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软件定义网络SDN技术、标准、产业发展现状

http://www.broadcast.hc360.com2014年03月11日11:26 来源:DVBCN作者:李远东T|T

    【慧聪广电网】0、引言

    狭义的SDN特指基于OpenFlow南向接口的网络,广义的SDN则是指具备SDN理念的所有网络。

    截至目前,SDN“门派”众多,所以不必关心SDN的生命力,而是需要关注它们究竟形成了多少“门派”和阵营、它们何时能规模商用、它们之间是否真正形成了相得益彰的关系。

    软件定义的网络(SDN)是一种新型的网络体系结构,通过将网络控制与网络转发解耦合构建开放可编程的网络体系结构。SDN认为不应无限制地增加网络的复杂度,需要对网络进行抽象以屏蔽底层复杂度,为上层提供简单的、高效的配置与管理。SDN旨在实现网络互联和网络行为的定义和开放式的接口,从而支持未来各种新型网络体系结构和新型业务的创新。

    SDN目前已成为当前全球网络领域最热门的研究方向,在权威机构IT领域预测未来五年十大关键趋势和技术影响中排名第二。谷歌、微软等互联网公司均在SDN领域投入了大量的科研力量,思科、华为、爱立信、IBM、HP等IT厂商也正在研制SDN控制器和交换机。

    1、SDN技术、标准、产业的发展现状

    狭义的SDN特指基于OpenFlow南向接口的网络,广义的SDN则是指具备这种理念的所有网络。

    OpenFlow技术源起于美国Stanford大学的NickMcKeown教授,是Stanford大学CleanSlate计划资助的一个开放式协议标准,随后演进为GENI计划的研发项目,并结合网络可程序设计的特性,使其SDN概念顺应而生。在Mckeown教授等人的推动下,ONF(OpenNetworkingFoundation,开放网络基金会)于2011年成立并致力于推动SDN架构、技术标准规范和发展工作。

    2012年被业界视为SDN商用元年,这一年:Google在其IDC部署SDN网络来解决未来可能面临的瓶颈;Cisco为了找到全面性的解决方案,并针对市场的需求发展ONE(OpenNetworkEnvironment,开放网络环境)策略;VMware看见网络虚拟化的重要性,收购虚拟网络平台供应商Nicira以寻求解决方案。诸如此类的重要事件让SDN议题成为众所瞩目之焦点。

    SDN与以往网络的最大差别在于网络控制模式,将底层网络分成控制层与转发层。控制层采用集中式控制器来控管不同的网络设备,如此一来,网络更易于被控制与管理,并且让比特在转发层顺利传输。控制器通过安全通道与OpenFlow交换机进行通信,下发流表与控制原则来决定流量的流向,以此达到路由机制、封包分析、网络虚拟化等功能的实现。SDN可针对不同的使用需求,建立服务层级协议,让使用者存取服务时,获得应有的保障。

    现有SDN技术发展过程,以网络运营商与IT产业为主的ONF组织是主要的推动者,ONF不定期地发布技术报告与技术白皮书,制定相关的标准规范并进行组织测试。主要的研究成果为定义基本架构、OpenFlow标准、配置与管理协议。将SDN网络架构划分为应用层、控制层、基础设施层,改变传统网络设备的转发与控制层的行为。作为控制层标准的OpenFlow,截至为止,已从1.0版升级到1.4版。

    SDN得以顺利的推动,一方面来自通讯设备商和通讯服务运营商的配合,设备厂商和运营商希望利用SDN获得API,让网络设备得以进行控制的特性,针对IDC和云端应用服务进行SDN网络的部署,同时也在寻找SDN在云端网络和通讯网路未来的应用发展方向,期望使用者得以获得最佳服务层级的存取行为。Cisco于2012年发布ONE,作为SDN战略发展方向基础,在IOS、IOS-XR和NX-OS三大平台上提供全面的开发工具套件onePK,允许开发人员具有发现、感知和控制网络资源的能力,从而实现应用程序和网络基础设施等功能。CiscoONE架构计划兼容多项开放协议和程序语言,并分阶段在Cisco的软硬件设备上推出。另外,OpenFlow也是ONE架构兼容的协议之一。

    如图1所示,自2012年以来,ICT产业高度关注SDN网络技术发展:

    (1)在学术界,美国Internet2宣布:这是基于OpenFlow和100G以太网络技术所建成第一个开放式SDN网络。

    (2)互联网公司公司方面,Google宣布通过部署SDN网路,将IDC之间网络的使用率提升至90%以上,Facebook开始尝试在IDC内部署SDN网络。

    (3)IT界,HP发布了VirtualApplicationNetworksSDN控制器和多款支持OpenFlow的交换机产品,IBM也发布自有OpenFlow控制器PNC。

    (4)Cisco、Juniper、Alcatel-Lucent等公司也投资或收购了多家SDN领域的创业公司,作为未来网络研究与寻求解决方案之用。

    (5)在芯片领域,Intel、Broadcom、Marvell等已相继推出支持OpenFlow的交换机芯片。

    (6)网络运营商方面,日本NTT率先以OpenFlow网络技术实现全球多个IDC的虚拟化整合,用户可于云端平台自由迁移,以提供对应服务应用和需求配置。由AT&T、BT、德国电信、法国电信、Orange、KDDI、NTT、Verizon等网络运营商共同发起成立网络功能虚拟化产业联盟NFV,将是运营商的SDN网络应用视为重要目标之一。

图1SDN产业链

图1SDN产业链

    如图2所示,国际标准组织发展部分,IETF成立了IRS等工作小组,致力于网络应用开放架构研究,ITUSG13成立了SDN需求和架构研究工作小组,BBF、OIF、ETSI等组织也相继宣布展开SDN的标准研究工作。而2009年12月,ONF发布OpenFlow1.0版,使得SDN从学术研究层面推往产业化导向开发。截至目前,OpenFlow从最先的1.0版、1.1版、1.2版,一路演进到目前的1.3版、1.4版。    

图2SDN的国际标准制作组织

图2SDN的国际标准制作组织    

    而在当下的产业环境中,人们对于网络的需求与日俱增,造成网络流量倍增,Google提出以SDN进行流量工程。HP、NEC、Cisco等也提出许多解决方案,例如:Cisco的流量监控系统。网络安全公司(如Redware),也利用SDN作为阻挡分散式阻断服务的攻击DDoS。网络解决方案公司A10也利用SDN作为负载平衡流量导向。VMware则是注重虚拟化网络开发,并与其他厂商合作提出解决方案。

    2、SDN的未来发展

    SDN全新的概念将对传统网络造成冲击,现今网络设备并不兼容于OpenFlow功能,所以未来将采取渐进式部署具有OpenFlow功能的设备。针对此问题,ONF于2013年发布OpenFlow1.4版中,提供OpenFlow-hybrid机制解决HybridSDN兼容问题,目的为降低对既有网络设备的冲击。

    目前客户市场主要针对大型IDC、通信营运商、云端服务中心及跨IDC网络,在SDN网络架构下,产品可行方向主要分为:

    应用层:包含提供资安、管理及云端虚拟化等服务,主要功能为提供SLA、QoE、Security与Firewall等网络服务;控制层:以远端控制器为主,并搭配SDN控制软件以及网络Layer4~7的解决方法;基础设备层:交换机、路由器及网络芯片。

    网络设备商或芯片商未来将采用具备网络虚拟化及云端运算平台能力的软件,后续SDN关键性的软件应用与硬体设备整合的技术,将成为商用化的核心价值。

    在未来。SDN可能会对现有网络设备的销售模式造成极大的颠覆,复杂的软件可以在更为廉价且于简单的设备上实现运作,让未来的客户市场不再专属于大型网络服务商,因此专家预估SDN市场价值将从2013年的3亿美金成长至2018年的30亿美金,甚至是更多。

    SDN快速的发展可能会对网络产业格局造成重大影响,传统通讯设备的企业将会面临巨大挑战,IT和软件开发商将拥有更高的市场价值。依照ONF层次化架构的理念设计,网络控制由运行NOS的服务器实现,转发设备的功能和性能则主要由通用芯片决定,可以大幅降低研发所带来的费用。未来开放架构的SDN竞争焦点将集中在NOS上,通讯设备商在开放架构的控制层研发将不再具备先发优势,因此普遍战略是一方面跟随新的技术领域并发布支持OpenFlow的SDN产品和解决方案,另一方面也积极探索于现有架构之中实现网络集中控制和开放应用API界面的定制化与私有化的技术,以避免研发价值和竞争优势流失。

    3、结语

    ICT产业将致力于SDN的技术发展和服务开发,以运用SDN开放原始程序码的软件制定转发设备的模式,提供全套SDN网络解决方案,从而占领传统网络设备厂商的市场空间。把SDN当作IT产业向网络领域延伸的重要呈现,意即软件定义一切由于SDN技术与应用发展尚处起步阶段,最近几年可能会在IDC、校园、公司内部网络先行使用。不久之后,SDN的领域可能往传输网路、云端服务、无线通讯等各个相关领域延伸,SDN能否验证支持者所言那样为网络通讯产业带来颠覆性的发展?让我们拭目以待!

    截至目前,SDN“门派”众多,所以大可不必关心SDN的生命力,反而需要关注它们究竟形成了多少门派和阵营、它们何时能规模商用以及它们之间是否真正形成了相得益彰的关系。

    SDN偏重于转发平面和控制平面的分离,而NFV侧重于网络功能的虚拟化,对于电信运营商而言,就是要采用IT虚拟化方式来改造现有的通信网络,让网络功能在任何时间、任何地点、任何场景下都能被随心所欲地调度。

    当前,已经没有人故意把SDN和NFV对立起来,多数人认为SDN和NFV是相辅相成的:只有实现了网络功能的极度虚拟化,才能保证SDN的水到渠成或者说让SDN轻装上阵,并让SDN真正有别于传统的转发控制分离模式;SDN也是NFV的基础设施中针对网络域的一项使能技术,其全局、集中的控制方式能有效支持网络资源的虚拟化和池化,有利于实现多租户虚拟网络的动态性与自动化需求。

    在云计算的IaaS领域,OpenStack风头正盛,除了数据中心外,甚至会成为运营商网络开展NFV的操作系统选项。在管道和网络领域,SDN也诞生了若干开源系统,有些瞄准主流,有些瞄准技术分支,比如OpenDaylight就是瞄准了SDN的控制器架构,在2013年末推出第1个版本,一旦成功,将势不可挡,向上可以募集APP开发者,向下可以将众多网络硬件厂商牢牢把控。

    后记:“2014亚太全媒体CDN峰会”将邀请通信界顶级专家就SDN的发展现状、在数据中心的应用现状、在承载网络的研究及应用现状、基于SDN的vCDN解决方案等进行详细介绍,请各位同仁莅临会议现场学习、交流、探讨。

责任编辑:王旭01

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