软件定义网络与OpenFlow

　　一方面是控制平面与转发平面集成，管理越来越复杂，创新缓慢;另一方面是虚拟化资源移动性要求更加强大灵活、简单的控制平面;再者是面向工作负载的网络需要控制平面与资源本身解耦，造成控制平面与转发平面之间的差距越来越大，用户为使用网络所付出的总拥有成本越来越大。

　　难道为了解决这些问题，用户就得遥遥无期地等待吗?非也，答案其实很简单。一方面，既然软、硬件绑定导致网络和应用发展缓慢，那么我们就把它们分开来，各自相对灵活，独立发展，开发实现基于标准硬件平台的灵活简单的控制平面。另一方面，云计算和虚拟化需要极大的网络扩展性要求，当前网络转发平面与控制平面都需要横向扩展和性能的极大增强，大家平行分离，自然解耦控制与转发。

　　分离的额外好处是扩展模式下控制平面的控制信息本身流量有限并可预计，所以人们就不需要昂贵的专门的高性能转发芯片处理控制信息，控制平面由独立可扩展的软件经济实现，转发平面退化成简单的报文处理平台。用一个方法，便可解决这些关键问题!于是一群先行者就开始了软件控制独立与网络转发平面之旅。

　　什么是软件定义网络?

　　软件定义网络(Software-Defined Network)，又有人称为可编程网络，就是将网络设备配置平面从嵌入式节点独立出来到软件平台，由软件驱动的中央控制平台自动化控制网络架构服务。软件定义网络是新的网络控制平面实现方法，它适应了降低网络复杂度、虚拟化和云计算的网络需求。它的发展是对传统网络厂家封闭、专有、不够灵活的控制平面技术所产生的“破坏性创新”，将对网络厂商的变革产生巨大推力和影响。控制平面和转发平面分离，转发平面特性减少，专注而简单，减少了设备硬件从而减少了资本性支出(CapEx)，运营性支出 Opex的减少是因为集中的、横向扩展和自动化简化了网络运行管理，减少人工支出。

▲　　图1 软件定义网络示意图

　　实际上，软件定义网络的核心技术本身并没有什么创新，传统交换或路由设备也都有独立转发平面或强大控制平面，只不过传统模式的转发平面是通过在同一个机箱的不同接口模块去完成，控制平面由机箱的路由交换模块完成，缺点当然是开放性不够、及时响应动态变化的能力有限，如图1所示。原因是比如设备无法做到第三方编程自动化集成，每个设备需要单独维护自己的地址表，有限的CPU和内存却需要全网实时计算和动态处理。

　　传统网络每个设备多少有点儿智能，但是非常有限，它们只能根据本节点的进出数据流做出被动响应，无法知道其他节点的动态状况。各个网络节点离散式自我控制，只见个别树木或树叶，没有大家统一协调的控制平面，不见整个网络森林，所以对整个网络来讲，尽管实现了动态路由协议，其架构基本是固定和静态的。传统网络所谓动态调度实现基础也就是二层和三层实现链路资源动态分配，而对于四到七层与二三层是否相匹配而进行调度，则心有余而力不足。即便有折中解决方案，也需要在固定位置安装昂贵的负载均衡或安全设备。

　　理想的软件定义网络模式下，独立的离散式智能从分支节点上回收到中央控制节点，中央枢纽保持全网流量监视和控制，从OSI 2层到7层实时把握网络整体状况，即时控制和调度，建立强大的中央智能，对全网和100%垂直完整做出有效反应。在软件定义网络环境下，中央控制节点可以根据相应算法、逻辑、分析和规则，以软件定义规范方式将配置信息推到交换和路由节点，完成路由或交换从中央控制节点接受特定格式指令规则过程，交换和路由节点更新数据转发平面落地规则，完成数据转发。中央控制节点针对每个细分的网络路径，按照一条条“信息流”细分，每个“信息流”数据落地转发由每个特定交换或路由节点完成。当计算或存储资源变化时，中央控制节点根据分析结果重新调整节点配置规则，这样就实现了虚拟化和云计算网络所需要的自动化和精细化动态配置管理。

　　常见的专有软件定义网络有VMware vSphere体系架构。vShpere可以通过虚拟化交换机控制平面管理VLAN、QoS和ACL策略，网络厂家根据API开发与专有固件互动功能，当虚拟机移动或变化时，vSphere指挥网络节点调度网络资源。Dell Force10边缘交换机FTOS也支持VMware和Citrix平台，可以安装相关插件到虚拟操作系统，实现应用和工作负载感知，当虚拟控制平台移动虚拟机时，通知插件以Hyperlink方式在目的交换机FTOS上运行配置脚本，自动配置与虚拟机所匹配的网络资源。另外Cisco Nexus 系列、Juniper QFabric也可实现类似的专有架构。