在著(zhù)對SDN不同的理解和認識。本文試圖從梳理SDN技術(shù)的發(fā)展脈絡(luò )入手，分析SDN技術(shù)的內涵、本質(zhì)特征、應用領(lǐng)域、發(fā)展趨勢，進(jìn)而分析SDN技術(shù)發(fā)展帶來(lái)的影響。

　　一、“眾說(shuō)紛紜”SDN

　　目前對SDN關(guān)注度比較高的專(zhuān)家大致可以分為三類(lèi)：IDC設計與運維人員、數據設備設計研發(fā)人員、未來(lái)網(wǎng)絡(luò )研究與試驗人員。這三類(lèi)專(zhuān)家關(guān)注SDN的出發(fā)點(diǎn)及對SDN的認識不一樣，對SDN的發(fā)展愿景和期待也各不相同。一項新技術(shù)出現后，對于追溯這個(gè)概念最早是誰(shuí)提出、何時(shí)提出以及是不是一個(gè)新概念等種種討論通常只具有學(xué)術(shù)意義，對于認識新技術(shù)的本質(zhì)并無(wú)實(shí)質(zhì)性幫助。討論SDN概念還是要從其真正市場(chǎng)需求入手。

　?。?）SDN商用需求最早出現在數據中心內部

　　IDC內部網(wǎng)絡(luò )為了支持應用服務(wù)器上虛擬機的遷移，通常是一個(gè)二層網(wǎng)絡(luò )，因為如果采用三層組網(wǎng)，那么虛擬機遷移時(shí)，虛擬機對應的應用服務(wù)的IP地址要跟著(zhù)變化，帶來(lái)業(yè)務(wù)部署和管理的困難，而二層網(wǎng)絡(luò )則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。

　　但是，在IDC內部直接應用既有的二層網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，則會(huì )主要帶來(lái)以下兩方面的問(wèn)題：一個(gè)是在二層網(wǎng)絡(luò )中，為了消除廣播包的環(huán)路，通常采用生成樹(shù)（STP）協(xié)議，在網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間構建一棵邏輯樹(shù)，節點(diǎn)之間的流量按照這個(gè)“樹(shù)狀”拓撲來(lái)傳遞，即使網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)之間有多個(gè)物理鏈路，也只有一條鏈路真正傳遞數據，其他鏈路都是空閑的（只起備份作用）。但是，在IDC內部，多個(gè)服務(wù)器之間存在著(zhù)頻繁的數據交換需求，基于STP的樹(shù)狀網(wǎng)絡(luò )拓撲不能高效支持這種“橫向”流量，服務(wù)器之間的空閑鏈路也造成了網(wǎng)絡(luò )資源的大量浪費，因此基于STP的二層網(wǎng)絡(luò )對于IDC來(lái)說(shuō)過(guò)于簡(jiǎn)單，需要進(jìn)行變革，尤其是隨著(zhù)云計算的發(fā)展，這種IDC內部二層組網(wǎng)需求越來(lái)越迫切。另一個(gè)問(wèn)題是通常IDC內部的應用服務(wù)器眾多，有的達到上萬(wàn)臺，甚至十幾萬(wàn)臺，二層交換機需要利用ARP等協(xié)議，學(xué)習接收到的數據包的源地址來(lái)建立MAC地址表，由于應用服務(wù)器多，所以MAC地址表項也多，通常會(huì )超過(guò)常規二層交換機MAC地址表的容量，則造成大量MAC地址無(wú)法進(jìn)入MAC地址表，二層交換機對于無(wú)法在MAC地址表中查到的MAC地址對應的數據幀進(jìn)行二層域內的廣播，造成二層網(wǎng)絡(luò )內部的流量泛濫，影響IDC內部網(wǎng)絡(luò )效率。

　　造成上述兩個(gè)問(wèn)題的根本原因是，傳統的二層網(wǎng)絡(luò )設計的過(guò)于簡(jiǎn)單，二層交換機只會(huì )學(xué)習MAC地址，不會(huì )基于MAC地址來(lái)規劃數據轉發(fā)路徑，也就是說(shuō)傳統二層網(wǎng)絡(luò )中沒(méi)有一個(gè)控制平面（或者說(shuō)控制平面的功能非常非常弱，且與轉發(fā)功能融合在一起），只有數據平面（負責數據幀的轉發(fā)）。因此在二層網(wǎng)絡(luò )中增加控制平面（或者說(shuō)強化控制平面功能），負責較大的二層網(wǎng)絡(luò )內部節點(diǎn)間的流量調度和管理成為了一種迫切需求。目前較為主流的解決思路，就是利用IS-IS路由協(xié)議的變種來(lái)構建控制平面路由功能；利用Openflow來(lái)定義控制平面與轉發(fā)平面之間的接口。這就引出了控制平面與轉發(fā)平面分離的概念。但這只是二層網(wǎng)絡(luò )中的控制平面與轉發(fā)平面的分離。

　?。?）SDN商用需求來(lái)自于路由器內部功能優(yōu)化

　　在傳統路由器中，負責路由規劃、選路策略的控制平面與負責數據封裝、高速轉發(fā)的數據平面之間的接口是不開(kāi)放的，是緊耦合在一起的。每個(gè)廠(chǎng)家都通過(guò)自有的協(xié)議或接口來(lái)連接控制平面和轉發(fā)平面，這也是CISCO、JUNIPER等優(yōu)勢廠(chǎng)商維持技術(shù)壁壘、排擠新興廠(chǎng)商的優(yōu)勢所在。

　　但是，有兩方面的力量正在悄悄地對這種模式提出挑戰：一個(gè)是大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)，他們有自建企業(yè)網(wǎng)絡(luò )的需求，而且這些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)認為目前自己企業(yè)網(wǎng)絡(luò )的通信需求有特異性，而傳統路由器的功能太復雜，有80%以上的功能和特性在自己的網(wǎng)絡(luò )中用不到，但是在購買(mǎi)這些路由器時(shí)卻要為這些無(wú)用的功能買(mǎi)單，感覺(jué)比較“冤”，所以存在自主設計實(shí)現簡(jiǎn)潔高效路由器的需求，這也是Facebook、Google、Yahoo等公司發(fā)起成立ONF（開(kāi)放網(wǎng)絡(luò )論壇），研制SDN標準的初衷之一。由于這些互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)具有在IDC內部大量采用自己定制的應用服務(wù)器的成功經(jīng)驗，所以他們對于自主研發(fā)高效的路由器有著(zhù)良好的期待。另一個(gè)力量是新興的數據設備廠(chǎng)商，他們試圖通過(guò)打破路由器內部控制平面與數據平面之間的緊耦合，形成一個(gè)開(kāi)放的、標準的設備接口，這樣可以把控制功能集中而且單獨剝離出去，這樣數據轉發(fā)設備可以做得更加通用和簡(jiǎn)單，成本可以做得更低，有助于打破CISCO、JUNIPER等廠(chǎng)商的壟斷地位，這些廠(chǎng)商可以從中獲得新的發(fā)展機遇。

　　基于這種考慮，IETF較早的就開(kāi)展了路由器內部控制平面與轉發(fā)平面分離的研究工作，成立了FORCES工作組，定義了路由器內部控制平面與轉發(fā)平面之間的通信協(xié)議。這雖然同樣引出了控制平面與轉發(fā)平面分離的概念，但這是三層網(wǎng)絡(luò )中的控制平面與轉發(fā)平面的分離。