SDN本質：讓網(wǎng)絡軟件化、敏捷化
1 SDN的需求及驅動力
很多做網(wǎng)絡的同仁在初次了解SDN(Software Defined Networking)的架構后都會產(chǎn)生一系列的疑問：1)SDN真正的客戶需求在哪里，它到底能解決什么問題?2)集中控制和集中網(wǎng)管的本質區(qū)別是什么?3)它是不是和軟交換差不多?這些疑問也不無道理，簡單地將控制和轉發(fā)分離之后難道就能產(chǎn)生諸多神奇的效果?我想說的是SDN一點也不神奇，它是來自于IT領域的一種必然需求，是過去60多年來IT越來越去硬件化，以軟件獲得功能靈活性的一種必然趨勢。SDN不能化腐朽為神奇，而僅僅是能夠為IT產(chǎn)業(yè)增加一個更加靈活的網(wǎng)絡部件，在局部來看，它似乎是個顛覆性的實現(xiàn)技術，但是從總體來看它不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡的體系結構，它只是提供了一個設備供應商之外的企業(yè)、運營商能夠控制網(wǎng)絡自行創(chuàng)新的平臺，使得網(wǎng)絡創(chuàng)新的周期由數(shù)年降低到數(shù)周，換句話說，企業(yè)、運營商創(chuàng)新是為了滿足最終內外部用戶的需求，網(wǎng)絡創(chuàng)新周期縮短了、簡化了，也就意味他們的競爭力更強、他們的客戶更加滿意。
SDN從最早的Ethane系統(tǒng)算起，至今已經(jīng)4年多了，正是來自于不同群體的需求推動了其蓬勃的發(fā)展。
斯坦福SANE/Ethane項目
需求：提升企業(yè)網(wǎng)網(wǎng)絡安全性，降低網(wǎng)絡管理的復雜度
解決方案：用于企業(yè)網(wǎng)的集中控制管理，每個端點必須和網(wǎng)絡進行認證，安全策略可以在單點進行控制，由網(wǎng)絡設備負責執(zhí)行策略。
校園網(wǎng)
需求：高校研究者的網(wǎng)絡創(chuàng)新可以在校園網(wǎng)上實驗而不必求助于設備提供商
解決方案：將網(wǎng)絡設備的轉發(fā)行為原語化，全部交由外部的計算機控制，研究者可以在基于通用操作系統(tǒng)的計算機上編程實現(xiàn)新的網(wǎng)絡協(xié)議和轉發(fā)行為，而不必修改轉發(fā)面設備本身。OpenFlow由此而誕生。
google、Facebook、Yahoo!等大型網(wǎng)絡服務提供商
需求：1)大型數(shù)據(jù)中心(10K交換機)復雜的網(wǎng)絡管理問題。2)云計算技術革新帶來的對網(wǎng)絡特性新的需求很難在短時間內滿足，比如TRILL協(xié)議標準化用了7年，用戶希望能網(wǎng)絡特性增加能和自己修改軟件特性一樣快捷。3)IaaS服務所要求的資源調度包括對網(wǎng)絡資源的動態(tài)按需調度，現(xiàn)有技術不能很好的滿足。4)降低網(wǎng)絡設備的成本。
解決方案：1)集中管理，網(wǎng)絡設備即插即用、自動故障發(fā)現(xiàn)及流量切換、自動故障恢復處理。2)將網(wǎng)絡的轉發(fā)行為控制交由外部控制實體控制，并且這個外部實體是開放系統(tǒng)，Google、Facebook的工程師可以自己編程實現(xiàn)任何想要的網(wǎng)絡特性，而不必去走提需求、標準化、測試、入網(wǎng)的冗長流程。3)網(wǎng)絡資源池化，網(wǎng)絡控制實體提供接口給應用，應用可以根據(jù)需要控制網(wǎng)絡的轉發(fā)行為。4)轉發(fā)面設備標準化、同質化，將創(chuàng)新、差異化交給控制器軟件，轉發(fā)面成本如同PC一樣可以大幅降低。
電信運營商
需求：1)縮短網(wǎng)絡新功能的面市周期，希望CT創(chuàng)新也像互聯(lián)網(wǎng)一樣快捷、多樣化。2)降低網(wǎng)絡的管理成本。
解決方案：網(wǎng)絡進一步軟件化、通用化、集中化。
那么為什么不是網(wǎng)管來做到這一切。首先，目前沒有一種網(wǎng)管是參與網(wǎng)絡運行時的狀態(tài)和策略控制的，比如說你根據(jù)報文在線決策其轉發(fā)策略。參與運行時在線控制的需要和運行系統(tǒng)同樣的可靠性及合理的性能、時延保證，在電信系統(tǒng)中，可靠性要求是≥99.999%。其次，參與系統(tǒng)運行時流程的”網(wǎng)管”不是網(wǎng)管，它是某種形式的控制面。第三，有人說那有什么本質區(qū)別，我仍然認為那是網(wǎng)管，那么好吧，那是在線網(wǎng)管服務器，未來的網(wǎng)管。
2 SDN本質
說到SDN，必然提到OpenFlow，但是SDN不等于OpenFlow，就如同互聯(lián)網(wǎng)不等于IP協(xié)議，PSTN不等于7號信令，IMS不等于SIP，WEB體系不等于HTTP協(xié)議一樣。OpenFlow僅僅是SDN中控制器控制轉發(fā)面設備的協(xié)議而已，控制器本身的架構、網(wǎng)絡拓撲算法、運行環(huán)境、編程工具，以及和上層應用的集成技術都是SDN的一部分，并且是架構上更為核心的部分。打個比方，存儲程序控制是馮.諾依曼計算機體系的核心理念，至于你采用何種CPU指令集倒是其次，你可以采用古老的ENIAC、IBM system360指令集，也可以用現(xiàn)代的IBM Power、x86、MIPS、ARM指令集，每一種計算機系統(tǒng)都是馮.諾依曼體系架構的一個實例。
當然，對于SDN而言，不能僅僅只有抽象的架構，一定要有具體的實現(xiàn)實例，因此業(yè)界選擇了OpenFlow協(xié)議作為指令集，并圍繞其來建立一系列的操作系統(tǒng)、軟件、編譯器、外設框架和實現(xiàn)。那么，業(yè)界為什么沒有選擇IETF定義的控制轉發(fā)分離協(xié)議FORCES(Forwarding and Control Element Separation)而是選擇了OpenFlow?我理解主要原因有兩點1)forces設計初衷在于設備的轉發(fā)控制分離，側重于現(xiàn)有功能的建模，而不是用來創(chuàng)造新的網(wǎng)絡特性。2)推進者的力量不同，forces由Intel發(fā)起，但是隨后其賣出了NP，再無推進的決心，而OpenFlow由硅谷的搖籃-斯坦福大學提出，由GENI項目通過試驗床合同推進，進而吸引了Google、Facebook、微軟這樣多金的IT/互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)參與，最終形成了強大的產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟。理論上，我們也可以擴展forces實現(xiàn)類似的SDN功能，或者我們再定義其它的控制協(xié)議和轉發(fā)模型來實現(xiàn)SDN，但是OpenFlow已經(jīng)占住先機。
那么到底SDN的本質是什么?如前所述，SDN的本質就是讓用戶/應用可以通過軟件編程充分控制網(wǎng)絡的行為，讓網(wǎng)絡軟件化，進而敏捷化。那么為什么網(wǎng)絡需要軟件化、敏捷化?當然是為了更加快速地滿足最終客戶的需求，附帶地，降低Capex和Opex。也許有人會疑問，我的設備已經(jīng)是可以軟件編程，SDN有什么不同?當然不同。
Step 1:從設備提供商可編程轉變?yōu)橛脩艨删幊?/strong>
SDN通過將控制面從封閉的廠商設備中獨立出來，并且可以完全控制轉發(fā)面行為，使得新的網(wǎng)絡協(xié)議的實現(xiàn)可以完全在控制面編程實現(xiàn)，而控制面是一個開放的、基于通用操作系統(tǒng)的可編程環(huán)境，目前的實現(xiàn)支持C++和Python腳本，不排除未來像Web編程一樣支持多種腳本語言。故而有實力的IT/電信運營商/大型企業(yè)可以不求助于廠商和標準組織就自行實現(xiàn)新的功能。
Step2：從設備可編程轉變?yōu)榫W(wǎng)絡可編程
SDN的可編程不僅是針對單個網(wǎng)絡節(jié)點而言的，而且是可以對整個網(wǎng)絡進行編程，如下的圖很好地闡述了這個理念。控制器具有全局的拓撲，可以計算任意端點之間的路由，并控制轉發(fā)路徑。同樣其也可以控制每個端點的接入權限，無論你從那個節(jié)點接入，例如你可以將VLAN綁定、802.1x認證交由控制器實現(xiàn)，轉發(fā)面設備完全不感知。
Step 3: 網(wǎng)絡和IT應用的無縫集成
如下的圖中，通過虛擬數(shù)據(jù)中心管理器的協(xié)調，VDC業(yè)務開通、虛擬機的遷移、加載以及負載均衡和網(wǎng)絡策略的遷移、生成可以實時聯(lián)動，從而使IT服務響應速度、服務質量進一步提升。
更進一步的是，應用可以通過SDN Controller提供的接口為特定用戶流量設置安全策略、QoS，比如屏蔽某個惡意攻擊的用戶MAC地址、為特定用戶/應用預留帶寬。
此外，SDN控制下的網(wǎng)絡不再受制于OSPF/ISIS/TRILL/SPB這些標準協(xié)議本身的能力，如果需要，管理員可以在任何兩個機架之間設置直達鏈路并立刻投入使用，不必受制于STP的限制，也不必受限于最新的ECMP(等價多路徑)能力限制。
很多人爭論OpenFlow的價值到底是Open還是Flow，其實Open是有一點，F(xiàn)low完全是錯誤的起名，和大多數(shù)網(wǎng)絡設備一樣，你可以通過ACL管理到五元組的流，但是絕大部分的流量都是L2/L3的查表轉發(fā)，對流量管理到何種顆粒度完全取決于應用的需求而不是技術本身。OpenFlow/SDN提供了從完全通配的缺省路由到十數(shù)元組的最細粒度流的查表轉發(fā)，如何選擇取決于應用場景。如果有一種設備必須按細粒度的流進行管理，那么那是安全設備，比如防火墻。
從SDN的形態(tài)來說，Open并產(chǎn)生價值的并不是轉發(fā)設備和控制器之間OpenFlow接口，而是控制器和應用之間的接口，那是IT創(chuàng)新所需要的，當然OpenFlow協(xié)議是實現(xiàn)其價值的載體。
3 SDN博弈
SDN是來自于IT的力量推動了網(wǎng)絡的變革，它是一種網(wǎng)絡實現(xiàn)技術，和IPV6之于IPv4完全不同，SDN不改變主機可以看得見的轉發(fā)面封裝，它是現(xiàn)有網(wǎng)絡協(xié)議/架構和未來網(wǎng)絡的一種支持平臺。它可能更像一種高級語言+編譯器，可以用來實現(xiàn)你想要的應用軟件，而不是另外一種新的功能性軟件。
SDN帶來了一種潛在的，令領先廠商害怕的可能性：標準化的轉發(fā)面，由此帶來的同質化競爭將使得網(wǎng)絡硬件利潤急劇下降。這種風險是存在的，而且是大概率的，但是必然有一部分利潤要轉移到芯片和控制器軟件上，就如同PC的Intel和Microsoft一樣，雖然這兩個領域并不是100%相同。有人也許會想到控制器軟件市場可能受到開源社區(qū)的侵蝕，我個人認為SDN控制器是網(wǎng)絡的核心，其可靠性要求非常之高，除了極少數(shù)如同Google、Facebook、微軟、Amazon這樣的有能力進行網(wǎng)絡軟件開發(fā)維護的IT巨頭外，大部分企業(yè)不可能基于開源軟件構建商用的網(wǎng)絡。
正是由于PC化的前景存在，Broadcom這樣的芯片廠商以及SDN軟件創(chuàng)業(yè)公司、網(wǎng)絡供應商的后進者看到的是機會，而Cisco看到的可能是威脅，當然以Cisco的實力，擁抱這個轉變將使得威脅微不足道。我個人非常希望Cisco徹底拒絕SDN，那將是其它公司的福音 - 數(shù)百億美元的市場將重新洗牌，我們也有機會，尤其是在企業(yè)網(wǎng)/數(shù)據(jù)中心市場。
過去的十年，我們見證了開放的Google的崛起，也見證了封閉的Apple的二次煥發(fā)青春，當然我們應該理解封閉并不是蘋果的成功因素，聚焦并將事情做到極致才是其關鍵成功要素，模仿其軟硬件+AppStore一體化的封閉商業(yè)模式無異于逆潮流而動，我們如果同時注意到DEC、SUN的衰落就不會模仿不可復制的蘋果。同樣我們也見證了VMware從一個名不見經(jīng)傳的小公司變?yōu)镮T領域站在價值鏈頂端的巨人，云計算使得當年玩具一樣的虛擬化技術成了IT的核心。另一方面我們也見證了固步自封，自取其辱的兩個例子，一個是Nokia，另外一個是柯達，無視來自于消費者的市場力量，忽視或對抗大趨勢，無論你曾經(jīng)多么輝煌，都會被消費者所背棄。
SDN帶來的變革不會太令人驚訝，雖然很多人將其和PC產(chǎn)業(yè)之于大型機/小型機相比，但是其面臨的市場空間和目標客戶均注定了其沒有PC那樣偉大，當然它的參與門檻也要高得多。如果強要和歷史上曾經(jīng)發(fā)生的某次變革相比較，我更傾向于將其類比于將虛擬化技術的興起，有了服務器虛擬化，你不必關注你的計算/存儲實體到底在何處，IT的整合和資源利用率提升成為可能;同樣，有了SDN，你不必關注到底是什么樣的黑盒子在轉發(fā)流量，你只需告訴SDN控制器我需要什么樣的網(wǎng)絡服務。
