什么是 SDN？SDN 和 NFV 有什么區(qū)別？

1.1  傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的局限

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)分布式的網(wǎng)絡(luò)，在二層網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備通過廣播的方式傳遞設(shè)備間的可達(dá)信息。在三層網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備間通過標(biāo)準(zhǔn)路由協(xié)議傳遞拓?fù)湫畔ⅰ＿@些模式要求每臺(tái)設(shè)備必須使用相同的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，保證各廠商的設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)相互通信。隨著業(yè)務(wù)的飛速發(fā)展，用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)的需求日新月異，一旦原有的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)無法滿足新需求，就需要上升到協(xié)議制定與修改的層面，這樣就會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備升級(jí)十分緩慢。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)為了適應(yīng)不同的需求和場景，發(fā)展也越來越復(fù)雜。部署一個(gè)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)往往需要使用到很多協(xié)議，由于標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議中往往存在一些未明確的地方，導(dǎo)致各廠商的實(shí)現(xiàn)有差異。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)以單臺(tái)設(shè)備為單位，以命令行的方式進(jìn)行管理。網(wǎng)絡(luò)管理和業(yè)務(wù)調(diào)度時(shí)效率低下，運(yùn)維成本高。

1.2  SDN的技術(shù)路線

為了解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展滯后、運(yùn)維成本高的問題，服務(wù)提供商開始探索新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，希望能夠?qū)⒖刂泼妫ú僮飨到y(tǒng)和各種軟件）與硬件解耦，實(shí)現(xiàn)底層操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)軟件協(xié)議以及增值業(yè)務(wù)軟件的開源自研，這就誕生了SDN技術(shù)。

在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以分為管理面、控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面。管理面負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)的編排和策略的制定，控制面負(fù)責(zé)操作系統(tǒng)的運(yùn)行以及各種算法的運(yùn)算，轉(zhuǎn)發(fā)面負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)和接收。SDN的理念是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能解耦，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面可直接編程，將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)從底層硬件設(shè)備中抽象出來。SDN架構(gòu)與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的對(duì)比如下圖所示。

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與SDN架構(gòu)對(duì)比

經(jīng)典的SDN技術(shù)路線強(qiáng)調(diào)控制面的剝離，希望能夠?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)設(shè)備變?yōu)榘缀性O(shè)備，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的自定義。

但在SDN的發(fā)展過程中，由于底層協(xié)議的復(fù)雜性、軟件開發(fā)投入等多方面原因，廠商逐漸轉(zhuǎn)向了以自動(dòng)化運(yùn)維為主要目標(biāo)，弱化控制面剝離的SDN技術(shù)路線。廠商們主張將操作系統(tǒng)以及大部分的軟件仍放在硬件設(shè)備上進(jìn)行，保留原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備形態(tài)，通過控制器實(shí)現(xiàn)與硬件設(shè)備、與網(wǎng)絡(luò)配置管理工具的對(duì)接，由控制器在管理面的維度完成對(duì)硬件設(shè)備的統(tǒng)一管理和業(yè)務(wù)編排。下圖為兩種SDN技術(shù)路線的對(duì)比，經(jīng)典的SDN技術(shù)路線又可以稱為軟件SDN，而弱化控制面剝離的SDN技術(shù)路線可以稱為硬件SDN。

軟件SDN與硬件SDN對(duì)比

SDN架構(gòu)可分為基礎(chǔ)設(shè)施層、控制層和應(yīng)用層。

• 基礎(chǔ)設(shè)施層：主要為轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)功能，例如數(shù)據(jù)中心交換機(jī)。

  
  

• 控制層：由SDN控制軟件組成，可通過標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進(jìn)行通信，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施層的控制。

  
  

• 應(yīng)用層：常見的有基于OpenStack架構(gòu)的云平臺(tái)。另外，也可以基于OpenStack構(gòu)建用戶自己的云管理平臺(tái)。

SDN使用北向和南向應(yīng)用程序接口（API）來進(jìn)行層與層之間的通信，分為北向API和南向API。北向API負(fù)責(zé)應(yīng)用層和控制層之間的通信，南向API負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施層和控制層之間的通信。

SDN架構(gòu)

在當(dāng)前主流的SDN架構(gòu)中，保留了傳統(tǒng)硬件設(shè)備上的操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)的協(xié)議功能，通過控制器收集整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備信息，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

• 網(wǎng)絡(luò)可編程

  網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供應(yīng)用編程接口（API），使得開發(fā)和管理人員能夠通過編程語言向網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)送指令。網(wǎng)絡(luò)工程師可以使用腳本自動(dòng)化創(chuàng)建和分配任務(wù)，收集網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)信息。將基于CLI與SNMP的封裝腳本變?yōu)閷?shí)實(shí)在在的可編程對(duì)象，提供了更豐富的功能。

  
  

• 網(wǎng)絡(luò)抽象化

  控制器作為中間層，通過南北向API接口與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用程序進(jìn)行交互，將底層的硬件設(shè)備抽象為虛擬化的資源池，應(yīng)用和服務(wù)不再與硬件緊密耦合。

  
  

• 降低成本

  保留了原有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，硬件設(shè)備仍然具備管理、控制、轉(zhuǎn)發(fā)的全部功能，方便進(jìn)行整網(wǎng)的改造，無需進(jìn)行大規(guī)模的搬遷。控制器的引入將人工配置轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器配置，提升運(yùn)維效率，降低運(yùn)維成本。

  
  

• 業(yè)務(wù)靈活調(diào)度

  傳統(tǒng)的硬件設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)中無法進(jìn)行靈活的負(fù)載分擔(dān)，最優(yōu)路由上往往承擔(dān)著最重的轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)，即使QoS、流控等功能緩解了這一問題，但流量的調(diào)度仍然強(qiáng)依賴于管理員對(duì)單臺(tái)設(shè)備的配置，因此我們可以將傳統(tǒng)的硬件設(shè)備看作是一種孤島式的、分布式的管理模式。SDN在沒有改變硬件設(shè)備整體邏輯的基礎(chǔ)上，通過增加開放的南北向接口，實(shí)現(xiàn)了將計(jì)算機(jī)語言到配置命令行的翻譯，使界面式的管理、集中管理變成了可能，解決了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)調(diào)度不靈活的問題。

  
  

• 集中管理

  傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理是分布式的，單臺(tái)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不感知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)。網(wǎng)絡(luò)管理員使用控制器來管理底層硬件設(shè)備，編排網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，分配網(wǎng)絡(luò)資源和調(diào)整流量優(yōu)先級(jí)。管理員可以直接感知整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，及時(shí)調(diào)整帶寬和優(yōu)化策略，便于進(jìn)行整網(wǎng)的管理。

  
  

• 開放性

  SDN架構(gòu)支持供應(yīng)商開發(fā)自己的生態(tài)系統(tǒng)，開放的API支持云編排、OSS/BSS、SaaS等多種應(yīng)用程序，同時(shí)也可以通過Openflow控制多個(gè)供應(yīng)商的硬件。

NFV也是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它將傳統(tǒng)物理設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能封裝成獨(dú)立的模塊化軟件，通過在硬件設(shè)備上運(yùn)行不同的模塊化軟件，在單一硬件設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡(luò)功能。

SDN和NFV的相似之處主要體現(xiàn)在如下方面：

• 都以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)物理設(shè)備的資源池化。

  
  

• 都提升了網(wǎng)絡(luò)管理和業(yè)務(wù)編排效率。

  
  

• 都希望通過界面操作或者編程語言來進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編排。

SDN和NFV的不同之處參見下圖。

NFV與SDN有什么不同

SDN抽象物理網(wǎng)絡(luò)資源（交換機(jī)、路由器等），并將決策轉(zhuǎn)移到虛擬網(wǎng)絡(luò)控制平面。控制平面決定將流量發(fā)送到哪里，而硬件繼續(xù)引導(dǎo)和處理流量，無需依賴標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備。NFV的目標(biāo)是將所有物理網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行虛擬化，允許網(wǎng)絡(luò)在不添加更多設(shè)備的情況下增長，這依賴于標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備。

其實(shí)經(jīng)典SDN架構(gòu)也將硬件與軟件解耦作為目標(biāo)，但在實(shí)現(xiàn)過程中由于軟件研發(fā)成本、設(shè)備替換等原因的影響，現(xiàn)行的SDN方案弱化了控制面的分離，僅以網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化運(yùn)維為目標(biāo)。

在數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，大多數(shù)大規(guī)模數(shù)據(jù)中心已經(jīng)采用扁平化架構(gòu)，這給網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的管理帶來了極大的挑戰(zhàn)。SDN帶來的自動(dòng)化運(yùn)維、集中管理在數(shù)據(jù)中心的自動(dòng)化調(diào)配以及擴(kuò)容中有極大的應(yīng)用空間。

在視頻領(lǐng)域，由于SDN支持?jǐn)?shù)據(jù)流的實(shí)時(shí)調(diào)配，使得網(wǎng)絡(luò)能夠承載更多的流量。

在機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能領(lǐng)域，SDN也會(huì)受到運(yùn)營需求和軟件創(chuàng)新的影響，提供更豐富、更新潮的網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)。

在未來的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)駕駛（ADN）中，SDN架構(gòu)也能夠發(fā)揮重要作用。

SDN并非沒有缺點(diǎn)，與其他IT產(chǎn)品一樣，SDN存在安全、擴(kuò)展以及缺乏廣泛合作、缺乏生態(tài)的問題。

• 集中管理的安全風(fēng)險(xiǎn)

  雖然集中管理十分方便，但這也是一種安全風(fēng)險(xiǎn)。集中管理的單節(jié)點(diǎn)被攻擊，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可能都會(huì)受到影響。

  
  

• SDN控制器的瓶頸

  對(duì)于軟件完全從硬件上分離的SDN思路來說，控制器的軟件開發(fā)難度、控制器的計(jì)算壓力都是巨大的挑戰(zhàn)。

  
  

• 北向API缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

  缺乏標(biāo)準(zhǔn)的北向API導(dǎo)致供應(yīng)商提供的接口不統(tǒng)一，應(yīng)用程序開發(fā)困難上升，同一組開發(fā)人員必須同時(shí)開發(fā)與不同控制器的相互操作。