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摘要：因特网的出现给人们的生活与交流带来极大的方便，然而传统的IP因特网结构不仅复杂而且难以管理，而新兴的软件定义网络（SDN）能够有效地改变这种状况。本文首先简介了软件定义网络（SDN）技术，分析了SDN的几大关键技术，并就该技术的具体应用进行了探讨。
关键词：网络虚拟化，固移融合，软件定义网络，SDN
1软件定义网络（SDN）技术简介
SDN是由美国斯坦福大学CleanSlate项目组提出的一种新型网络创新架构，旨在通过可编程方式对网络进行灵活控制与管理。SDN设计思想是分离网络设备的控制平面和数据平面、实现网络状态的集中化控制，以及支持网络功能的软件编程。在SDN网络中，控制面与数据面相互分离，网络的配置与演进也更为容易。SDN具有如下几大优势：
1.1集中控制
集中的控制面能够控制全网的转发设备，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控制。
1.2开放接口
开放的南向CDPI和北向API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地满足应用的需求。
1.3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。
1.4可编程化
网络接口开放，能按软件编程的方式对网络进行动态调节，便于网络技术的创新以及网络能力的提升。
SDN与传统网络的最大区别就在于它可以通过编写软件的方式来灵活定义网络设备的转发功能。而SDN将网络设备的控制平面与转发平面分离，并将控制平面集中实现，这样新型网络功能的部署只需要在控制节点进行集中的软件升级，从而实现快速灵活地定制网络功能。
2 SDN关键技术分析
2.1交换机及南向接口技术
SDN交换机是SDN网络中负责数据转发处理的设备。设备中的各个表项是由远程控制器统一下发的，因此各种复杂的控制逻辑都无须在SDN交换机中实现。SDN交换机只需关注基于表项的数据处理，而数据处理的性能也就成为评价SDN交换机优劣的最关键指标。另外，考虑到SDN和传统网络的混合工作问题，支持混合模式的SDN交互机也是当前设备层技术研发的焦点。SDN交换机需要在远程控制器的管控下工作，与之相关的设备状态和控制指令都需要经由SDN的南向接口传达。当前，最知名的南向接口协议是OpenFlow，它突破了传统网络设备厂商对设备能力接口的壁垒，能够全面解决SDN网络中面临的各种问题。
2.2控制器及北向接口技术
SDN控制器负责整个网络的运行，是提升SDN网络效率的关键。用于网络集中控制的控制器作为SDN网络的核心，其性能和安全性非常重要，其可能存在的负载过大、单点失效等问题一直是SDN领域中亟待解决的问题。SDN北向接口可直接为业务应用服务，其设计需要密切联系业务应用需求，具有多样性的特征。同时，北向接口的设计是否合理、便捷，会直接影响到SDN控制器厂商的市场前景。
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目前，北向接口还缺少业界公认的标准，成为当前SDN领域竞争的焦点。虽然北向接口标准当前还很难达成共识，但是充分的开放性、便捷性、灵活性将是衡量接口优劣的重要标准。
2.3业务应用和资源管理技术
SDN网络的最终目标是服务于多样化的业务应用创新。因此，随着SDN技术的部署和推广，将会有越来越多的业务应用被研发。SDN被广泛地应用在云数据中心、宽带传输网络、移动网络等种种场景中。SDN通过标准的南向接口屏蔽了底层物理转发设备的差异，实现了资源的虚拟化，同时开放了灵活的北向接口供上层业务按需进行网络配置并调用网络资源。云计算领域中的OpenStack就是可以工作在SDN应用层的云管理平台，通过在其网络资源管理组件中增加SDN管理插件，管理者和使用者可利用SDN北向接口便捷地调用SDN控制器对外开放的网络能力。
因此，网络资源有助于业务应用的快速创新。
3 SDN技术的具体运用分析
在SDN关键技术快速发展的同时，SDN的应用场景也变得越来越多。应用场景的多元化在促进SDN技术发展的同时，也决定了其未来发展的方向。
3.1在电信网中应用
现有的电信网络中IP网和传输网是相互分离，各自独立管理，两者之间在管理层面上没有交叉。SDN的引入可以为现有的电信网络提供智能化网络和业务控制能力，如基于电路交换部分是完全依赖网络管理平台的人工操作进行静态路由配置，网络本身无法感知报文的交换要求，造成了网络资源的浪费，通过SDN可以实现物理网络资源与业务应用之间的动态匹配，提高网络效率。将SDN引入现有电信网将面临如何在同一个管理平台下实现对报文交换网络和电路交换网络的统一管理和两个网络之间的动态调度问题。由于报文交换网络和电路交换网络结构完全不同，必须从网络架构上实现融合，这是SDN在电信网络应用需要解决的首要问题。同时，SDN应用于电信网络时，须具备电信级的网络业务处理能力，如拓扑发现、网络故障检测及倒换、网络告警及响应等，但目前SDN标准化工作尚未考虑在电信网中应用的技术需求。
3.2 SDN在数据中心的应用
SDN还处于初级发展阶段，最新的技术实践还有待学术界、产业界的参与和推动。目前，SDN技术被看好的主要应用领域之一就是数据中心，因为该技术的统一管理、开放接口1：3的理念适用于数据中心网络与云计算。当前数据中心发展的两大趋势分别是大流量、云计算。其中，大流量的产生主要是因为数据中心要为用户提供视频、下载等业务以及中心之间的备份、同步及推送信息；云计算是指数据中心以虚拟机代替传统的服务器作为计算单元，为用户提供计算资源。这种工作模式要求数据中心交换机能以虚拟机为单位进行网络管理，并在虚拟机迁移时中心交换机上的网络资源同步迁移等。大流量与云计算对数据中心网络发展带来挑战。
对于大流量，由于现有数据中心之间没有或很少使用流量工程机制，因此数据中心之间数据链路利用率不高。对此，SDN通过探针探测链路带宽利用率，并将结果反馈至跨数据中心、采用集中部署的SDN网关。该网关控制各个数据中心出口路由器，统一调配多个数据中心出口链路，最终实现提供链路带宽利用率。对于云计算涉及的虚拟机，在数据中心部署时一般会在与其相连的虚拟交换机或介入交换机上部署网络策略。当虚拟机跨越物理设备或广域网迁移时，网络策略需同步迁移至虚拟机新位置下的网络设备。然而，目前数据中心交换机具备的网络策略同步迁移方案是私有的，无法实现不同厂家设备间的迁移。对此问题，SDN可通过各交换机与管理者之间的、开放的标准接口，让管理者感知虚拟机迁移前后的源宿地址、读取源交换机上的策略并下发到目的交换机上，实现网络策略跨厂家的同步迁移目标。
3.3 SDN在固移融合中的应用
在全业务经营的背景下，当前的通信运营商存在固定网络与移动网络两张网，并且这两张网络的边缘网关是由不同形态的设备担当。如果运用SDN技术，则可将网关设备的控制平面提取出来，统一部署至同样采用SDN技术云数据中心的N0S中。由于控制平面能够采用脚本进行编程，运营商能自行开发满足客户功能需求，因此绝大部分业务可在控制平面完成。与此同时，网关设备成为转发面设备，可以同时充当xGW，xGXN，BRAS。基于以上操作，可以做到固网与移动设备的数据转发面统一，从而实现固网与移动网的融合。
4结语
总之，短时间内SDN不可能对电信网、互联网的基础架构带来重大影响。但随着软件开发创新的深入，SDN具有难以预知的创新性，未来将给电信网络带来重大变革。
参考文献：
[1]雷葆华，王峰，王茜．SDN核心技术剖析和实战指南[M]．北京：电子工业出版社，2013：7—8．
[2]黄韬，刘江，魏亮．软件定义网络核心原理与应用实践[M]．北京：人民邮电出版社，2014：29—31．
[3]沈庆国，张高明，骆坚．SDN特征剖析及典型应用介绍[J]．移动通信，2014（14）：56—62．
论文作者:王旭辉1,梁珊2
论文发表刊物:《基层建设》2016年25期
论文发表时间:2017/2/22
标签：网络论文; 数据中心论文; 接口论文; 设备论文; 业务论文; 技术论文; 南向论文; 《基层建设》2016年25期论文;