2016年中国SDN ，重新定义网络架构分析

　　一、SDN简介——控制与转发平面分离的新型网络架构

　　SDN， 即软件定义网络 ，意为用软件来调度和管理网络。现有网络中，对流量的控制和转发都依赖于网络设备实现，且设备中集成了与业务特性紧耦合的操作系统和专用硬件，这些操作系统和专用硬件都是各个厂家自己开发和设计的，因而存在通用性问题。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，网络设备只负责单纯的数据转发，因而可以采用通用的硬件；而原来负责控制的操作系统将提炼为独立的网络操作系统，而且网络操作系统和业务特性以及硬件设备之间的通信都可以通过编程实现。简而言之，和传统网络相比，SDN 在结构及逻辑层面具备非常明显的差异化特征，进而带来了无可比拟的优势：

　　1） 在结构层面， 控制与转发平面分离 。硬件设备仅负责转发，转发的具体方式以及业务逻辑交由控制平面上的控制应用控制。在降低网络部署成本的同时又提升了网络的部署效率。

　　2 ） 在逻辑层面， 逻辑上集中的控制平面可以控制整个 网络。通过编程即可实现对网络全局的优化控制。这样不仅使得网络的控制更加简单、便于管理，同时还可以提升网络的使用效率。此外，得益于统一的控制，SDN 可以对网络中的攻击实施定向处理，将被攻击的设备实施快速隔离，防止网络攻击的扩散，安全性亦有提高。

传统网络架构

资料来源：公开资料整理

SDN 网络 架构

资料来源：公开资料整理

　　SDN的架构自上而下可以分为五个部分：应用层、北向接口、控制层、南向接口、 网络设备层 。和传统网络架构相比，SDN 网络增加了控制层以及南向接口。

　　应用层 ：应用层通过控制层提供的编程接口对底层设备进行编程，开发各种业务应用，实现丰富多彩的业务创新。该层类似人类的各种创新想法，大脑在其驱动下对四肢进行指挥。

　　北向接口 ：连接应用层与控制层的接口，使得各项 SDN 应用能够便捷的调用底层的网络资源。

　　控制层：是整个 SDN 网络的核心，集中管理网络中的所有设备。该层类似人类的大脑，负责对人体的总体控制。

　　南向接口：连接控制层与网络设备的接口，实现对网络设备状态、数据流量转发的管控。

　　网络设备层 ：即硬件设备层，专注于数据转发及各项业务的物理转发。该层类似人体的四肢，在大脑的控制下开展各项活动。

传统网络架构与 SDN 网络架构的对比

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　　二、SDN的应用—— 解决网络发展过程中的核心痛点

　　SDN的应用场景与其网络架构优势息息相关 ，数据中心和运营商网络是最主要的应用场景 ：由于 SDN 网络的转发平面和控制平面分离，控制逻辑集中，使得 SDN 网络具备通用化、简单化、全局优化、网络虚拟化、网络能力开放化等诸多优势。因此，只要是对上述优势有需求的场景都是 SDN 的潜在应用场景。考虑到网络中的主要参与实体，数据中心内部网络、数据中心互联以及运营商网络是 SDN 最主要的应用场景。

　　SDN典型应用场景一：突破数据中心内部网络发展的瓶颈 。在数据流量爆发增长以及数据向云端转移趋势的影响下，全球数据中心市场规模呈快速增长的态势，据预测，未来三年国内数据中心的市场规模将继续保持接近 40%的年均增速，2018 年将接近 1400 亿元。而在整体市场规模快速扩张的同时，IDC 单站点规模也在急剧增长，在此过程中也产生了一些制约 IDC 发展的瓶颈：

　　1 ） 架构瓶颈：传统数据中心内部各业务之间相互独立占用资源，数据中心内部流量基本以南北向为主，各业务网络采用物理方式隔离，自成一体、无法复用。传统网络架构只能纵向替换，无法横向拓展。

　　2 ）效率瓶颈：传统数据中心为了满足峰值时刻的流量需求，往往设计了大量的冗余资源，导致大部分时间点的效率过低。为了解决资源利用率低的问题，产生了虚拟化技术。数据中心的资源构成非常简单，可分为计算资源、存储资源和网络资源三类。计算资源和存储资源均已实现了虚拟化，唯有尚未实现虚拟化的网络资源成为了制约数据中心效率提升的瓶颈。

传统数据中心网络架构

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SDN 数据中心网络结构

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　　SDN数据中心可实现对计算、存储及网络资源的统一协调和控制。SDN 数据中心网络主要含有三大组件：SDN控制器，VM 管理器以及 DC 管理器。其中，SDN 控制器主要用于实现对网络设备（包括驻留在服务器的 vSwitch）的集中管理和控制；VM 管理器主要用于实现 VM 的管理，包括 VM 的创建、部署和迁移等；DC 管理器主要用于实现整体的协同和控制，完成 VM 管理器与 SDN 控制器的协同，实现数据中心三大资源的统一协调和控制。由于 SDN 实现了网络资源虚拟化和流量可编程，因此可以很灵活的在固定物理网络上构建多张相互独立的业务承载网，极大地提升了网络的可拓展性和资源的利用效率，满足未来数据中心对支撑海量用户、多业务、灵活组网等迫切需求。

　　SDN典型应用场景二 ： 优化数据中心间的互联效率与网络管理能力 。数据流量的爆发同样为数据中心互联带来了困扰，主要体现在两个方面：

　　1 ）链路利用效率不佳。数据中心在同步、备份流量时，大部分情况下带宽利用率都很低（低于 50%），造成了网络带宽资源的浪费；而在带宽资源有限的情况下，又会难以满足部分业务临时性的大容量传输需求。

　　2） 网络管理能力滞后。随着网络设备的增加，传统的网络管理方式已不能适应未来的网络规模。特别是随着业务模式和客户数量的不断增长，差异化的服务更加剧了网络管理的复杂程度。而在网络保障方面，面对故障时必须能够快速改变故障路径。

Google 数据中心分布

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Google 公司 B4 网络方案

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　　Google 对 B4 网络的改造是 SDN 用于数据中心互联的一个成功案例。一开始决定 SDN 网络改造时，Google 的目的很简单，就是为了提升链路利用效率。经过改造之后，B4 网络的链路带宽利用率提高了 3 倍以上，从之前平均的 30%-40%提升至接近 100%，链路成本大大降低。而在网络管理方面，改造之后的网络更加稳定，对路径失效的反应更快，管理大大简化，也不再需要交换机使用大的包缓存，对交换机的要求降低。可以说对 B4 网络的改造完全超出了 Goole 的预期。

　　SDN 典型应用场景三： 升级运营商网络 —— 由功能化走向智能化 。和数据中心类似，运营商对网络运营效率和管理水平的提升也有着同样的诉求，SDN 架构的引入将使得运营商网络从传输数据的功能网络升级为管控流量的智能网络。运营商网络包括接入网、城域网、骨干网，网络覆盖范围大、网络情况复杂，由于目前 SDN 技术尚不够成熟，标准化程度不高，大范围、大量网络设备的管理、超大规模 SDN 网络的稳定性都还需要更进一步的探究，因此 SDN 技术在电信运营商网络的大规模应用还难以实现。尽管如此，国内三大运营商均已提前布局 SDN 技术，加速改革其网络架构：

三大运营商加速改革网络架构

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　　三、SDN进入广泛推广期， 市场规模有望快速扩张

　　下一代网络架构进入商业部署期，未来五年复合年均增速超过 90%。据报道，当前全球 SDN 产业正处于从技术研究向商用部署的转化期， 2016 年是进入广泛部署期的第一年，2017-2020 年 SDN 开始成为网络的基础架构，并将经历一个长期的演进和转型过程。与此同时，SDN 的市场规模正处于爆发增长的阶段，据统计数据，2016 年全球 SDN 产业规模将达到 39 亿美元，2018 年将有望超过 150 亿美元，年复合增长率达到 90%。国内市场方面，据预测，未来五年 SDN 市场规模的 CAGR 达到 92%，在 2020 年将超过 400 亿元。

全球 SDN产业规模预测 （单位：亿美元）

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中国 SDN 产业规模预测

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