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[导读]2006年,由斯坦福大学为主导,联合美国国家自然科学基金会(National Science Foundation, NSF)以及包括工业界合作伙伴,共同启动了Clean Slate(Clean-Slate Design for the Internet)项目。在此项目中,Martin Ca

2006年,由斯坦福大学为主导,联合美国国家自然科学基金会(National Science Foundation, NSF)以及包括工业界合作伙伴,共同启动了Clean Slate(Clean-Slate Design for the Internet)项目。在此项目中,Martin Casado博士及其团队成员提出了Ethane架构,作为企业网安全的子项,其被认为是SDN概念及OpenFlow技术的发展源头。该架构通过一个中央控制器向基于流(Flow)的以太网交换机下发策略,从而对流的准入和路由进行统一管理。

在此基础上,2007年,Martin Casado博士联合Nick McKeown、Scott Shenker教授(加州大学伯克利分校),共同创建了致力于网络虚拟化的Nicira公司,并最先提出了SDN的概念。在2008年,Nick McKeown教授发表文章《OpenFlow:Enabling Innovation in Campus Networks》,首次提出了OpenFlow协议。

在此之后,SDN技术开始飞速发展,并受到互联网公司的重视。Google、雅虎等互联网公司对SDN领域的研发加大投资,并开始逐步部署。

在通信设备商方面,长久以来所提供的设备均是传统的控制和硬件一体的设备,网络通过设备与设备之间的各类协议进行控制和运行。SDN的产生对于设备商来说同样是革命性的改变,在未来SDN组网环境中,传统设备已经不具备成本优势。随着SDN市场前景的日趋明确,为了在未来SDN网络中占据一席之地,各通信设备商也开始积极投入SDN技术、设备以及解决方案的探索和研究之中。随着SDN标准的日趋成熟和完善及OpenFlow标准的发布,思科、华为等厂商也陆续推出了自己的SDN的解决方案。

网络结构模型

SDN是一种新型的网络架构,它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离,并实现可编程化控制。其中,应用层包括各种不同的业务和应用;控制层主要是网络操作系统,负责处理数据平面资源的编排,维护网络拓扑、状态信息等;基础设施层负责基于流表的数据处理、转发和状态收集。SDN包括如下基本特征。

控制与转发分离:转发面是一个受控转发的设备,转发和业务逻辑由分离出去的控制面进行控制,其核心控制协议就是OpenFlow协议。

逻辑上的集中控制:传统网络中,每个网元均有独立的控制面,网元间通过控制协议进行数据交互;对于SDN网络,将单个网元的控制面抽离处理,统一成一个独立于设备的控制平面,因而可以拥有网络级的状态,并根据全局网络状态进行优化。

开放API:对应用提供网络资源操作的接口。通过API接口,应用层可以告知网络如何运行才能更好地满足业务带宽、时延、计费等需求;应用层可以由客户根据自己的需求进行定制。

SDN标准技术进展

SDN已经得到了业界的广泛关注和认可,将会成为未来网络演进过程中的重要代表;同时,SDN作为一种新的网络技术和架构,推动其技术标准化则显得尤为重要。一方面,运营商在进行技术研究工作时,应关注核心技术的研究和核心专利的申请,积极参加相关国际标准会议和组织,争取引导SDN产业的发展;另一方面,SDN技术的标准化,特别是SDN接口协议的标准化,对于运营商简化网络运维管理,及实现异厂商设备、异构网络之间的互联互通都起到了积极的推动作用。

ONF

2011年,在雅虎、Google、德国电信等几家公司的倡议下,开放网络基金会(Open Networking Foundation,ONF)成立,其致力于软件定义网络及OpenFlow技术的标准化(规范制定)以及商业化,也是目前最为活跃的SDN标准化组织。

该组织主要关注SDN及OpenFlow技术的标准化(规范制定)以及商业化。目前,ONF由董事会成员及会员两部分组成。董事会成员主要包括部分运营商、互联网及软件公司,包括德国电信、日本NTT、Facebook、Google、微软、Verizon、雅虎以及高盛等8家成员;会员则包括网络设备商、网络运营商、服务器虚拟化厂商、网络虚拟化厂商、测试仪表厂商等在内的80多家成员。

2012年,SDN成为全球网络界最炙手可热的焦点,ONF创始至今,已经为设备和软件提供商、服务提供商及电信运营商带来众多机遇。因此ONF成员数量也快速扩张。ONF成员也在不同领域开展了SDN的技术研究和部署。国内运营商中的中国移动已经成为ONF组织的成员,而中国电信也在积极申请中。

ONF组织架构如图2所示,其中技术工作组是其主要的技术研究部门,包括扩展性组、配置和管理组、测试和互操作组、迁移组、市场培育组、结构框架组、转发抽象组和光传输组等8个子工作组,此外,ONF设置有5个讨论组,分别是专题讨论组、无线传输组、安全组,技能验证组和日本组。

目前ONF最主要研究成果是OpenFlow标准和OpenFlow-CONFIG标准(即OpenFlow配置和管理协议)。OpenFlow协议用来描述控制器和交换机之间交互所用信息的标准,以及控制器和交换机的接口标准。各版本OpenFlow标准及其相应特点如表1所示。

OpenFlow配置和管理协议(OF-CONFIG)由配置和管理工作组制定和维护,是OpenFlow协议的同伴协议,是在包含OpenFlow交换机的运营环境下,除OpenFlow协议之外的接口配置和管理协议规范,目前采用NETCONF协议进行传输。各版本OF-CONFIG标准及其相应的特点如表2所示。

IETF

IETF成立于1985年底,是全球互联网最具权威的技术标准化组织,主要任务是负责互联网相关技术规范的研发和制定,当前绝大多数国际互联网技术标准出自IETF。与ONF相比较,IETF更多是由网络设备厂商主导,聚焦于SDN相关功能和技术如何在网络中实现的细节上。

IETF早期有两个与SDN相关的研究项目/工作组,分别是转发与控制分离组(ForCES,forwarding and control element separation)和应用层流量优化工作组(ALTO,application-layer traffic optimization)。其中,ForCES已经发布了9个RFC,主要涉及需求、框架、协议、转发单元模型、MIB等;ALTO主要通过为应用层提供更多的网络信息,完成应用层的流量优化,用于判断的参数包括最大带宽、最少跨域、最低成本等等。ALTO的研究思想体现了SDN向上层应用开放接口的理念,这种开放部分网络信息以优化应用的做法,从广义上讲也是SDN的一种实现类型。

此外,IETF还着手制定I2RS标准。I2RS的核心思想是在目前传统网络设备的路由及转发系统基础上开放新的接口来与外部控制层通信,外部控制层通过设备反馈的事件、拓扑变化、流量统计等信息来动态地下发路由状态、策略等到各个设备上去。可以看出,I2RS延用了传统网络设备中正在使用的路由、转发等结构与功能,并在此基础上进行功能的扩展与丰富。

目前,IETF 也以软件驱动网络(software driven network)为出发点研究SDN,成立了SDN BOF,并提出了IETF定义的SDN架构,如图3所示。

ONF中的OpenFlow协议强调的是设备控制与转发分离,以实现转发设备的标准化和开放化。而IETF中定义的SDN网络架构重点强调的是设备的可编程性,即开放北向API接口,为用户创新提供有力保证。

ITU-T

ITU-T也在近期开展了对SDN的相关研究。通过与ONF的联络协商,ITU-T明确了将针对运营商网络进行SDN场景对象、相关架构的研究。

在2013年2月的SG13(Future networks including cloud computing, mobile and next-generation networks)全会上,将原有的28个Question重组为19个Question,并对SDN强相关的Question进行了重命名。其中,承接上一研究期,修改Q14在研项目Y.FNsdn研究范围从而覆盖SDN定义、总体特征、功能需求和架构。图4示出了Y.FNsdn标准中所定义的SDN 框架。

SG 13主要面向SDN功能需求和网络架构的标准化,而SG 11则结合SG 13的工作,开展SDN信令需求和协议的标准化。2013年2月在日内瓦召开的SG 11全会上,确定了以下几个方向的研究议题。

软件定义的宽带接入网(SBAN)应用场景及信令需求(Q.SBAN);SDN的信令架构(Q.Supplement-SDN);基于宽带网关的灵活网络业务组合信令需求(Q.SBNG);跨层优化的接口和信令需求(Q.CSO);支持IPv6的标准化智能可编程接口应用场景及信令需求(Q.IPv6UIP)。

与此同时,2013年2月SG15 Q12/Q14的中间会议也开始研究SDN对传送网络架构的影响,并根据会议提交的多篇文稿制定了SDN在传送网方面的Living List,这些研究点将会是SG15 Q12/Q14后续SDN研究的重点。

ETSI

国际主流运营商发起成立了网络功能虚拟化行业规范工作组(NFV ISG)并于2013年1月召开了第一次会议。本工作组将制定支持虚拟功能硬件和软件基础设施的要求和架构规范以及发展网络功能的指南。工作组的工作将视情况整合现有的虚拟化技术和标准,并与其他标准委员会正在开展的工作相配合。

NFV 和SDN 是互补的,但又不相互依赖。虽然二者的结合可能产生更高的价值,但NFV 的实现可以不使用SDN。

CCSA

CCSA已开始在TC1和TC3设立SDN研究任务,预研SDN的应用场景/需求和问题分析、术语及定义、系统架构和功能模型、设备技术规范、互通规范和测试规范等。

2012年8月,TC1召开了“未来网络与SDN”专题研讨会,主要对SDN应用及发展,架构及关键技术进行了讨论。2013年1月,TC1成立了“未来数据网络(FDN)”特别工作组,分别在应用场景、功能架构、接口协议方面专门立项开展研究。2012年12月,TC6 WG1(传输工作组)针对“软件定义光网络技术”进行了研究立项,该项目将针对光网络的需求和特点,提出面向光传送网的SDN关键技术和解决方案。

小结

毫无疑问,SDN是下一代互联网和电信网发展的关键技术之一。对于传统电信运营商而言,对SDN仍是初步涉及,对SDN在电信网络的应用也仍在尝试与探索。无论已经广泛深入,还是仍在初步尝试,以SDN为代表的新一代技术已经对整个市场格局产生了转变,SDN对整个网络也将带来革命性的影响。

SDN对网络建设、组网架构和运维模式都存在潜在的影响,传统电信运营商对软件化网络的建设、运行和管理都面临系统性的挑战,建议运营商积极开展SDN的标准技术研究、网络架构创新,以规避风险、迎接挑战。

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