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本文系统地研究了SDN网络架构内容，对SDN中的关键技术和设备进行了分析，介绍了SDN技术的优势，并分析了当前SDN网络发展面临核心问题，对SDN网络的发展进行了展望。通过对SDN新型网络架构研究，其功能特性实现网络转发功能和控制功能彻底分离，在数据中心、广域网、WVLAN等组网领域具有明显优势，该技术是未来网络技术发展主流方向，逐渐受到用户青睐。
一、引言
随着大数据时代的来临，云计算和大数据业务对网络的智能化、敏捷性要求越来越高，当今主流传统网络架构逐渐难以满足相关的业务需求，为了适应业务对快速网络部署的要求，SDN（软件定义网络）新一代网络架构的热度持续升温。通过SDN网络的部署，管理人员通过向设备内输入网络命令实现对网络中路由器和交换机等设备的控制。网络中的设备不但要具备数据的转发能力，还要具备网络的控制能力。网络部署人员能实现统架构进行重新规划和布局， 将网络功能模块化，将设备的控制能力和对数据信息的转发能力进行分离，实现对功能的集中管理。从控制层面从全局掌控网络，成为网络的大脑与核心，转发层面只负责数据流的转发，对整个网络而言只作为透明的传输介质，具有实质意义。
SDN（软件定义网络）的架构方式能够将设备的控制能力和对数据信息的转发能力进行有效分离，作为一种新型网络架构能够将数据信息的转发功能和设备的控制能力进行彻底分离，该架构为未来网络技术革新指明了方向，并逐渐受到各大企业信息管理人员的认可。在中国各个行业积极参与SDN技术应用与部署对我国网络技术发展与创新增强国家科技竞争力有着深远影响。
二、SDN网络技术概要和认识
SDN是Software Defined Network的缩写，软件定义网络，SDN并不是一个具体的技术，它是一种网络设计理念，最早起源于美国斯坦福大学实验室的研究项目，由McKeown教授提出SDN 最早的概念，设计初衷是为了解决无法利用现有网络中的大规模真实流量和丰富应用进行试验，以便研究如何提高网络的速度、可靠性、能效和安全性等问题。其基本思想是把当前IP网络互连节点中决定报文如何转发的复杂控制逻辑从交换机/路由器分离出来，以便通过软件编程实现硬件对数据转发规则的控制，最终达到对流量进行自由操控的目的。随着 SDN 的发展，越来越多的厂商加人SDN 的研究行列。由于不同行业、不同应用对 SDN 有着各自不同的需求，因此在谈论SDN时通常也有着不同的理解。
（一）SDN架构
图1 SDN架构
SDN是一种新型的网络架构，它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，并实现可编程化控制。其中，应用层包括各种不同的业务和应用;控制层主要负责处理数据平面自有的编排，维护网络拓扑，状态信息等;基础设施层（数据转发层）负责基于流表的数据处理、转发和状态收集。
（二）SDN技术内涵
SDN是为了应对当前网络中面临的扩展困难，灵活性不够等发展瓶颈问题，其主要目的是简化网络配置、管理，促进网络向动态灵活的方向演化，通过对网络进行高度抽象、虚拟化后，虽然会造成网络部分性能的能的下降。但带来了网络配置、管理的简化，和更加灵活高效的发展方向与新的管控策略。网络资源的配置就像在手机上安装应用程序一样，方便快捷。
（三）SDN主要特征与优势
SDN最主要的特征就是数据转发和控制分离，同时还具有网络虚拟化和开放接口等特征。
数据转发和控制分离：将基础硬件与业务实现分离，其硬件仅负责数据转发和存储，将控制与转发分离后，更利于网络的集中控制，使得控制层获得网络资源的全局信息，并根据业务需求进行资源的全局调配和优化，整个网络可在逻辑上，被视作是一台设备进行运行和维护，无需对物理设备进行现场配置，从而提升了网络控制的便捷性。
网络虚拟化：通过南向接口的统一和开放，屏蔽了底层物理转发设备的差异，实现了底层网络对上层应用的透明化。逻辑网络和物理网络分离后，逻辑网络可以根据业务需要进行配置、迁移，不再受具体设备物理位置的限制。
开放接口：通过开放的南向和北向接口，能够实现应用和网络的无缝集成，使得应用能告知网络如何运行，才能更好的满足應用的需求，比如网络的带宽、时延需求，计费对路由的影响等。实现，用户自行开发网络业务并调用资源，加快新业务的上线周期。
SDN的优势与价值明显实现了网络资源的使用效率，提升了网络虚拟化能力并加速了网络创新。还具有如下优势：
无缝的版本升级解决设备版本升级对业务的影响;网络数据可视化;整体的流量调度。
三、SDN技术发展趋势与存在的主要问题
由于计算虚拟化驱动由静态到动态的网络变化，需要网络开放出来，能与虚拟化业务互通起来随需而动;二是云计算对资源的垂直整合驱动网络技术从独立演进到协同，网络作为一种资源被云计算整合到基础架构中，提供快速连接的服务趋势;三是云计算时代IT业务变化驱动由固定到可编程网络越来越快的变化导致网络资源需要随业务跨地域整合，驱动SDN技术不断的发展。
（一） SDN国外应用案例
Google 的网络分为数据中心内部网络（IDC Network）及骨干网（Backbone Network，也可以称为WAN网）。其中WAN网按照流量方向由两张骨干网构成，分别为：第一，数据中心之间互联的网络（Inter-DC WAN，即G-scale Network），用来连接Google位于世界各地之间的数据中心，属于内部网络Google选择使用SDN来改造数据中心之间互联的WAN网（即G-scale Network）
促使Google使用SDN改造WAN网的最大原因是 当前连接WAN网的链路带宽利用率很低。GoogleWAN网的出口设备有上百条对外链路，分成很多的ECMP负载均衡组，在这些均衡组内的多条链路之间 用的是基于静态Hash的负载均衡方式， ，最主要的应用是流量工程，最主要的控制手段是软件应用程序。 （二）厂商的技术不断投入
由于SDN架构下，交换机功能简单且同质化，缺少市场价值。因此，对于以思科、华为技术为代表的传统设备商而言，SDN将使它们目前的优势地位面临巨大挑战。同时，由于SDN 代表了网络虚拟化这一必然趋势，传统设备商也无法拒绝或回避。因此，它们多采用“两条腿走路”的方式：一方面，通过收购SDN初创公司、对原有设备进行SDN 升级等手段密切跟踪SDN的发展;另一方面，则积极推出自己的SDN战略，力图利用现有优势地位掌握 SDN发展的主导权，将之融人现有网络架构之中。这也就是设备要积极推动SDN与OpenFlow 解藕合的深层原因。
（三） SDN面临的核心问题
由于SDN的出现打破现有网络设备市场格局，为竞争者带来绝佳的机会，因而获得了大批创业者和各利益相关方的关注与积极参.大型互联网公司希望 SDN提供掌握网络深层信息的可编程接口，以优化和提升业务体验;云服务提供商希望SDN提供网络虚拟化和自动配置，以适应其扩展性和多租户需求;ISP 希望利用SDN简化网络管理以及实现快速灵活的业务提供;企業网用户希望 SDN 实现私有云的自动配置和降低设备采购成本。大量的SDN技术的应用导致产生如下问题：
软件复杂度高、系统稳定性存在隐患：SDN 架构下，控制器需要为每一条流制定优化的路由策略，其运算压力之大可想而知，且这一压力会随控制网元数量的增加呈几何级上升。此外，由于不同应用会在SDN 系统建立不同的逻辑网络，各应用程序彼此会妨碍对方的功能，资源竞争将会非常激烈。而从计算机程序的发展历史来看，为了协调各程序的运行，提高资源利用效率，往往会导致资源分配算法的复杂度和运算量呈指数级上升，进而存在成为系统瓶颈的可能。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。
不同SDN产品间的兼容问题：目前，ONF仅定义了控制器连接交换机的南向接口，而尚未定义控制器之间的接口及控制器开放给应用程序的北向接口。原因是该组织认为现在标准化这些接口为时尚早，且可能会扼杀网络基础架构中关键组件的创新。但这也无疑增加了各厂商设备间互通的难度，导致各SDN产品存在兼容性问题，导致产品间的排他性严重，无法实现多网融合，阻碍了SDN规模应用。
四、总结与展望
长期以来，网络技术总是以被动方式进行演变，并且大量的技术革新都落地在网络设备本身，如带宽不断提升，从千兆到万兆、再到40G和100G;设备体系架构变化，也是为了性能地不断提升，从交换能力几十Gbps提升到T级别以致100T级别;组网变化，网络设备的N：1集群性质的虚拟化，在一定范围内和一定规模上优化了网络架构，简化了网络设计。新的技术应用，总会引起设备的升级换代，并且随着流量的巨大变化。SDN的出现和理念演进，开始改变网络被动性的现状，使网络具备较大灵活程度的“定义”能力。这种可定义性，是网络主动“处理”流量而不仅仅是被动“承载”流量，并使得网络与计算之间的关系不仅仅是“对接”，而是“交互”。其技术理念体现网络智能管理能力，通过业务需求对资源快速进行调整，实现网络资源的重构，在更高层面满足业务需求，才是其技术发展的原生动力。
（作者单位：1.思极智联（内蒙古）信息通信科技有限公司 2.北京国网信通埃森哲信息技术有限公司）
一、引言
随着大数据时代的来临，云计算和大数据业务对网络的智能化、敏捷性要求越来越高，当今主流传统网络架构逐渐难以满足相关的业务需求，为了适应业务对快速网络部署的要求，SDN（软件定义网络）新一代网络架构的热度持续升温。通过SDN网络的部署，管理人员通过向设备内输入网络命令实现对网络中路由器和交换机等设备的控制。网络中的设备不但要具备数据的转发能力，还要具备网络的控制能力。网络部署人员能实现统架构进行重新规划和布局， 将网络功能模块化，将设备的控制能力和对数据信息的转发能力进行分离，实现对功能的集中管理。从控制层面从全局掌控网络，成为网络的大脑与核心，转发层面只负责数据流的转发，对整个网络而言只作为透明的传输介质，具有实质意义。
SDN（软件定义网络）的架构方式能够将设备的控制能力和对数据信息的转发能力进行有效分离，作为一种新型网络架构能够将数据信息的转发功能和设备的控制能力进行彻底分离，该架构为未来网络技术革新指明了方向，并逐渐受到各大企业信息管理人员的认可。在中国各个行业积极参与SDN技术应用与部署对我国网络技术发展与创新增强国家科技竞争力有着深远影响。
二、SDN网络技术概要和认识
SDN是Software Defined Network的缩写，软件定义网络，SDN并不是一个具体的技术，它是一种网络设计理念，最早起源于美国斯坦福大学实验室的研究项目，由McKeown教授提出SDN 最早的概念，设计初衷是为了解决无法利用现有网络中的大规模真实流量和丰富应用进行试验，以便研究如何提高网络的速度、可靠性、能效和安全性等问题。其基本思想是把当前IP网络互连节点中决定报文如何转发的复杂控制逻辑从交换机/路由器分离出来，以便通过软件编程实现硬件对数据转发规则的控制，最终达到对流量进行自由操控的目的。随着 SDN 的发展，越来越多的厂商加人SDN 的研究行列。由于不同行业、不同应用对 SDN 有着各自不同的需求，因此在谈论SDN时通常也有着不同的理解。
（一）SDN架构
图1 SDN架构
SDN是一种新型的网络架构，它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，并实现可编程化控制。其中，应用层包括各种不同的业务和应用;控制层主要负责处理数据平面自有的编排，维护网络拓扑，状态信息等;基础设施层（数据转发层）负责基于流表的数据处理、转发和状态收集。
（二）SDN技术内涵
SDN是为了应对当前网络中面临的扩展困难，灵活性不够等发展瓶颈问题，其主要目的是简化网络配置、管理，促进网络向动态灵活的方向演化，通过对网络进行高度抽象、虚拟化后，虽然会造成网络部分性能的能的下降。但带来了网络配置、管理的简化，和更加灵活高效的发展方向与新的管控策略。网络资源的配置就像在手机上安装应用程序一样，方便快捷。
（三）SDN主要特征与优势
SDN最主要的特征就是数据转发和控制分离，同时还具有网络虚拟化和开放接口等特征。
数据转发和控制分离：将基础硬件与业务实现分离，其硬件仅负责数据转发和存储，将控制与转发分离后，更利于网络的集中控制，使得控制层获得网络资源的全局信息，并根据业务需求进行资源的全局调配和优化，整个网络可在逻辑上，被视作是一台设备进行运行和维护，无需对物理设备进行现场配置，从而提升了网络控制的便捷性。
网络虚拟化：通过南向接口的统一和开放，屏蔽了底层物理转发设备的差异，实现了底层网络对上层应用的透明化。逻辑网络和物理网络分离后，逻辑网络可以根据业务需要进行配置、迁移，不再受具体设备物理位置的限制。
开放接口：通过开放的南向和北向接口，能够实现应用和网络的无缝集成，使得应用能告知网络如何运行，才能更好的满足應用的需求，比如网络的带宽、时延需求，计费对路由的影响等。实现，用户自行开发网络业务并调用资源，加快新业务的上线周期。
SDN的优势与价值明显实现了网络资源的使用效率，提升了网络虚拟化能力并加速了网络创新。还具有如下优势：
无缝的版本升级解决设备版本升级对业务的影响;网络数据可视化;整体的流量调度。
三、SDN技术发展趋势与存在的主要问题
由于计算虚拟化驱动由静态到动态的网络变化，需要网络开放出来，能与虚拟化业务互通起来随需而动;二是云计算对资源的垂直整合驱动网络技术从独立演进到协同，网络作为一种资源被云计算整合到基础架构中，提供快速连接的服务趋势;三是云计算时代IT业务变化驱动由固定到可编程网络越来越快的变化导致网络资源需要随业务跨地域整合，驱动SDN技术不断的发展。
（一） SDN国外应用案例
Google 的网络分为数据中心内部网络（IDC Network）及骨干网（Backbone Network，也可以称为WAN网）。其中WAN网按照流量方向由两张骨干网构成，分别为：第一，数据中心之间互联的网络（Inter-DC WAN，即G-scale Network），用来连接Google位于世界各地之间的数据中心，属于内部网络Google选择使用SDN来改造数据中心之间互联的WAN网（即G-scale Network）
促使Google使用SDN改造WAN网的最大原因是 当前连接WAN网的链路带宽利用率很低。GoogleWAN网的出口设备有上百条对外链路，分成很多的ECMP负载均衡组，在这些均衡组内的多条链路之间 用的是基于静态Hash的负载均衡方式， ，最主要的应用是流量工程，最主要的控制手段是软件应用程序。 （二）厂商的技术不断投入
由于SDN架构下，交换机功能简单且同质化，缺少市场价值。因此，对于以思科、华为技术为代表的传统设备商而言，SDN将使它们目前的优势地位面临巨大挑战。同时，由于SDN 代表了网络虚拟化这一必然趋势，传统设备商也无法拒绝或回避。因此，它们多采用“两条腿走路”的方式：一方面，通过收购SDN初创公司、对原有设备进行SDN 升级等手段密切跟踪SDN的发展;另一方面，则积极推出自己的SDN战略，力图利用现有优势地位掌握 SDN发展的主导权，将之融人现有网络架构之中。这也就是设备要积极推动SDN与OpenFlow 解藕合的深层原因。
（三） SDN面临的核心问题
由于SDN的出现打破现有网络设备市场格局，为竞争者带来绝佳的机会，因而获得了大批创业者和各利益相关方的关注与积极参.大型互联网公司希望 SDN提供掌握网络深层信息的可编程接口，以优化和提升业务体验;云服务提供商希望SDN提供网络虚拟化和自动配置，以适应其扩展性和多租户需求;ISP 希望利用SDN简化网络管理以及实现快速灵活的业务提供;企業网用户希望 SDN 实现私有云的自动配置和降低设备采购成本。大量的SDN技术的应用导致产生如下问题：
软件复杂度高、系统稳定性存在隐患：SDN 架构下，控制器需要为每一条流制定优化的路由策略，其运算压力之大可想而知，且这一压力会随控制网元数量的增加呈几何级上升。此外，由于不同应用会在SDN 系统建立不同的逻辑网络，各应用程序彼此会妨碍对方的功能，资源竞争将会非常激烈。而从计算机程序的发展历史来看，为了协调各程序的运行，提高资源利用效率，往往会导致资源分配算法的复杂度和运算量呈指数级上升，进而存在成为系统瓶颈的可能。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。
不同SDN产品间的兼容问题：目前，ONF仅定义了控制器连接交换机的南向接口，而尚未定义控制器之间的接口及控制器开放给应用程序的北向接口。原因是该组织认为现在标准化这些接口为时尚早，且可能会扼杀网络基础架构中关键组件的创新。但这也无疑增加了各厂商设备间互通的难度，导致各SDN产品存在兼容性问题，导致产品间的排他性严重，无法实现多网融合，阻碍了SDN规模应用。
四、总结与展望
长期以来，网络技术总是以被动方式进行演变，并且大量的技术革新都落地在网络设备本身，如带宽不断提升，从千兆到万兆、再到40G和100G;设备体系架构变化，也是为了性能地不断提升，从交换能力几十Gbps提升到T级别以致100T级别;组网变化，网络设备的N：1集群性质的虚拟化，在一定范围内和一定规模上优化了网络架构，简化了网络设计。新的技术应用，总会引起设备的升级换代，并且随着流量的巨大变化。SDN的出现和理念演进，开始改变网络被动性的现状，使网络具备较大灵活程度的“定义”能力。这种可定义性，是网络主动“处理”流量而不仅仅是被动“承载”流量，并使得网络与计算之间的关系不仅仅是“对接”，而是“交互”。其技术理念体现网络智能管理能力，通过业务需求对资源快速进行调整，实现网络资源的重构，在更高层面满足业务需求，才是其技术发展的原生动力。
（作者单位：1.思极智联（内蒙古）信息通信科技有限公司 2.北京国网信通埃森哲信息技术有限公司）