基本概念

2006年，美國(guó)GENI項(xiàng)目資助了斯坦福大學(xué)Clean Slate課題，以Nick McKeown教授為首的課題組提出了Openflow的概念用于校園網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，因?yàn)镺penflow給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)可編程的特性，軟件定義網(wǎng)絡(luò)的概念應(yīng)運(yùn)而生。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)的概念是：通過(guò)某種網(wǎng)絡(luò)協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面與數(shù)據(jù)面分離 ，從而擺脫硬件對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的限制 ，對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行靈活控制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)作虛擬化和智能化 ，從而節(jié)省成本 ；因此，它也被看作一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式——由最底層的數(shù)據(jù)平面、中間層的控制平面、最上層的應(yīng)用平面及輔助管理平面組成。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)層面，一是網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備硬件呈現(xiàn)出簡(jiǎn)單化、歸一化，與傳統(tǒng)復(fù)雜的業(yè)務(wù)特性解耦后，設(shè)備的主體功能為轉(zhuǎn)發(fā)與存儲(chǔ)，傳輸效率明顯提升，而簡(jiǎn)單通用的硬件架構(gòu)平臺(tái)可以輕易部署于整個(gè)核心網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)一且便于管理、維護(hù)。二是網(wǎng)絡(luò)自身具備了智能化，控制器中運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的集中處理、傳輸帶寬的統(tǒng)一調(diào)配、虛擬網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)配置，使網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)安全威脅、應(yīng)急事件等情況時(shí)具備一定的自?xún)?yōu)化能力。三是網(wǎng)絡(luò)對(duì)上的服務(wù)呈現(xiàn)虛擬標(biāo)準(zhǔn)化，控制器上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供路由、安全、策略、流量工程等服務(wù)接口，新型應(yīng)用的部署更加便捷、高效。

由于網(wǎng)絡(luò)流量與具體應(yīng)用銜接得更緊密，網(wǎng)絡(luò)管理的主動(dòng)權(quán)存在從傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)向互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的可能。

核心和本質(zhì)

與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對(duì)流量的控制和轉(zhuǎn)發(fā)獨(dú)立性控制不同，軟件定義網(wǎng)絡(luò)的核心是將路由器和交換機(jī)中的控制平面分離出數(shù)據(jù)平面網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用通用的硬件平臺(tái)，只負(fù)責(zé)單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；原來(lái)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)邏輯控制的功能被遷徙、提煉成一個(gè)獨(dú)立的、相對(duì)集中的控制器上，衍生出特有的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，具有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的全局視野，相當(dāng)于網(wǎng)絡(luò)的指揮機(jī)構(gòu)。通用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備與控制器通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口進(jìn)行數(shù)據(jù)流表的交互，通過(guò)控制器制定的流表進(jìn)行匹配和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。上層的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與應(yīng)用通過(guò)控制器提供的標(biāo)準(zhǔn)接口對(duì)底層的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行調(diào)用，從而把整個(gè)網(wǎng)絡(luò)看做一個(gè)邏輯的或虛擬的網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，通過(guò)可編程方式對(duì)這個(gè)“實(shí)體”進(jìn)行高效靈活的管控。

由上可知，軟件定義網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)就是開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)資源，通過(guò)軟件調(diào)用實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；軟件定義網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)調(diào)兩方面的能力：

一是控制轉(zhuǎn)發(fā)分離：傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備緊耦合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，被分拆成控制和轉(zhuǎn)發(fā)兩個(gè)平面。同時(shí)，在控制平面，增加集中控制器進(jìn)行整體調(diào)度，將命令和邏輯發(fā)送回硬件（路由器或交換機(jī)）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面。

二是開(kāi)放API及軟件定義：即通過(guò)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的對(duì)外開(kāi)放的API進(jìn)行軟件編程，實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)集中的管理能力，而不需要在每個(gè)路由器或交換機(jī)上分別以設(shè)備為中心進(jìn)行管理。

四大特點(diǎn)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)具有四大特點(diǎn)：

一是簡(jiǎn)單化，可以實(shí)現(xiàn)中心控制，使得很多復(fù)雜的協(xié)議處理得到簡(jiǎn)化；

二是快速部署與維護(hù)；

三是靈活擴(kuò)展，從一個(gè)機(jī)柜大的網(wǎng)絡(luò)還可以擴(kuò)展到像大的運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)，也可以從一個(gè)控制器得到控制；

四是開(kāi)放性，因OpenFlow是其重要的組成部分，它的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能和網(wǎng)絡(luò)控制功能是分離的，這種分離可以分別由交換機(jī)來(lái)處理和由網(wǎng)絡(luò)控制器處理，從而簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)的管理，使用戶(hù)有更多的選擇自定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)省他的投資，使用戶(hù)選擇多家設(shè)備共存，打破壟斷。用戶(hù)根據(jù)自己的需求和需要在任何時(shí)候方便升級(jí)

安全優(yōu)勢(shì)

擁有了自由移動(dòng)的軟件定義網(wǎng)絡(luò)后，工程師將能夠通過(guò)快速且高水平地查看網(wǎng)絡(luò)的所有區(qū)域以及修改網(wǎng)絡(luò)來(lái)改變規(guī)則。

這種自由和控制還能為你的系統(tǒng)帶來(lái)更好的安全性。通過(guò)快速限制以及從中央視角查看網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的能力，管理人員可以有效地作出更改。例如，如果網(wǎng)絡(luò)中爆發(fā)了惡意軟件，通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)和OpenFlow，就能夠迅速地從集中控制平面阻止這種流量來(lái)限制這種爆發(fā)，而不需要訪問(wèn)多個(gè)路由器或交換機(jī)。

快速對(duì)網(wǎng)絡(luò)作出調(diào)整的能力使管理人員能夠以更安全的方式來(lái)執(zhí)行流量整形和數(shù)據(jù)包QoS.這種能力現(xiàn)在已經(jīng)存在，但速度和效率不好，當(dāng)管理人員在試圖保護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全時(shí)，這將限制他們的能力。

實(shí)現(xiàn)途徑

盡管?chē)@軟件定義網(wǎng)絡(luò)的所有興奮點(diǎn)都是由OpenFlow刺激起來(lái)的，但OpenFlow并非實(shí)現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的唯一方法或者唯一途徑。實(shí)現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)，除了OpenFlow以外，至少還有6種途經(jīng)。

命令行接口(CLI)：CLI是交換機(jī)和路由器的常用接口，網(wǎng)絡(luò)經(jīng)理們常用它來(lái)配置交換機(jī)，激活或者禁用某些服務(wù)。

Arista網(wǎng)絡(luò)的CEO Jayshree Ullal說(shuō)，“要想開(kāi)放，不只有一種方法。要想擴(kuò)展，也不只一種方法。CLI雖然不是我們常用的可編程接口，但它依然是今天很多人構(gòu)建現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的方法。”

SNMP：簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議是網(wǎng)絡(luò)管理的一個(gè)重要部分。在各項(xiàng)活躍的管理任務(wù)中，SNMP常被用來(lái)修正和應(yīng)用新的配置，而且是通過(guò)遠(yuǎn)程修正配置信息實(shí)現(xiàn)的。

XMPP：可擴(kuò)展的消息處理現(xiàn)場(chǎng)協(xié)議(XMPP)是處理現(xiàn)場(chǎng)和消息路由的一個(gè)XML流協(xié)議。它還可提供安全但是方便的可編程語(yǔ)言，用于耦合多種不同的網(wǎng)絡(luò)。

Netconf：IETF的Netconf旨在減少與自動(dòng)化設(shè)備配置有關(guān)的編程工作量。Netconf可使用XML來(lái)配置設(shè)備，實(shí)現(xiàn)更高效的分路狀態(tài)，并在設(shè)備上存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)。

OpenStack：OpenStack是Rackspace/NASA為云計(jì)算而建立的一個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目，這個(gè)模塊化的開(kāi)源軟件可用域開(kāi)發(fā)公有云和私有云計(jì)算架構(gòu)和控制器。目前已有超過(guò)135家公司參與了OpenStack項(xiàng)目。

虛擬化軟件API：hypervisor中的API和其他虛擬化軟件，如VMware的vSphere，虛擬化服務(wù)器、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源等都可以按需集中并分配給各種應(yīng)用。它們包含可定義資源池的工具，以及定義服務(wù)等級(jí)的業(yè)務(wù)工具，并能自動(dòng)強(qiáng)制執(zhí)行服務(wù)等級(jí)，以確保應(yīng)用的可用性、性能、安全和擴(kuò)展性。

5G移動(dòng)通信與軟件定義網(wǎng)絡(luò)

在5G時(shí)代，推動(dòng)軟件定義網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力來(lái)源于大數(shù)據(jù)中心和廣域網(wǎng)（WAN）中的大數(shù)據(jù)流量需求；借助軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)，可以解決通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)靈活性和敏捷度的要求。

面對(duì)日益劇增并更新?lián)Q代的5G通信數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如果僅考慮不停地去更新硬件設(shè)備或相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施，實(shí)現(xiàn)起來(lái)困難諸多；如果充分發(fā)揮軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，即是充分挖掘軟件起到的多種類(lèi)網(wǎng)絡(luò)控制作用，就能跟上5G時(shí)代數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大流量的劇增趨勢(shì)，在網(wǎng)絡(luò)部署加速和傳輸效率提升上起到好的作用，而且還能保證硬件建設(shè)成本不會(huì)大幅提升，并支持各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的接入應(yīng)用。

5G移動(dòng)通信系統(tǒng)中采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)的必要性主要體現(xiàn)在運(yùn)營(yíng)商層面。全球著名電信運(yùn)營(yíng)商AT&T的技術(shù)和運(yùn)營(yíng)高級(jí)執(zhí)行副總裁 John Donovan 指出“軟件定義的網(wǎng)絡(luò)將徹底重構(gòu)廣域網(wǎng)絡(luò)。開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)(（ONOS）作為聚焦運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的軟件定義網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源軟件平臺(tái)，在運(yùn)營(yíng)商最關(guān)注的性能、擴(kuò)展性、可靠性等方面，更好的匹配了我們的核心訴求。”

軟件定義網(wǎng)絡(luò)的思維在5G時(shí)代逐漸擴(kuò)展到其它應(yīng)用領(lǐng)域，出現(xiàn)了“軟件定義存儲(chǔ)”、“軟件定義安全”、“軟件定義數(shù)據(jù)中心”等許多說(shuō)法；有人干脆說(shuō)“軟件定義一切”，也就是SDX。

為什么軟件定義網(wǎng)絡(luò)是5G關(guān)鍵技術(shù)

5G帶來(lái)的不僅僅是更高的帶寬和更低的延遲，其靈活、敏捷、可管理等特性，還將為運(yùn)營(yíng)商打造更多創(chuàng)新服務(wù)，以更好地應(yīng)對(duì)OTT的沖擊。而軟件定義網(wǎng)絡(luò)將是實(shí)現(xiàn)這一切的基礎(chǔ)，其同時(shí)改變了傳統(tǒng)的一個(gè)應(yīng)用一個(gè)硬件的“煙囪”架構(gòu)。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了控制層面和轉(zhuǎn)發(fā)（數(shù)據(jù)）層面的解耦分離，使網(wǎng)絡(luò)更開(kāi)放，可以靈活支撐上層業(yè)務(wù)/應(yīng)用。對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言，軟件定義網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)控制方面的諸多創(chuàng)新，包括分組數(shù)據(jù)連接、可變QoS、下行鏈路緩沖、在線計(jì)費(fèi)、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換和選擇性鏈接等。而據(jù)了解，目前ONF的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中工作組正在加快這些創(chuàng)新的落地。

越來(lái)越多的5G在架構(gòu)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)理念構(gòu)建，例如移動(dòng)通信網(wǎng)NGMN設(shè)想的架構(gòu)，借助硬件和軟件分離，以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化提供的可編程能力，全面覆蓋5G的各個(gè)方面，包括設(shè)備、移動(dòng)/固網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)功能等，從而實(shí)現(xiàn)5G系統(tǒng)的自動(dòng)化編排。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的敏捷特性可以更好地滿(mǎn)足5G時(shí)代不同應(yīng)用的不同需求，讓每一個(gè)應(yīng)用都有特定的帶寬、延遲等。同時(shí)IT人員還能借助軟件定義網(wǎng)絡(luò)的可編程性，將網(wǎng)絡(luò)成獨(dú)立的、端到端的“切片”，包括無(wú)線、回程、核心和管理域。

有了軟件定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的支撐，運(yùn)營(yíng)商真正實(shí)現(xiàn)了將網(wǎng)絡(luò)作為一種服務(wù)并在連續(xù)提供服務(wù)的同時(shí)有效地管理網(wǎng)絡(luò)資源。軟件定義網(wǎng)絡(luò)還將為運(yùn)營(yíng)商提供最佳數(shù)據(jù)傳輸路徑，進(jìn)一步優(yōu)化運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)。綜合來(lái)看，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的5G架構(gòu)，將會(huì)進(jìn)一步降低運(yùn)營(yíng)商的capex和opex，讓運(yùn)營(yíng)商有更多的資金去實(shí)現(xiàn)服務(wù)的創(chuàng)新，將網(wǎng)絡(luò)真正轉(zhuǎn)化為價(jià)值收益。

當(dāng)然，5G網(wǎng)絡(luò)除了軟件定義網(wǎng)絡(luò)，其實(shí)還需要網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和云計(jì)算技術(shù)的支撐，才能構(gòu)建更加靈活、智能、高效和開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。例如，通過(guò)云支持多種無(wú)線制式的接入，并融合集中式和分布式兩種無(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)，以適應(yīng)各種類(lèi)型的回傳鏈路，實(shí)現(xiàn)更靈活的組網(wǎng)部署和更高效的無(wú)線資源管理；而借助網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化則可進(jìn)一步降低運(yùn)營(yíng)商的投入成本（通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)硬件），并實(shí)現(xiàn)更多功能。相比之下，軟件定義網(wǎng)絡(luò)提供的是更底層的支撐，但絕對(duì)關(guān)鍵！