基本概念

2006年，美國GENI項目資助了斯坦福大學Clean Slate課題，以Nick McKeown教授為首的課題組提出了Openflow的概念用于校園網(wǎng)絡的創(chuàng)新實驗，因為Openflow給網(wǎng)絡帶來可編程的特性，軟件定義網(wǎng)絡的概念應運而生。

軟件定義網(wǎng)絡的概念是：通過某種網(wǎng)絡協(xié)議將網(wǎng)絡設備的控制面與數(shù)據(jù)面分離 ，從而擺脫硬件對網(wǎng)絡架構的限制 ，對網(wǎng)絡流量進行靈活控制，實現(xiàn)網(wǎng)絡作虛擬化和智能化 ，從而節(jié)省成本 ；因此，它也被看作一種新型的網(wǎng)絡架構模式——由最底層的數(shù)據(jù)平面、中間層的控制平面、最上層的應用平面及輔助管理平面組成。

從技術實現(xiàn)層面，一是網(wǎng)絡傳輸設備硬件呈現(xiàn)出簡單化、歸一化，與傳統(tǒng)復雜的業(yè)務特性解耦后，設備的主體功能為轉(zhuǎn)發(fā)與存儲，傳輸效率明顯提升，而簡單通用的硬件架構平臺可以輕易部署于整個核心網(wǎng)絡，統(tǒng)一且便于管理、維護。二是網(wǎng)絡自身具備了智能化，控制器中運行網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)議的集中處理、傳輸帶寬的統(tǒng)一調(diào)配、虛擬網(wǎng)絡的動態(tài)配置，使網(wǎng)絡在面對安全威脅、應急事件等情況時具備一定的自優(yōu)化能力。三是網(wǎng)絡對上的服務呈現(xiàn)虛擬標準化，控制器上層業(yè)務應用提供路由、安全、策略、流量工程等服務接口，新型應用的部署更加便捷、高效。

由于網(wǎng)絡流量與具體應用銜接得更緊密，網(wǎng)絡管理的主動權存在從傳統(tǒng)運營系統(tǒng)向互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)轉(zhuǎn)移的可能。

核心和本質(zhì)

與現(xiàn)有網(wǎng)絡設備對流量的控制和轉(zhuǎn)發(fā)獨立性控制不同，軟件定義網(wǎng)絡的核心是將路由器和交換機中的控制平面分離出數(shù)據(jù)平面網(wǎng)絡，網(wǎng)絡設備采用通用的硬件平臺，只負責單純的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；原來負責網(wǎng)絡邏輯控制的功能被遷徙、提煉成一個獨立的、相對集中的控制器上，衍生出特有的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，具有整個網(wǎng)絡的全局視野，相當于網(wǎng)絡的指揮機構。通用的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)設備與控制器通過標準的接口進行數(shù)據(jù)流表的交互，通過控制器制定的流表進行匹配和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)。上層的網(wǎng)絡服務與應用通過控制器提供的標準接口對底層的網(wǎng)絡基礎設施進行調(diào)用，從而把整個網(wǎng)絡看做一個邏輯的或虛擬的網(wǎng)絡實體，通過可編程方式對這個“實體”進行高效靈活的管控。

由上可知，軟件定義網(wǎng)絡的本質(zhì)就是開放網(wǎng)絡資源，通過軟件調(diào)用實現(xiàn)網(wǎng)絡應用；軟件定義網(wǎng)絡強調(diào)兩方面的能力：

一是控制轉(zhuǎn)發(fā)分離：傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備緊耦合的網(wǎng)絡架構，被分拆成控制和轉(zhuǎn)發(fā)兩個平面。同時，在控制平面，增加集中控制器進行整體調(diào)度，將命令和邏輯發(fā)送回硬件（路由器或交換機）的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面。

二是開放API及軟件定義：即通過基于軟件定義網(wǎng)絡技術的對外開放的API進行軟件編程，實現(xiàn)整個網(wǎng)絡集中的管理能力，而不需要在每個路由器或交換機上分別以設備為中心進行管理。

四大特點

軟件定義網(wǎng)絡具有四大特點：

一是簡單化，可以實現(xiàn)中心控制，使得很多復雜的協(xié)議處理得到簡化；

二是快速部署與維護；

三是靈活擴展，從一個機柜大的網(wǎng)絡還可以擴展到像大的運營商的網(wǎng)絡，也可以從一個控制器得到控制；

四是開放性，因OpenFlow是其重要的組成部分，它的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能和網(wǎng)絡控制功能是分離的，這種分離可以分別由交換機來處理和由網(wǎng)絡控制器處理，從而簡化了網(wǎng)絡的管理，使用戶有更多的選擇自定義網(wǎng)絡節(jié)省他的投資，使用戶選擇多家設備共存，打破壟斷。用戶根據(jù)自己的需求和需要在任何時候方便升級

安全優(yōu)勢

擁有了自由移動的軟件定義網(wǎng)絡后，工程師將能夠通過快速且高水平地查看網(wǎng)絡的所有區(qū)域以及修改網(wǎng)絡來改變規(guī)則。

這種自由和控制還能為你的系統(tǒng)帶來更好的安全性。通過快速限制以及從中央視角查看網(wǎng)絡內(nèi)部的能力，管理人員可以有效地作出更改。例如，如果網(wǎng)絡中爆發(fā)了惡意軟件，通過軟件定義網(wǎng)絡和OpenFlow，就能夠迅速地從集中控制平面阻止這種流量來限制這種爆發(fā)，而不需要訪問多個路由器或交換機。

快速對網(wǎng)絡作出調(diào)整的能力使管理人員能夠以更安全的方式來執(zhí)行流量整形和數(shù)據(jù)包QoS.這種能力現(xiàn)在已經(jīng)存在，但速度和效率不好，當管理人員在試圖保護網(wǎng)絡安全時，這將限制他們的能力。

實現(xiàn)途徑

盡管圍繞軟件定義網(wǎng)絡的所有興奮點都是由OpenFlow刺激起來的，但OpenFlow并非實現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡的唯一方法或者唯一途徑。實現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡，除了OpenFlow以外，至少還有6種途經(jīng)。

命令行接口(CLI)：CLI是交換機和路由器的常用接口，網(wǎng)絡經(jīng)理們常用它來配置交換機，激活或者禁用某些服務。

Arista網(wǎng)絡的CEO Jayshree Ullal說，“要想開放，不只有一種方法。要想擴展，也不只一種方法。CLI雖然不是我們常用的可編程接口，但它依然是今天很多人構建現(xiàn)實網(wǎng)絡的方法。”

SNMP：簡單網(wǎng)絡管理協(xié)議是網(wǎng)絡管理的一個重要部分。在各項活躍的管理任務中，SNMP常被用來修正和應用新的配置，而且是通過遠程修正配置信息實現(xiàn)的。

XMPP：可擴展的消息處理現(xiàn)場協(xié)議(XMPP)是處理現(xiàn)場和消息路由的一個XML流協(xié)議。它還可提供安全但是方便的可編程語言，用于耦合多種不同的網(wǎng)絡。

Netconf：IETF的Netconf旨在減少與自動化設備配置有關的編程工作量。Netconf可使用XML來配置設備，實現(xiàn)更高效的分路狀態(tài)，并在設備上存儲配置數(shù)據(jù)。

OpenStack：OpenStack是Rackspace/NASA為云計算而建立的一個開源項目，這個模塊化的開源軟件可用域開發(fā)公有云和私有云計算架構和控制器。目前已有超過135家公司參與了OpenStack項目。

虛擬化軟件API：hypervisor中的API和其他虛擬化軟件，如VMware的vSphere，虛擬化服務器、存儲和網(wǎng)絡資源等都可以按需集中并分配給各種應用。它們包含可定義資源池的工具，以及定義服務等級的業(yè)務工具，并能自動強制執(zhí)行服務等級，以確保應用的可用性、性能、安全和擴展性。

5G移動通信與軟件定義網(wǎng)絡

在5G時代，推動軟件定義網(wǎng)絡快速發(fā)展的主要驅(qū)動力來源于大數(shù)據(jù)中心和廣域網(wǎng)（WAN）中的大數(shù)據(jù)流量需求；借助軟件定義網(wǎng)絡架構的實現(xiàn)，可以解決通信網(wǎng)絡對業(yè)務靈活性和敏捷度的要求。

面對日益劇增并更新?lián)Q代的5G通信數(shù)據(jù)業(yè)務，如果僅考慮不停地去更新硬件設備或相關基礎設施，實現(xiàn)起來困難諸多；如果充分發(fā)揮軟件定義網(wǎng)絡架構的優(yōu)勢，即是充分挖掘軟件起到的多種類網(wǎng)絡控制作用，就能跟上5G時代數(shù)據(jù)業(yè)務大流量的劇增趨勢，在網(wǎng)絡部署加速和傳輸效率提升上起到好的作用，而且還能保證硬件建設成本不會大幅提升，并支持各種物聯(lián)網(wǎng)設備的接入應用。

5G移動通信系統(tǒng)中采用軟件定義網(wǎng)絡的必要性主要體現(xiàn)在運營商層面。全球著名電信運營商AT&T的技術和運營高級執(zhí)行副總裁 John Donovan 指出“軟件定義的網(wǎng)絡將徹底重構廣域網(wǎng)絡。開放網(wǎng)絡操作系統(tǒng)(（ONOS）作為聚焦運營商網(wǎng)絡的軟件定義網(wǎng)絡開源軟件平臺，在運營商最關注的性能、擴展性、可靠性等方面，更好的匹配了我們的核心訴求。”

軟件定義網(wǎng)絡的思維在5G時代逐漸擴展到其它應用領域，出現(xiàn)了“軟件定義存儲”、“軟件定義安全”、“軟件定義數(shù)據(jù)中心”等許多說法；有人干脆說“軟件定義一切”，也就是SDX。

為什么軟件定義網(wǎng)絡是5G關鍵技術

5G帶來的不僅僅是更高的帶寬和更低的延遲，其靈活、敏捷、可管理等特性，還將為運營商打造更多創(chuàng)新服務，以更好地應對OTT的沖擊。而軟件定義網(wǎng)絡將是實現(xiàn)這一切的基礎，其同時改變了傳統(tǒng)的一個應用一個硬件的“煙囪”架構。

軟件定義網(wǎng)絡實現(xiàn)了控制層面和轉(zhuǎn)發(fā)（數(shù)據(jù)）層面的解耦分離，使網(wǎng)絡更開放，可以靈活支撐上層業(yè)務/應用。對運營商而言，軟件定義網(wǎng)絡實現(xiàn)了動態(tài)控制方面的諸多創(chuàng)新，包括分組數(shù)據(jù)連接、可變QoS、下行鏈路緩沖、在線計費、數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)換和選擇性鏈接等。而據(jù)了解，目前ONF的移動網(wǎng)絡中工作組正在加快這些創(chuàng)新的落地。

越來越多的5G在架構基于軟件定義網(wǎng)絡理念構建，例如移動通信網(wǎng)NGMN設想的架構，借助硬件和軟件分離，以及軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡功能虛擬化提供的可編程能力，全面覆蓋5G的各個方面，包括設備、移動/固網(wǎng)基礎設施、網(wǎng)絡功能等，從而實現(xiàn)5G系統(tǒng)的自動化編排。

軟件定義網(wǎng)絡帶來的敏捷特性可以更好地滿足5G時代不同應用的不同需求，讓每一個應用都有特定的帶寬、延遲等。同時IT人員還能借助軟件定義網(wǎng)絡的可編程性，將網(wǎng)絡成獨立的、端到端的“切片”，包括無線、回程、核心和管理域。

有了軟件定義網(wǎng)絡架構的支撐，運營商真正實現(xiàn)了將網(wǎng)絡作為一種服務并在連續(xù)提供服務的同時有效地管理網(wǎng)絡資源。軟件定義網(wǎng)絡還將為運營商提供最佳數(shù)據(jù)傳輸路徑，進一步優(yōu)化運營商的網(wǎng)絡。綜合來看，基于軟件定義網(wǎng)絡構建的5G架構，將會進一步降低運營商的capex和opex，讓運營商有更多的資金去實現(xiàn)服務的創(chuàng)新，將網(wǎng)絡真正轉(zhuǎn)化為價值收益。

當然，5G網(wǎng)絡除了軟件定義網(wǎng)絡，其實還需要網(wǎng)絡功能虛擬化和云計算技術的支撐，才能構建更加靈活、智能、高效和開放的網(wǎng)絡系統(tǒng)。例如，通過云支持多種無線制式的接入，并融合集中式和分布式兩種無線接入網(wǎng)架構，以適應各種類型的回傳鏈路，實現(xiàn)更靈活的組網(wǎng)部署和更高效的無線資源管理；而借助網(wǎng)絡功能虛擬化則可進一步降低運營商的投入成本（通過標準硬件），并實現(xiàn)更多功能。相比之下，軟件定義網(wǎng)絡提供的是更底層的支撐，但絕對關鍵！