摘要
- Background：为什么需要 SDN
- SDN的主要解决方案
- SDN的整体应用架构
- SDN与网络安全
- OpenFlow工作原理
- OpenFlow在SDN架构中的角色
Background
软件定义网络（Software-defined networking，SDN），一种新的网络架构。SDN 提出的控制与转发平面分离、网络状态集中控制、支持软件编程等理念并不是什么新鲜事，但是长久以来一直没有非常突破性的进展。
“为了让系统更好地工作，早期需要管理复杂性而后期需要提取简单性。” —唐·诺曼（Donald Arthur Norman）
目前 SDN 引起广泛关注得益于网络需求侧翻天覆地的变化：云计算业务（服务器虚拟化技术为代表）成为主流，移动互联网催生的大数据技术日益普及，包括网络在内的资源快速配置、弹性扩容、按需调用需求强烈。传统模式的弊端显现：网络设备硬件、操作系统和网络应用三部分紧耦合在一起，组成一个封闭系统，这三部分相互依赖、每一部分的创新和演进都要求其余部分做出同样的升级。
SDN Solutions
如何解决从“管理复杂性”阶段转变到“提取简单性”阶段呢？最先取得成功商用经验的是互联网企业Google。
Google 的 SDN 实践
Google 基于 SDN 技术改造其骨干网 G-scale（Backbone Network，也称WAN网）。WAN网的主要任务是负责全球12个数据中心之间的互联，数据流量的内容包括：1. 用户数据备份，例如视频、图片、语音等；2. 跨数据中心存储访问，例如计算资源和存储资源分布不同；3. 大规模的数据同步。WAN 网成本高昂（包括很多海底光缆），而且存在数据流量大但是链路带宽利用率低的问题：为了实现负载均衡，同时避免大流量都被分发到同一个链路上导致丢包，Google不得不使用过量链路，提供比实际需要多得多的带宽，实际链路带宽利用率只有30%~40%，而且仍不可避免有的链路很空闲，有的链路产生拥塞，设备必须支持很大的包缓存，成本高。为了增强网络的可管理性，Google 首先在带宽分配和路径计算方面尝试。解决思路是当一个新的数据要开始传输时，应用程序会评估所需要耗用的带宽，为它选择一条最优路径（如负载最轻但非最短路径，虽不丢包但延时大），然后把这个应用对应的策略通过控制器（Controller）下发到定制的交换机中，跟选择的路径绑定在一起，从而整体上使链路带宽利用率达到最优。
SDN 架构中最显著的一个特点就是采用集中式控制器（Controller）：
SDN 世界的两大山头
SDN 技术体系目前还处于激烈竞争阶段，相关新产品和新技术层出不穷，如果要梳理大致可以分为两个流派：
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ONF(Open Networking Foundation，开放网络基金会 )
董事会成员：德国电信（DT）、Facebook、 Google, Microsoft、Verizon、Yahoo!、日本 NTT 电信、高盛公司
特点：面向用户
SDN 标准化组织
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ETSI NFV(Network Functions Virtualisation)
成员：欧洲电信标准协会（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）包括 AT&T, 英国电信（BT）, 德国电信等
特点：主要工作成果是 “网络功能虚拟化白皮书”，对NFV的定义、应用场景、基本功能，以及SDN等技术的关系等内容进行描述。 -
ITU-T （国际电信联盟通信标准化组织）
由 ITU-T 指定的国际标准通常被称为建议（Recommendations）,2012年开始 SDN 与电信网络结合的标准研究。
SDN Architecture
SDN在应用中大体上可以可以划分为三层体系结构：
- 应用层（Application Layer）
- 控制层（Control Layer）
- 基础设施层（Infrastructure Layer）
不同层次之间通过接口通讯：
- 北向接口（Northbound interface）
- 南向接口（Sorthbound interface）
控制层（ Control Layer ）
目前市场上的 SDN 控制器解决方案大致可以分为两类：大型网络设备厂商提供商业方案，例如 Cisco Open SDN controller, Juniper Contrail, Brocade SDN controller, 和来自 NEC 公司的 PFC SDN controller ；社区组织提供的开源方案，例如 OpenDaylight, Floodlight, Beacon, Ryu 等等。
Commercial Solutions:
Open Source Solutions:
- ：由斯坦福大学开发，Java语言编写
- ：源于，Big Switch Networks开发，Java语言编写，Apache许可证
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- ：由 NTT 开发，Python 编写，能够与 OpenStack 平台整合，控制器API丰富
- : 由 Kulcloud 开发，内核采用 C 语言实现的多线程架构
- : 由 Cisco 开发，基于 Node.js 的 控制器，JavaScript 编写
- : 由 NEC 开发，Ruby/C 编写
- : 由 Nicira 开发，C++/Python编写，业界第一款 控制器
- : 由 Nicira 开发，是 NOX 的纯 Python 实现版本，目的是提供跨平台部署的便利性
基础设施层（ Infrastructure Layer ）
应用层（ Application Layer ）
应用层对于开发者来说是开放区域，鼓励开发尽可能多的创新应用。包括网络的可视化：拓扑结构、网络状态、网络统计等；网络自动化相关应用：网络配置管理，网络监控，网络故障排除，网络安全策略等。SDN 应用程序可以为企业和数据中心网络提供各种端到端的解决方案。
例如，Brocade 应用实例：
- Brocade Flow Optimizer
- Brocade Virtual router
- Brocade Network advisor
HPE 应用实例：
- HPE Network Optimizer
- HPE Network protector
- HPE Network visualizer
- NEC UNC for HP SDN VAN Controller
- Aricent SDN Load balancer
- TechM smart flow steering
- TechM server load balancer
南向接口（ Southbound interface ）
控制层到基础设施层（网络交换机）通讯需要经过南向接口，目前主要的协议是 OpenFlow , NetConf，OVSDB 。 OpenFlow 协议是事实上的国际行业标准，NOX 、Onix 、Floodlight 等都是基于 OpenFlow 控制协议的开源控制器。作为一个开放的协议，OpenFlow 突破了传统网络设备厂商各自为政形成的设备能力接口壁垒。