浅谈软件定义网络(SDN)技术研究现状和发展趋势
长久以来,硬件在网络世界中保持着至高无上的地位。直到 2008 年斯坦福大学的学者
提出 OpenFlow
[1]
,并于 2009 年将其扩展为 SDN(software-defined networking)概念
[2]
之后,
软件定义网络概念逐渐进入人们的视野,并作为一种新思维模式的突破慢慢改变着网络世界
的格局。SDN 是一种将网络控制平面与转发平面分开的技术,使得控制平面和数据平面可
以独立演进,此外还设计了逻辑集中的、开放的、可编程的控制平面以及统一的、标准化的
南向接口,实现了更加自动化的配置和基于策略的网络资源管理。SDN 自提出以来,相关
研究和产业化应用迅速展开,为未来网络的创新突破提供了新的方向。2012 年 4 月,谷歌
宣布其骨干网络整体运行在 Openflow 上,已经证明 SDN 逐步从学术概念走向实际应用。
2015 年,Google 确认在其 Jupiter & Andromeda 项目里面采用 SDN 来管理大规模环境,并
且当时具有一定研发实力的公司都逐渐倾向于自研自建网络架构,而不是完全依赖网络设备
商,证明了 SDN 技术已经在一些大公司的实验室中逐渐发展成熟。特别是 16 年以来,SDN
技术不断深入商业化市场并给投入公司带来了超乎预期的利润,典型的如“VMware 宣布其
NSX 有 2400+客户,带来了 10 亿美元销售额”这一重大事件。自 21 世纪以来,移动数据、
物联网、大数据和云计算 4 个领域的兴起与发展,使得现代网络应用类型急剧丰富,网络规
模迅速膨胀,网络需求不断增加。而作为现代计算机网络主体的互联网,其管控能力有限的
弊病逐渐凸显出来,此外“新问题-打补丁-新问题”现象循环往复的出现使得当代的网络核心
即路由器的功能和结构日益复杂,上述种种现象说明现有的传统网络体系结构亟待革新,而
SDN 作为一种理想的解决方案则顺应时代而生。
本文第 1 节首先论述 SDN 概念的诞生与发展,以此引出 SDN 分层的体系结构,并将
SDN 与传统网络架构进行对比以及优势分析。第 2 节对 SDN 数据层和控制层的关键技术
进行详细阐述。第 3 节论述了 SDN 在现代比较流行的几种应用。第 4 节针对未来发展趋势
提出见解。最后给出本文结论。
1 SDN 体系架构
1.1 概念介绍
随着网络的快速发展,传统互联网出现了如传统网络配置复杂度高等诸多问题
[3]
,这些
问题说明网络架构需要革新,可编程网络的相关研究为 SDN 的产生提供了可参考的理论依
据
[4]
。主动网络
[5,6]
允许数据包携带用户程序,并能够由网络设备自动执行。用户可以通过编
程方式动态地配置网络,达到了方便管理网络的目的。然而由于需求低、协议兼容性差等问
题,并未在工业界实际部署。4D 架构
[7,8]
将可编程的决策平面(即控制层)从数据平面分离,
使控制平面逻辑中心化与自动化,其设计思想产生 SDN 控制器的雏形。
SDN 作为一种新型的网络架构,起源于当时的 clean slate 研究课题,自诞生以来,不断
得到发展完善。SDN 的核心技术是 OpenFlow 技术,实现了网络数据与网络设备的控制分
离,极大促进了网络流量的可控性,从而更好地为应用提供更好网络应用。任何技术的产生
和应用都有其技术背景,而软件定义网络技术则是为了解决当前网络中控制软件与网络设备
的关联性,实现数据和设备的解耦,简化网络控制管理,促进网络部署速度,使得网络架构
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