关于软件定义网络（SDN）技术及其应用的分析

傅泽森 1 董柳依 2 陈振铎 3

摘要：互联网的出现给人们的生活和交流带来了极大的便利，但传统的IP互联网结构不仅复杂，而且难以管理，而新兴的软件定义网络(SDN)可以有效地改变这种情况。本文首先介绍了软件定义网络技术，分析了软件定义网络的几个关键技术，并讨论了该技术的具体应用。

关键词：软件定义网络；（SDN）技术；应用

1 软件定义网络（SDN）技术简介

SDN是斯坦福大学CleanSlate项目组提出的一种新型网络创新体系结构，旨在通过可编程的方式对网络进行灵活的控制和管理。SDN的设计思想是分离网络设备的控制平面和数据平面，实现对网络状态的集中控制，支持网络功能的软件编程。在SDN网络中，控制平面和数据平面相互分离，网络的配置和演进更加容易。SDN具有以下优点：

1.1 网络虚拟化

通过南方接口的统一开放，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。

1.2 可编程化

网络接口是开放的，可以按照软件编程的方式动态调整网络，方便网络技术的创新和网络能力的提高。

SDN与传统网络最大的区别在于它可以通过编写软件灵活定义网络设备的转发功能。SDN将网络设备的控制平面和转发平面分离开来，集中实现控制平面，新的网络功能部署只需在控制节点集中进行软件升级，从而实现快速灵活的网络功能定制。

1.3 集中控制

集中控制平面可以控制全网的转发设备，获取网络资源的全局信息，并根据业务需求对资源进行分配和优化。

1.4 开放接口

开放的南向CDPI和北向API接口使应用程序和网络之间的无缝集成成为可能，使应用程序能够告诉网络如何运行，以更好地满足应用程序的需求。

2 SDN的产生背景

移动设备和内容的扩散、服务器虚拟化和云服务应用程序正在推动网络行业重新审视传统的网络体系结构。传统的网络通常采用层次结构，以太网交换设备采用树型结构。该设计更适合于C/S模式的计算体系结构。然而，这种静态体系结构很难满足当今企业级数据中心的动态计算和存储需求。流量模式的变化、IT消费需求的多样化、对云服务日益增长的需求，以及对处理大数据的更宽带宽的需求，正在推动新网络模型的出现。

2.1 云服务需求增长

企业应用程序对公共和私有云服务需求的增加，导致云服务应用程序的急剧增加。企业业务需要灵活地按需访问应用程序系统、基础设施和其他IT资源。IT云服务的规划必须在安全性、合规性和审计要求与企业重组、合并和收购之间进行平衡，这些都可能在一夜之间发生变化，这增加了复杂性。如果您正在进行自配置，无论是在公共云还是私有云中，您都需要灵活伸缩的计算、存储和网络资源。

2.2 处理大数据需要更宽的带宽

如今，大数据或大数据集需要在成千上万台需要直接相互连接的服务器上进行大规模并行处理。随着大型数据集的出现，数据中心需要提供额外的网络容量。庞大的数据中心现在将面临艰巨的任务，将他们的网络扩展到以前无法想象的规模，并保持所有的连接而不出一点差错。

2.3 流量模式改变

在企业数据中心内，流量模式发生了巨大变化。与C/S应用程序相比，大量的数据通信发生在客户机和服务器之间。今天的应用程序访问不同的数据库和服务器，这导致在数据返回到最终用户设备(传统的南北模式)之前出现一系列机器对机器的通信(“东西向”模式)。用户正在改变他们的网络流量模式，因为他们迫切需要使用任何类型的设备，从任何地方连接，并在任何时间访问企业内容和应用程序。最后，许多企业数据中心管理员正在考虑可能包括私有云、公共云或两者都包括的实用计算模型，这会导致跨WAN的额外流量。

2.4 IT消费需求多样化

用户越来越多地使用个人移动设备，如智能手机、平板电脑和笔记本电脑，来访问公司网络。如果要以细粒度的方式容纳这些个人设备，同时保护企业数据和知识产权，并满足合规要求，IT技术将面临巨大的压力。

3 SDN技术的具体运用分析

3.1 SDN在固移融合中的应用

在全业务运营的背景下，存在固定网和移动网两种网络，这两种网络的边缘网关由不同的设备承担。如果采用SDN技术，可以将网关设备的控制平面提取部署到同一个SDN技术云数据中心的N0s中。由于控制平面可以通过脚本进行编程，操作人员可以根据客户的功能需求进行开发，所以大部分的业务都可以在控制平面完成。同时网关设备成为转发面设备，也可以作为xGW、xGXN、Bras等。通过上述操作，可以将固定网络与移动设备的数据转发面统一起来，实现固定网络与移动网络的融合。

3.2 在电信网中应用

在现有的电信网络中，IP网络和传输网络相互分离，独立管理。两者在管理层面没有交叉。SDN的引入可以为现有的电信网络提供智能网络和业务控制能力。通过SDN，可以实现物理网络资源和服务应用的动态匹配，提高网络效率。将SDN引入现有电信网将面临如何在同一管理平台下实现报文交换网和电路交换网的统一管理以及两个网络间的动态调度的问题。由于分组交换网络和电路交换网络的结构完全不同，有必要从网络架构上实现融合，这是SDN在电信网络应用中需要解决的首要问题。同时，SDN应用于电信网络时，必须具备运营商级的网络业务处理能力，如拓扑发现、网络故障检测与切换、网络告警与响应等。

3.3 SDN在数据中心的应用

SDN尚处于初级发展阶段，最新的技术实践需要学术界和业界的参与和推动。目前，SDN技术最有前景的应用领域之一是数据中心，因为统一管理和开放接口1:3的思想适用于数据中心网络和云计算。目前，数据中心发展的两大趋势是高流量和云计算。其中，产生大流量主要是因为数据中心应为用户提供视频、下载等服务，以及中心之间的备份、同步和信息推送；云计算是指数据中心使用虚拟机代替传统服务器作为计算单元，为用户提供计算资源。该工作模式要求数据中心交换机能够以虚拟机为单位对网络进行管理，虚拟机迁移时，中心交换机上的网络资源同步迁移。大流量和云计算给数据中心网络的发展带来了挑战。

对于大流量数据，由于现有数据中心之间没有或很少使用流量工程机制，数据中心之间的数据链路利用率不高。在这方面，SDN探测链路带宽利用率，并将结果反馈到跨数据中心的集中部署的SDN网关。网关控制每个数据中心的出口路由器，并分配多个数据中心的出口链路以提供链路带宽利用率。对于涉及云计算的虚拟机，当部署在数据中心时，网络策略通常部署在连接的虚拟交换机或介入交换机上。当虚拟机跨物理设备或广域网进行迁移时，需要将网络策略同步迁移到虚拟机新位置的网络设备上。然而，现有的数据中心交换机网络策略同步迁移方案是私有的，不能实现不同厂家设备的迁移。为了解决这个问题，SDN可以使管理员在虚拟机迁移之前和之后知道源地址，读取源交换机上的策略，并通过交换机和管理器之间的开放标准接口将它们发送到目的交换机，从而实现制造商之间网络策略同步迁移的目标。

4 结语

软件定义网络是近年来提出的一种新型网络架构，不同于传统的封闭网络，它实现了数据控制和有效解耦装置，是一种创新的网络架构，集中管理，低成本的网络运营优势，本文总结了软件定义网络的基本概念、优势和研究进展，为进一步理解和发展软件定义网络提供参考。

参考文献：

[1]赵伟,戴忠华.软件定义网络给信息安全带来的挑战与机遇[J].中国信息安全,2017(03):92-94.

[2]于笑,赵金峰,宋莉.软件定义网络技术的发展与应用研究[J].光通信技术,2017,41(03):5-8.