近年來，軟件定義的組網（SDN）打破了網絡領域多年來的沉寂，成為幾乎每個專業領域的熱門議題。為什么SDN能夠引起那么多不同專業、不同背景人士的共同興趣？從戰略層面來看，SDN將為電信業帶來哪些全局性、顛覆性的變革？
1、電信業的探索
“治標不治本的網絡演進思路已經難以為繼，需要突破性思路和根本性網絡架構變革。”
多年來，由于不斷借鑒計算機的技術創新成果，電信網的功能和性能在不斷進步。從網絡架構上看，電信業也在不同的專業領域不斷嘗試控制與交換/轉發/傳送的分離以及集中控制的思路，例如核心網中的SS/IMS、承載網中的MPLS、傳送網中的ASON等。
然而，從實際效果來看，電信業學習得始終不到位、不徹底。而且，這些探索都是各個專業自己的獨立探索，只涉及有限的專業領域或網絡層面，開放性極其有限、標準化程度很低，并沒有形成統一、跨網、跨層、跨域、跨技術的網絡架構、接口和協議，自然也沒有帶來全局性的影響和突破。
盡管電信業學習和借鑒了很多計算機技術的成果，但在技術思維方式上和網絡架構上卻一直在沿用傳統的軟硬件一體化的封閉架構。
時至今日，這種進展緩慢、昂貴、封閉的網絡架構與不斷創新、日益龐大的互聯網應用層的矛盾已經日益尖銳，難以調和，這也成為電信網成本居高不下的根本原因。顯然，傳統的治標不治本的網絡演進思路已經難以為繼，需要突破性思路和根本性網絡架構變革。
2、現有電信網的癥結
“現有封閉無序的體系架構和封閉的網元架構注定了網絡行為的不確定，也就難以支持QoS、擴展性、安全性、可管可控可信任等要求。”
在蓬勃發展的互聯網時代，現有電信網所暴露出來的主要問題可以歸納為以下四個方面。
第一，網絡復雜、剛性而昂貴。電信網通常由大量單一功能、專用網絡節點和碎片化、昂貴、專用的硬件構成。網絡一旦建好，難以變動，無法快速配置資源和帶寬，支撐不了應用層的新應用、新使用方式、新商業模式。
第二，電信網的網元是軟硬件垂直一體化的封閉架構。歷史上，電信網為了滿足不同業務、接入方式、質量、安全等需求，引入了大量不同的控制協議，且綁定于特定轉發協議，構成控制轉發一體化的封閉架構。這種封閉的架構導致設備本身日益臃腫、擴展性受限、功耗很大、性能提升空間小、創新難、價格昂貴。一旦部署，就被廠家鎖定。從網絡角度來看，網絡的設備種類和數目也越積越多，不僅造成硬件的大量重復和浪費，也帶來了網絡的高度復雜性，正越來越成為網絡運維人員的噩夢。
第三，網絡和業務形成了大量獨立的“煙囪群”。隨著技術與業務的不斷發展，新業務、新功能、新性能的提供往往需要開發新協議和新設備，造成設備種類和數量的大量繁衍，外加運營商上下分割和部門間左右分割的格局和現狀，形成大批獨立封閉的網絡和業務“煙囪群”，成本高、資源不能共享、利用率低、網絡和業務難以協同和融合，無法以互聯網時間快速支撐業務和應用及使用模式的快速變化。
第四，電信網的運營成本和建設成本居高不下。隨著網絡和業務的不斷發展，運營商尤其是中國的電信運營商不得不面對大量不同的廠家及不同設備的采購、設計、集成、互操作測試、部署配置、維護運行、升級改造，導致居高不下的運營成本和建設成本。特別是面對云計算和移動互聯網動態變化對資源和容量的要求，以手工配置為主的靜態網絡根本無法快速支撐這些新技術、新業務的發展。
不難看出，上述這些問題多半與網絡架構有關。現有封閉無序的體系架構和封閉的網元架構注定了網絡行為的不確定，也就難以支持QoS、擴展性、安全性、可管可控可信任等要求。云計算所需的靈活動態網絡資源配置、高效資源利用率、公平的資源分配均受制于這種網絡剛性架構。可見，網絡架構的突破才是根本性突破，而這正是SDN的珍貴之處。因此，對于SDN的認識絕不能僅僅停留在OpenFlow協議或網絡功能虛擬化的技術層面上，而要有系統的未來網絡架構演進的整體思維和戰略認識。
3、SDN的主要驅動力
“隨著網絡量收剪刀差的持續擴大，技術進步的步伐已經難以跟上流量的攀升和成本的上升，降低網絡成本已經成為應對量收剪刀差的基本出路。”
首先是為了降低網絡成本，特別是運行、管理和維護（OAM）成本。隨著網絡量收剪刀差的持續擴大，技術進步的步伐已經難以跟上流量的攀升和成本的上升，降低網絡成本已經成為應對量收剪刀差的基本出路，而現有僵硬的網絡架構阻礙了這一目標的實現。某著名咨詢公司甚至預計SDN架構有可能降低30%~40%的總體擁有成本（TCO）和60%~80%的運行、管理和維護（OAM）成本，而筆者以為即便能達到上述目標的一半也是了不起的成就。
其次是為了業務靈活和創新能力。期望通過開放、靈活的網絡架構帶來業務創新和業務提供的靈活性與速度以及資源分配靈活性的根本改觀，從而適應新的競爭形勢、新的應用、新的使用方式、新的商業模式、新的用戶。
再次是因為現在已經有廉價的商用IT平臺可用。五年來，隨著IT業在適度性能要求和寬松可靠性要求的前提下，持續不斷地降低成本，使得目前大容量服務器、存儲器和交換機等已經基本具備支撐大量電信和互聯網應用的能力。
最后，近年來隨著計算機技術的不斷進步，先是存儲技術和服務器的虛擬化已經成熟并廣泛應用，現在網絡虛擬化技術也基本可用，從而允許抽象和屏蔽底層的硬件，使得網絡更有彈性和擴展性、更高效和經濟，也更易于實現自動化。
4、SDN的基本特征
“SDN/NFV完滿地結合了快速、高效、基于包的本地決策機制和整體的、基于流的集中控制決策機制。”
SDN的特征有多種描述角度，應用于不同的專業網絡時也可能呈現不同的特征，但是最基本的共性特征有四個。
——水平集成、控制與轉發分離及軟硬件解耦
解耦后的軟件和硬件可以分別獨立發展，軟件可以實現靈活的控制面功能滿足用戶多元化需求，還可以快速部署網絡及網絡功能和參數，快速調度帶寬等資源，提升鏈路利用率等。硬件成為簡單啞資源，專注轉發，可采用廉價通用IT設備，減少設備種類和專用平臺，大幅降低硬件成本，簡化運維管理。
——網絡虛擬化
SDN通過將轉發過程抽象為流表，控制器直接控制流表，屏蔽了底層硬件，實現了網絡虛擬化，物理硬件被淡化為資源池，不僅可以按需靈活和快速分配以及相互隔離，而且可望顯著減少硬件數量及其連帶的建設和運營成本。
——邏輯上集中控制
SDN使得運營商具有全網視野，掌握跨網、跨層、跨域、跨技術和跨廠家的全局信息（包括拓撲和網絡狀態等），有望最佳地利用全網的資源，提升網絡性能（網絡的收斂速度和延時特性等），確保網絡系統路由和性能的可預測，并希望能提供一些全新的網絡功能。
——開放性和軟件可編程接口
SDN打破了傳統電信設備軟硬件一體化的封閉模式，有望建立和利用更廣泛、開放和強壯的產業鏈。而采用軟件可編程接口后，可以通過編程直接而快速地決定網絡功能，這將極大地簡化和加速網絡的部署、管理、升級、自動化，有利于網絡和業務的持續演進和不斷創新。
簡言之，SDN/NFV完滿地結合了快速、高效、基于包的本地決策機制和整體的、基于流的集中控制決策機制。
SDN：傳統網絡的終結者
2014-10-24 08:45:58來源： 中國信息產業網 作者：韋樂平
導讀：基于網絡操作系統這個平臺，用戶可以開發各種應用程序，通過軟件來定義邏輯上的網絡拓撲，以滿足對網絡資源的不同需求，而無須關心底層網絡的物理拓撲結構。
5、帶給運營商的價值
“SDN為業務創新提供廣闊的想象空間，有可能實現運營商多年來不斷討論卻從未實現過的增收夙愿。”
SDN對于運營商而言既是一次重大挑戰，又是一次難得的網絡變革機遇，歸納來看，至少有五個核心價值。
——SDN能顯著降低網絡成本
SDN能降低運營和建設成本。運營商可以大幅度減少設備的采購、集成、互操作和運維升級成本，還可減少硬件種類和數量及連帶的建設與運營成本。硬件IT化、標準化和規模化后，也可以顯著降低設備成本。此外，提高了網絡資源利用率。因為SDN具有跨網、跨層、跨域、跨技術和跨廠家的全局視野，有望最佳地利用全網資源，動態、實時地按需分配資源。據初步估算，僅骨干傳送網引入SDN后即可至少提高網絡吞吐量一倍。
——有望增加業務收入
SDN可以加快新業務部署，無須涉及費時耗力的硬件配置變化，靠軟件編程即可快速完成網絡業務的自動化部署，快速推出新業務。在業務創新上，當運營商有了開放的標準接口、軟硬件解耦和軟件可編程后，就能為業務創新提供廣闊的想象空間，有可能實現運營商多年來不斷討論卻從未實現過的增收夙愿。
——網絡簡單
一是體現在網絡硬件簡化上，硬件種類和數量可望大幅度減少。硬件被控制器屏蔽和抽象化以及模塊化后，運營商可以擺脫繁復和頻繁的硬件配置與升級工作。二是體現在軟件決定網絡功能上，SDN利用軟件編程就能很快決定網絡功能及其部署和參數設置。此外，還體現在性能多樣化上，按照普適的8∶2原則，在實際應用中80%的應用無須所謂的電信級高質量，20%高質量業務到底需要什么樣的高質量也是值得商榷的，人們腦子里根深蒂固的電信級性能的標志性指標就是業務保護倒換時間50ms以及網絡節點5個9的可用性，源自何處？為何要這么嚴？說不清、道不明，老百姓卻不買這個賬，運營商自己也是包袱沉重、步履艱難。
——網絡靈活
互聯網時代對于網絡的基本要求就是足夠靈活。SDN為網絡帶來了三重靈活性，即網絡擴展的靈活性、網絡和業務演進的靈活性、業務創新的靈活性，有望實現從傳統的業務應用必須適應網絡向網絡能夠快速適應業務應用的根本性轉變。此外是低風險部署，在快速多變的互聯網時代，網絡部署的風險也大大增加，而SDN允許在軟件測試環境下以較低的風險來試驗和部署網絡新業務，規避了在大網上直接試驗和部署的風險。
——網絡開放
互聯網最核心的精神就是開放。SDN的開放生態系統顯然更容易激發創新。并且，SDN也有助于建立更加豐富和扁平的生態鏈，電信業將主要由傳統的運營商、設備制造商和互聯網公司擴展包括純軟件開發商、純IT廠家及芯片和器件開發商構成。此外是規避風險，一個開放的網絡可以使運營商規避鎖定于單一供應商風險。這些年來的一系列開放軟件平臺，諸如萬維網、谷歌的安卓、蘋果的iOS等，不僅本身都取得了巨大的商業成功，而且為全球互聯網生態鏈的健康茁壯成長作出了巨大貢獻，相信SDN的開放創新平臺也一定能取得巨大的成功。
6、SDN的應用前景
“SDN的應用必然是一個長期的逐步演進的過程，隨每家運營商所面臨的問題和具體網絡基礎而異。2015年將很有可能成為SDN在公用網中的商用化元年。”
SDN是一種全新的網絡架構，其希望全面融入甚至最終可以替代或部分替代的電信網，又是極其龐大復雜的全球性基礎設施。因此，SDN的應用必然是一個長期的逐步演進的過程，隨每家運營商所面臨的問題和具體網絡基礎而異，不可能有一個整齊劃一的演進路徑。
一般而言，IDC和企業及校園局域網等場景是最佳的初始應用場景。在這種場景下，網絡規模不算大，SDN集中控制器的壓力較小，選路策略僅由一家企業決定，無利益沖突的障礙。特別是相對隔離的IDC場景，引入SDN后，可望實現靈活選路、流量可管可控、可全局優化，突破資源限制、提高帶寬利用率、實現跨IDC的業務自動部署和統一管理以及多租戶靈活組網，最終實現網絡即服務的目標。隨著IDC與現有公用網絡的日益融合，上述在IDC場景獲得的經驗也不難逐漸適配和應用于公用網絡。
SDN應用于公用網后，將面臨網絡規模大、設備類型多、廠家多、利益主體多的復雜局面，控制器的轉發策略涉及的將不僅是軟件復雜性等技術問題，更多的是不同主體商業利益的沖突和協調。因而SDN的應用策略應該既要考慮實際網絡和業務急需，又要有長期的演進策略支撐和堅定的決心。
理論上，作為開放架構的SDN可以適用于幾乎網絡的每一領域，至少包括核心網、移動網、承載網、傳送網、接入網、家庭網、業務網、網絡運行支撐系統（OSS）和業務支撐系統（BSS）等。即便同一個網絡領域各自的應用出發點和目的也不盡相同，難以一一細述。但是有一點共同之處是越來越多的運營商開始認識到SDN的戰略意義并開始在公用網絡的不同專業領域進行試驗和試商用，2015年將很有可能成為SDN在公用網中的商用化元年。
7、來自現實的挑戰
“SDN的完善和發展一定要避免陷入‘高性能、高可靠、高成本’的傳統電信思維，給一個生龍活虎的新技術加上不必要的沉重枷鎖。”
SDN確實提供了十分美好的前景，但是真正實施和實現預定的目標將面臨很多現實的挑戰。盡管電信業在過去也曾面臨過各種挑戰，但是這次挑戰的性質及其涉及的廣度和深度都是前所未有的。
第一是集中控制和管理的擴展性、彈性和安全性挑戰。大型IDC有數千臺交換機和數萬臺虛擬交換機，大型電信網有數百萬臺設備。這樣大規模網絡的集中管理、配置、故障定位、彈性和安全性是一個很大的挑戰。
第二是網絡架構/接口/協議的標準化和互操作挑戰。目前SDN的控制器架構已經有多種，接口也不能完全統一，這將在實施中給SDN帶來的好處打折扣。
第三是對網絡建設和運維體系、流程和人才的挑戰。這么多不同來源和不同版本的新老軟件、硬件、網管，怎樣采購、集成、故障定位？怎樣使得公司的市場、規劃建設、運維和IT部門能夠協同一致，而非各行其是？這些已經涉及企業體制、流程與文化的挑戰，比純技術挑戰還難對付。
第四是通用硬件的性能和可靠性挑戰。網絡對芯片性能的要求高于計算，目前尚無完全符合OpenFlow標準的芯片。使得通用硬件性能不能滿足高性能網元的要求。目前通用硬件的可靠性也還達不到傳統電信級設備的可用性要求。
第五是軟件的復雜性和有效性挑戰。SDN控制器需要為進來的每一條流選擇一條數據通道，對于大型電信網極其復雜。
上述挑戰，特別是技術上的挑戰已經有一些解決方案，例如近來國際標準組織提出的分層的控制器架構就在相當程度上化解了大型網絡所面臨的集中控制的困難和風險。但是畢竟SDN是一個新生事物，需要足夠的時間和實踐來完善、充實和發展。既然互聯網的試錯和迭代開發機制被認為是其生命力之所在，那么人們對于SDN也同樣應該有足夠的寬容心和積極的態度。此外，也需要切記對于SDN的完善和發展一定要避免陷入“高性能、高可靠、高成本”的傳統電信思維，給一個生龍活虎的新技術加上不必要的沉重枷鎖。
8、戰略層面的思考
“SDN不僅面臨技術挑戰，還將面臨公司的體制、流程、文化和人才的挑戰。”
綜上所述，SDN絕不是簡單、狹義的OpenFlow協議，而是整個電信網的戰略性變革，需要從更高層面和更廣闊的背景上理解和認識。
第一，SDN是實現“去電信化”改造的重要突破方向，也是應對量收差持續擴大的有效手段。事實上筆者對于SDN的興趣最初就是從降低成本和業務創新這兩個目標開始的，而這恰好對于“去電信化”和量收差持續擴大的困境提供了關鍵的突破方向。
第二，SDN是電信網的全局性、顛覆性變革，絕不限于數據網領域。簡言之，SDN不僅涉及新的架構、新的應用、新的方法、新的生態系統、新的商業模式，而且滲透到網絡的幾乎每一部分。
第三，SDN是電信網實施體系架構變革的抓手。多年來，盡管電信業在不斷學習計算機的具體技術和方法，但在網絡架構上卻一直沿用著軟硬件一體化的封閉架構。顯然，這種進展緩慢、昂貴、封閉的網絡架構與不斷創新、日益龐大的互聯網應用層的矛盾已經難以調和，必須對網絡架構進行變革。
第四，SDN是ICT產業鏈重塑的重要機遇和挑戰。SDN涉及的領域已遠超傳統電信業的范圍，至少含運營商、電信設備商、互聯網公司、IT廠家、軟件開發商、芯片和器件廠家六大類。目前看來，受沖擊最大的可能是前兩類。
第五，SDN在電信網的應用不可能一蹴而就，將與傳統網絡長期共存協同，逐步演進。因而新老系統的軟件、硬件和網管的集成和平滑過渡將是一項長期的艱巨任務，這不僅面臨技術挑戰，還將面臨公司的體制、流程、文化和人才的挑戰。
美國著名學者J·C·R·利克里德有一句名言：“人們總是高估在未來一年間可以做的事，而低估在未來五到十年間可以做的事。”這一觀點已經為無數事實所驗證。對于SDN也同樣要避免短視和功利，看到其深遠、全局性、顛覆性的影響，因勢利導，早做準備，迎接挑戰，擁抱未來。
鏈接
軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN），是由美國斯坦福大學Clean Slate研究組提出的一種新型網絡創新架構，其核心技術OpenFlow通過將網絡設備控制面與數據面分離開來，從而實現了網絡流量的靈活控制，為核心網絡及應用的創新提供了良好的平臺。
從路由器的設計上看，它由軟件控制和硬件數據通道組成。軟件控制包括管理（CLI、SNMP）以及路由協議（OSPF、ISIS、BGP）等。數據通道包括針對每個包的查詢、交換和緩存。如果將網絡中所有的網絡設備視為被管理的資源，那么參考操作系統的原理，可以抽象出一個網絡操作系統（Network OS）的概念——這個網絡操作系統抽象了底層網絡設備的具體細節，同時還為上層應用提供了統一的管理視圖和編程接口。這樣，基于網絡操作系統這個平臺，用戶可以開發各種應用程序，通過軟件來定義邏輯上的網絡拓撲，以滿足對網絡資源的不同需求，而無須關心底層網絡的物理拓撲結構。
SDN提出控制層面的抽象，目前的MAC層和IP層能做到很好的抽象，但是對于控制接口來說并沒有作用，人們以處理高復雜度（因為有太多的復雜功能加入體系結構中，比如OSPF、BGP、組播、區分服務、流量工程、NAT、防火墻、MPLS、冗余層等）的網絡拓撲、協議、算法和控制來讓網絡工作，完全可以對控制層進行簡單、正確的抽象。SDN給網絡設計規劃與管理提供了極大的靈活性，人們可以選擇集中式或是分布式的控制，對微量流（如校園網的流）或是聚合流（如主干網的流）進行轉發時的流表項匹配，可以選擇虛擬實現或是物理實現。
目前，包括惠普、IBM、思科、NEC以及國內的華為和中興等傳統網絡設備制造商都已紛紛加入OpenFlow的陣營，同時有一些支持OpenFlow的網絡硬件設備已經面世。
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