賀美華　鄭飛雁

摘要：軟件定義網(wǎng)絡(luò)作為一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從其提出之日就展現(xiàn)出了無(wú)與倫比的優(yōu)越性，其集中式的網(wǎng)絡(luò)管理模式、數(shù)據(jù)與設(shè)備分離的網(wǎng)絡(luò)模型以及廉價(jià)的運(yùn)行模式都將其退向了網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的制高點(diǎn)。該文從軟件定義網(wǎng)絡(luò)概念、與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)比較、優(yōu)勢(shì)介紹以及前沿研究發(fā)展等幾個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行了簡(jiǎn)要的探討和論述，為技術(shù)人員簡(jiǎn)要了解軟件定義網(wǎng)絡(luò)給出了參考。

關(guān)鍵詞：軟件；軟件定義網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)；SDN；進(jìn)展

1軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）概念介紹

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network）簡(jiǎn)稱為SDN，是clean slate研究組提出來(lái)的一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。SDN的核心技術(shù)是OpenFlow技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制分離，極大促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)流量的可控性，從而更好地為應(yīng)用提供更好網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用。任何技術(shù)的產(chǎn)生和應(yīng)用都有其技術(shù)背景，而軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)則是為了解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中控制軟件與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的關(guān)聯(lián)性，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和設(shè)備的解耦，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)控制管理，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)部署速度，使得網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠快速的進(jìn)行迭代應(yīng)用，同時(shí)提供了更為便捷以及開放的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)。總之，軟件定義網(wǎng)絡(luò)是對(duì)當(dāng)前臃腫不堪的網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新設(shè)計(jì)，并提供了廣為廣闊的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用平臺(tái)。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)是由三層架構(gòu)予以實(shí)現(xiàn)的，從上到下依次分為應(yīng)用層（APP）、中間控制層以及底層設(shè)施。其中應(yīng)用層主要是用下層接口來(lái)提供各種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用以及業(yè)務(wù)處理功能，中間控制層則是對(duì)數(shù)據(jù)平面資源的再整合，對(duì)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞奶幚恚蛔顬榈讓又饕烁鞣N網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，主要是進(jìn)行FLOW數(shù)據(jù)的處理、轉(zhuǎn)發(fā)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)與編程領(lǐng)域中的分層思想有異曲同工之妙，實(shí)現(xiàn)了控制轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程的解耦。同時(shí)SDN還實(shí)現(xiàn)了硬件資源的虛擬化，通過(guò)編程的方式實(shí)現(xiàn)控制硬件設(shè)備。從此，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)處理控制將不再局限于各大具有絕對(duì)話語(yǔ)權(quán)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生產(chǎn)廠商，而是由通用性較強(qiáng)的軟件系統(tǒng)來(lái)予以實(shí)現(xiàn)，從而提升了網(wǎng)絡(luò)管理的便捷性?；谏鲜龅囊蛩兀琒DN技術(shù)被稱為影響未來(lái)十年的創(chuàng)新型技術(shù)，目前各大網(wǎng)絡(luò)信息公司都積極的部署其自身的SDN應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)高可靈活性的網(wǎng)絡(luò)控制進(jìn)行前沿性的實(shí)驗(yàn)以及技術(shù)積累。

2軟件定義網(wǎng)絡(luò)對(duì)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及優(yōu)勢(shì)分析

1）軟件定義網(wǎng)絡(luò)對(duì)比傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

較之傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，軟件定義網(wǎng)絡(luò)與之主要存在以下幾個(gè)方面的差異，首先是網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的差異，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的控制轉(zhuǎn)發(fā)主要是由傳統(tǒng)路由器和交換機(jī)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，而軟件定義網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則是應(yīng)用OpenFLow交換機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)控制；從數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)控制的方式來(lái)看，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是進(jìn)行分布式的控制，是基于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的，而軟件定義網(wǎng)絡(luò)則采取了一種新型的控制模型——集中式的控制，通過(guò)軟件邏輯控制層控制多個(gè)OpenFlow交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)了全局網(wǎng)絡(luò)的集中化控制，這是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)所不具備的控制優(yōu)勢(shì)，正是這種空中方式的差異使得，新型的網(wǎng)絡(luò)管理變得更加簡(jiǎn)單和高效，有別于傳統(tǒng)的定制化管理、不同設(shè)備的分別管理等控制方式；除此之外，從軟件定義網(wǎng)絡(luò)的硬件方式來(lái)看，其硬件僅僅實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)功能，因此其設(shè)備的廉價(jià)性優(yōu)勢(shì)可以充分的得以發(fā)揮，統(tǒng)一化和標(biāo)準(zhǔn)化的硬件設(shè)備成為軟件定義網(wǎng)絡(luò)的大趨勢(shì)；從軟件角度來(lái)看，軟件定義網(wǎng)絡(luò)是基于虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源設(shè)備的操作系統(tǒng)予以實(shí)現(xiàn)的，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)更加個(gè)性化和優(yōu)質(zhì)化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，這是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不具備的全局性控制優(yōu)勢(shì)。

2）軟件定義網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)分析

首先，軟件定義網(wǎng)絡(luò)使得新型網(wǎng)絡(luò)使用更加靈活。軟件定義網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)部署完成之后，所需要的管理控制、網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及接口的應(yīng)用都是建立在網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)之上的，用戶可以根據(jù)自身的需求進(jìn)行核心網(wǎng)絡(luò)功能的高度軟件化定制，而不必過(guò)分的依賴于底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商所提供的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用層的使用、控制具有高度的靈活性。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)ISP要想引入新的業(yè)務(wù)功能，僅僅需要在軟件層部署相應(yīng)的功能模塊即可，而完全擺脫了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)于設(shè)備供應(yīng)商的依賴，而這正是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)所在。

其次，軟件定義網(wǎng)絡(luò)有效降低了網(wǎng)絡(luò)管理和營(yíng)運(yùn)開銷。從上文論述可以看出，軟件定義網(wǎng)絡(luò)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求有所降低，僅僅需要實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)即可，而不必過(guò)分關(guān)注于其他控制管理功能，這使得底層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化的設(shè)計(jì)生產(chǎn)，有利于當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備近乎壟斷的現(xiàn)狀；同時(shí)利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)的基本模式，網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)營(yíng)部署過(guò)程中基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化的部署，一旦發(fā)生了運(yùn)維故障，也可以實(shí)現(xiàn)故障自主診斷，這種高度自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)營(yíng)模式，創(chuàng)新了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)模式，極大降低了人工成本，有效降低了營(yíng)運(yùn)開銷。

再次，軟件定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)層次的虛擬化技術(shù)，這與當(dāng)前主流云計(jì)算技術(shù)所依賴的虛擬化技術(shù)具有高度的一致性。借助于底層的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，再整合網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，能夠極其方便地實(shí)現(xiàn)更高層次云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。而最終呈現(xiàn)在用戶服務(wù)產(chǎn)品可以是data center（數(shù)據(jù)中心）、高可用的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)、廉價(jià)的云計(jì)算服務(wù)等。因此，軟件定義網(wǎng)絡(luò)改變了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)模式，顛覆了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能，對(duì)于未來(lái)計(jì)算機(jī)信息服務(wù)業(yè)務(wù)具有革命性的意義。3軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）研究發(fā)展介紹

1）軟件定義網(wǎng)絡(luò)逐漸商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展

國(guó)外軟件定義網(wǎng)路技術(shù)已經(jīng)逐漸步入商業(yè)化發(fā)展模式，國(guó)際巨頭紛紛加入軟件定義網(wǎng)路的研究和投入，傳統(tǒng)的通信供應(yīng)商、芯片制造商以及IT公司都積極推出其自身了軟件定義網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品，商業(yè)化氣息嚴(yán)重，以Google為代表的互聯(lián)網(wǎng)巨頭在其數(shù)據(jù)中心部署軟件定義網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品，正式進(jìn)入了其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展軌道。與此同時(shí)，無(wú)論是傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和軟件供應(yīng)商，都致力于將軟件定義網(wǎng)絡(luò)作為其下一代產(chǎn)品的戰(zhàn)略布局，為迎接新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，占領(lǐng)全球市場(chǎng)，不斷完善自身產(chǎn)品線和解決方案。在我國(guó)，政府也同樣高度重視軟件定義網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，并且在2013年以國(guó)務(wù)院正式文件的形式，將軟件定義網(wǎng)絡(luò)列入到了我國(guó)科技建設(shè)規(guī)劃中來(lái)。我國(guó)對(duì)于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)科技發(fā)展的戰(zhàn)略性眼光逐漸與世界同步，這是值得高度贊揚(yáng)的。

2）軟件定義網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)研究

區(qū)別于傳統(tǒng)封閉式網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）具有高度開放性，這種類型的接口定義容易產(chǎn)生一種“控制器-交換機(jī)”發(fā)送Worm病毒，而“交換機(jī)-控制器”發(fā)送拒絕服務(wù)的一種新式攻擊模式，從而消耗掉軟件定義網(wǎng)絡(luò)的所有帶寬，造成全網(wǎng)的癱瘓。為了解決軟件定義網(wǎng)絡(luò)安全問題，相關(guān)的廠商、組織都積極在OpenFlow體系下安全協(xié)議制定、認(rèn)證機(jī)制等安全技術(shù)方面都進(jìn)行了較為深入的研究。當(dāng)然，軟件定義網(wǎng)絡(luò)由于其集中式的控制方式，也給網(wǎng)絡(luò)安全問題的解決策略帶來(lái)了諸多的便利。總之，軟件定義網(wǎng)絡(luò)的安全相關(guān)課題一直前沿的技術(shù)熱點(diǎn)和課題方向，應(yīng)引起高度重視。

3）解決短流數(shù)據(jù)問題——優(yōu)化流表

細(xì)粒度管理是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)之一，為了實(shí)現(xiàn)其細(xì)粒度管理模式，構(gòu)建更為精細(xì)OpenFlow表項(xiàng)成為必須，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生數(shù)量可觀的網(wǎng)絡(luò)Flow數(shù)量。這種細(xì)粒度的管理在進(jìn)行短數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理時(shí)具有較高的數(shù)據(jù)時(shí)延，一定程度上弱化了軟件定義網(wǎng)絡(luò)管理優(yōu)勢(shì)，并且容易造成交換機(jī)表空間無(wú)法滿足其數(shù)據(jù)量需求，增加控制器的負(fù)擔(dān)，進(jìn)一步惡化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，直到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)崩潰為止。因此為了解決短Flow業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)時(shí)延問題，將過(guò)于精細(xì)的流表項(xiàng)進(jìn)行優(yōu)化整合處理成為關(guān)鍵。除此之外，通過(guò)多維度、優(yōu)先序列的流表數(shù)據(jù)項(xiàng)設(shè)計(jì)，同樣會(huì)極大地增強(qiáng)流表空間壓縮率，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，克服時(shí)延問題。因此，關(guān)于流表優(yōu)化處理問題也是當(dāng)前軟件定義網(wǎng)絡(luò)研究的關(guān)鍵點(diǎn)。

4）數(shù)據(jù)分類

在軟件定義網(wǎng)絡(luò)的三層架構(gòu)中，底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中交換機(jī)數(shù)據(jù)分類能力是影響其網(wǎng)絡(luò)性能的關(guān)鍵。當(dāng)前，數(shù)據(jù)分類匹配域模型已經(jīng)超過(guò)了四十維度，并且在可預(yù)見的未來(lái)，隨著新應(yīng)用技術(shù)的產(chǎn)生，這種維度還將持續(xù)增加。從本質(zhì)上將交換設(shè)備將數(shù)據(jù)分類的操作就是查表工作，因此其核心技術(shù)在于提升查表速度。就目前而言，簡(jiǎn)單的順序查找，必然會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)時(shí)延是不可取的，而多次模糊比對(duì)，分層查找是優(yōu)化數(shù)據(jù)分類的思路。

除此之外，軟件定義網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)展還包括進(jìn)行便捷的網(wǎng)絡(luò)調(diào)試和故障排除等諸多方面，受限于篇幅的限制本文就不一一的進(jìn)行展開了。

4小結(jié)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)是近年來(lái)提出的一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，有別于傳統(tǒng)的封閉式網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)控制以及設(shè)備的有效解耦，是一種創(chuàng)新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，具有集中式管理、廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)等優(yōu)勢(shì)，本文簡(jiǎn)述了軟件定義網(wǎng)絡(luò)的基本概念、優(yōu)勢(shì)以及研究進(jìn)展等內(nèi)容，為進(jìn)一步了解和發(fā)展軟件定義網(wǎng)絡(luò)提供參考。