SDN的技术及应用研究

摘 要：目前，软件定义网络（Software Defined Network，简称SDN）已经成为当前研究的热点。SDN通过路由控制和数据转发相分离，改变了现有的网络架构，实现了网络和业务的可编程。本文从SDN产生背景和概念入手，归纳了SDN的关键技术和实现机制，并对SDN的应用及所面临的挑战进行了深入的分析和总结。

关键词：软件定义网络；虚拟化；OpenFlow

中图分类号：TP393.08

随着云计算、虚拟化等新生技术的产生，传统网络已经不再适应，其网络架构无法满足日益增长的网络带宽及数据分析等业务需求，急需一种新型的可动态扩展的创新网络架构。在这样的背景下，软件定义网络SDN（Software Defined Network，软件定义网络）应运而生[1]。相较于传统网络，SDN通过把网络的控制面和转发面分离，用集中控制器取代了原来的路由协议自协商方式，提升了网络的管控效率，开放了网络能力。

1 SDN关键技术

1.1 SDN概念

SDN（Software Defined Network），即软件定义网络的简称，最早是由美国斯坦福大学Clean Slate研究组提出的一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过路由控制和数据转发相分离，对网络流量的控制更加灵活，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台，改变了现有的网络架构，实现了网络和业务的可编程[2]。

1.2 SDN体系结构

SDN是一种新型的网络架构，简化了网络操作，将网络控制与物理网络拓扑分离，抽象了底层物理网络拓扑结构，摆脱了硬件对网络架构的限制，提供了一个可编程、更灵活、更智能的网络。如图1所示，SDN体系架构由以下部分构成：

（1）业务层：包括各种不同的业务和应用。

（2）控制层：提供智能化的网络控制，主要负责处理数据资源的编排，维护网络拓扑、状态信息等。

（3）转发层：提供网络转发能力，负责基于流表的数据处理、转发和状态收集[3]。

1.3 OpenFlow

OpenFlow是实现SDN架构的一种可行机制。其实现的核心要素是在网络要素和SDN控制器之间使用OpenFlow协议，然后再用一个SDN控制器来设计交换机的数据转换。基于控制和承载分离的思想，逻辑上集中化的网络控制器和分布式转发设备之间采用OpenFlow协议通信，控制器实现网络控制平面的功能，并将转发表下发到转发设备[4]。

2 SDN的应用与挑战

2.1 SDN的商业应用

SDN技术使传统网络设备、网络应用和管理模式等发生大转变，考虑到 SDN 对未来网络设备市场的影响，相关厂商也纷纷加紧研究和市场争夺。

（1）芯片厂商推进大规模商用。标准化的SDN设备需要新一代专门面向SDN的通用的交换芯片。博通、英特尔、美满电子等国际芯片厂商积极地推出了实现SDN的网络处理芯片解决方案。

（2）网络设备厂商把SDN纳入产品战略。从2012年，网络设备厂商纷纷把SDN纳入其产品战略规划。目前，思科、华为技术、瞻博等企业都已推出自己的SDN战略（如思科的ONE、华为技术的SoftCOM），并在其部分设备上实现了对OpenFlow的支持。

（3）互联网企业开始商用。Google在其内部全部部署OpenFlow，给出了具有说服力的商用案例。国内互联网公司也在致力于SDN开发工作，腾讯、阿里巴巴、新浪等其他几家国内互联网巨头也都已经对SDN进行了相关研究。

（4）电信运营商开始试验。相对于互联网企业，运营商（ISP）则更多地对SDN持谨慎态度。国外电信运营商充分利用SDN在数据中心建设方面的独特优势，例如NTT DoCoMo、Verizon等电信运营商正在着手利用OpenFlow协议构建全新的数据中心网络架构。中国电信也开始对SDN做小规模试验。

2.2 SDN面临的挑战

虽然SDN实现了网络的可编程性，支持云计算和虚拟化业务，在网络管理等方面也有着明显的技术优势，但目前 SDN 技术发展和应用还处于起步阶段，面临着多重挑战。

（1）接口协议尚未标准化。对SDN标准体系是否要统一还有争论，在SDN实现上，VMware和Openstack各成体系，类似于IOS和安卓。标准体系不统一在一定程度上上阻碍了SDN的发展。

（2）软件复杂性和有效性挑战。在SDN架构下，控制器需要为每一条流选择一条数据通道，制定优化的路由策略，其复杂性可想而知，随控制网元数量的增加，这一压力呈几何级上升。如何在软件复杂度和运算效率之间取得平衡是SDN面临的一大挑战。

（3）网络安全性挑战。SDN采取集中控制架构，由于集中控制的方式存在着先天缺陷和风险，网络安全性面临着挑战。

（4）从现有硬件平台向虚拟化网络的平滑演进、兼容性和长期共存的挑战。网络上长期留下来的、多厂商的、多种类的老系统、老设备如何去适配新网络，同时如何保证性能的平滑性面临着挑战[5]。

3 结束语

传统的网络架构不能满足用户对移动性、虚拟化服务以及业务快速响应的需求，而SDN提出了一种全新的网络结构，通过路由控制和数据转发相分离，简化了网络设备和网络结构，实现了网络和业务的可编程，促进了网络的虚拟化，提高了网络灵活性，为开放、创新的网络技术研究提供了一个有效的实验平台。

虽然SDN是未来网络发展的趋势，但还会面临很多问题，像很多IT创新技术一样，SDN需要一些时间来发展。未来SDN将如何发展，让我们拭目以待！

参考文献：

[1]阿呆.话说SDN：势在必行的网络变革？[J].通讯世界，2012（12）：32-38

[2]袁广翔.软件定义网络技术发展与应用研究[J].现代电信科技，2013（04）：45-50.

[3]赵慧玲，冯明，史凡.SDN――未来网络演进的重要趋势[J].电信科学，2012（11）：1-5.

[4]韩少杰.SDN：应用为王的时代[J].通讯世界，2012（12）：40-41.

[5]郑毅，华一强，何晓峰.SDN的特征、发展现状及趋势[J].电信科学，2013（09）：102-107.

作者简介：尚刚（1988.06-），河南太康人，硕士研究生，主要研究方向：智能信息处理；潘颖（1990.06-），江台人，硕士研究生，主要研究方向：计算机网络。

作者单位：南京财经大学信息工程学院，南京 210046