一、SDN簡介——控制與轉發平面分離的新型網絡架構

　　SDN， 即軟件定義網絡 ，意為用軟件來調度和管理網絡。現有網絡中，對流量的控制和轉發都依賴于網絡設備實現，且設備中集成了與業務特性緊耦合的操作系統和專用硬件，這些操作系統和專用硬件都是各個廠家自己開發和設計的，因而存在通用性問題。SDN 是一種新型的網絡架構，它的設計理念是將網絡的控制平面與數據轉發平面進行分離，網絡設備只負責單純的數據轉發，因而可以采用通用的硬件；而原來負責控制的操作系統將提煉為獨立的網絡操作系統，而且網絡操作系統和業務特性以及硬件設備之間的通信都可以通過編程實現。簡而言之，和傳統網絡相比，SDN 在結構及邏輯層面具備非常明顯的差異化特征，進而帶來了無可比擬的優勢：

　　1） 在結構層面， 控制與轉發平面分離 。硬件設備僅負責轉發，轉發的具體方式以及業務邏輯交由控制平面上的控制應用控制。在降低網絡部署成本的同時又提升了網絡的部署效率。

　　2 ） 在邏輯層面， 邏輯上集中的控制平面可以控制整個 網絡。通過編程即可實現對網絡全局的優化控制。這樣不僅使得網絡的控制更加簡單、便于管理，同時還可以提升網絡的使用效率。此外，得益于統一的控制，SDN 可以對網絡中的攻擊實施定向處理，將被攻擊的設備實施快速隔離，防止網絡攻擊的擴散，安全性亦有提高。

傳統網絡架構

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SDN 網絡 架構

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　　SDN的架構自上而下可以分為五個部分：應用層、北向接口、控制層、南向接口、 網絡設備層 。和傳統網絡架構相比，SDN 網絡增加了控制層以及南向接口。

　　應用層 ：應用層通過控制層提供的編程接口對底層設備進行編程，開發各種業務應用，實現豐富多彩的業務創新。該層類似人類的各種創新想法，大腦在其驅動下對四肢進行指揮。

　　北向接口 ：連接應用層與控制層的接口，使得各項 SDN 應用能夠便捷的調用底層的網絡資源。

　　控制層：是整個 SDN 網絡的核心，集中管理網絡中的所有設備。該層類似人類的大腦，負責對人體的總體控制。

　　南向接口：連接控制層與網絡設備的接口，實現對網絡設備狀態、數據流量轉發的管控。

　　網絡設備層 ：即硬件設備層，專注于數據轉發及各項業務的物理轉發。該層類似人體的四肢，在大腦的控制下開展各項活動。

傳統網絡架構與 SDN 網絡架構的對比

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　　二、SDN的應用—— 解決網絡發展過程中的核心痛點

　　SDN的應用場景與其網絡架構優勢息息相關 ，數據中心和運營商網絡是最主要的應用場景 ：由于 SDN 網絡的轉發平面和控制平面分離，控制邏輯集中，使得 SDN 網絡具備通用化、簡單化、全局優化、網絡虛擬化、網絡能力開放化等諸多優勢。因此，只要是對上述優勢有需求的場景都是 SDN 的潛在應用場景。考慮到網絡中的主要參與實體，數據中心內部網絡、數據中心互聯以及運營商網絡是 SDN 最主要的應用場景。

　　SDN典型應用場景一：突破數據中心內部網絡發展的瓶頸 。在數據流量爆發增長以及數據向云端轉移趨勢的影響下，全球數據中心市場規模呈快速增長的態勢，據預測，未來三年國內數據中心的市場規模將繼續保持接近 40%的年均增速，2018 年將接近 1400 億元。而在整體市場規模快速擴張的同時，IDC 單站點規模也在急劇增長，在此過程中也產生了一些制約 IDC 發展的瓶頸：

　　1 ） 架構瓶頸：傳統數據中心內部各業務之間相互獨立占用資源，數據中心內部流量基本以南北向為主，各業務網絡采用物理方式隔離，自成一體、無法復用。傳統網絡架構只能縱向替換，無法橫向拓展。

　　2 ）效率瓶頸：傳統數據中心為了滿足峰值時刻的流量需求，往往設計了大量的冗余資源，導致大部分時間點的效率過低。為了解決資源利用率低的問題，產生了虛擬化技術。數據中心的資源構成非常簡單，可分為計算資源、存儲資源和網絡資源三類。計算資源和存儲資源均已實現了虛擬化，唯有尚未實現虛擬化的網絡資源成為了制約數據中心效率提升的瓶頸。

傳統數據中心網絡架構

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SDN 數據中心網絡結構

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　　SDN數據中心可實現對計算、存儲及網絡資源的統一協調和控制。SDN 數據中心網絡主要含有三大組件：SDN控制器，VM 管理器以及 DC 管理器。其中，SDN 控制器主要用于實現對網絡設備（包括駐留在服務器的 vSwitch）的集中管理和控制；VM 管理器主要用于實現 VM 的管理，包括 VM 的創建、部署和遷移等；DC 管理器主要用于實現整體的協同和控制，完成 VM 管理器與 SDN 控制器的協同，實現數據中心三大資源的統一協調和控制。由于 SDN 實現了網絡資源虛擬化和流量可編程，因此可以很靈活的在固定物理網絡上構建多張相互獨立的業務承載網，極大地提升了網絡的可拓展性和資源的利用效率，滿足未來數據中心對支撐海量用戶、多業務、靈活組網等迫切需求。

　　SDN典型應用場景二 ： 優化數據中心間的互聯效率與網絡管理能力 。數據流量的爆發同樣為數據中心互聯帶來了困擾，主要體現在兩個方面：

　　1 ）鏈路利用效率不佳。數據中心在同步、備份流量時，大部分情況下帶寬利用率都很低（低于 50%），造成了網絡帶寬資源的浪費；而在帶寬資源有限的情況下，又會難以滿足部分業務臨時性的大容量傳輸需求。

　　2） 網絡管理能力滯后。隨著網絡設備的增加，傳統的網絡管理方式已不能適應未來的網絡規模。特別是隨著業務模式和客戶數量的不斷增長，差異化的服務更加劇了網絡管理的復雜程度。而在網絡保障方面，面對故障時必須能夠快速改變故障路徑。

Google 數據中心分布

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Google 公司 B4 網絡方案

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　　Google 對 B4 網絡的改造是 SDN 用于數據中心互聯的一個成功案例。一開始決定 SDN 網絡改造時，Google 的目的很簡單，就是為了提升鏈路利用效率。經過改造之后，B4 網絡的鏈路帶寬利用率提高了 3 倍以上，從之前平均的 30%-40%提升至接近 100%，鏈路成本大大降低。而在網絡管理方面，改造之后的網絡更加穩定，對路徑失效的反應更快，管理大大簡化，也不再需要交換機使用大的包緩存，對交換機的要求降低。可以說對 B4 網絡的改造完全超出了 Goole 的預期。

　　SDN 典型應用場景三： 升級運營商網絡 —— 由功能化走向智能化 。和數據中心類似，運營商對網絡運營效率和管理水平的提升也有著同樣的訴求，SDN 架構的引入將使得運營商網絡從傳輸數據的功能網絡升級為管控流量的智能網絡。運營商網絡包括接入網、城域網、骨干網，網絡覆蓋范圍大、網絡情況復雜，由于目前 SDN 技術尚不夠成熟，標準化程度不高，大范圍、大量網絡設備的管理、超大規模 SDN 網絡的穩定性都還需要更進一步的探究，因此 SDN 技術在電信運營商網絡的大規模應用還難以實現。盡管如此，國內三大運營商均已提前布局 SDN 技術，加速改革其網絡架構：

三大運營商加速改革網絡架構

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　　三、SDN進入廣泛推廣期， 市場規模有望快速擴張

　　下一代網絡架構進入商業部署期，未來五年復合年均增速超過 90%。據報道，當前全球 SDN 產業正處于從技術研究向商用部署的轉化期， 2016 年是進入廣泛部署期的第一年，2017-2020 年 SDN 開始成為網絡的基礎架構，并將經歷一個長期的演進和轉型過程。與此同時，SDN 的市場規模正處于爆發增長的階段，據統計數據，2016 年全球 SDN 產業規模將達到 39 億美元，2018 年將有望超過 150 億美元，年復合增長率達到 90%。國內市場方面，據預測，未來五年 SDN 市場規模的 CAGR 達到 92%，在 2020 年將超過 400 億元。

全球 SDN產業規模預測 （單位：億美元）

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中國 SDN 產業規模預測

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