全球SDN技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進展

2006年，由斯坦福大學(xué)為主導(dǎo)，聯(lián)合美國國家自然科學(xué)基金會(National Science Foundation, NSF)以及包括工業(yè)界合作伙伴，共同啟動了Clean Slate(Clean-Slate Design for the Internet)項目。在此項目中，Martin Casado博士及其團隊成員提出了Ethane架構(gòu)，作為企業(yè)網(wǎng)安全的子項，其被認(rèn)為是SDN概念及OpenFlow技術(shù)的發(fā)展源頭。該架構(gòu)通過一個中央控制器向基于流(Flow)的以太網(wǎng)交換機下發(fā)策略，從而對流的準(zhǔn)入和路由進行統(tǒng)一管理。

在此基礎(chǔ)上，2007年，Martin Casado博士聯(lián)合Nick McKeown、Scott Shenker教授(加州大學(xué)伯克利分校)，共同創(chuàng)建了致力于網(wǎng)絡(luò)虛擬化的Nicira公司，并最先提出了SDN的概念。在2008年，Nick McKeown教授發(fā)表文章《OpenFlow：Enabling Innovation in Campus Networks》，首次提出了OpenFlow協(xié)議。

在此之后，SDN技術(shù)開始飛速發(fā)展，并受到互聯(lián)網(wǎng)公司的重視。Google、雅虎等互聯(lián)網(wǎng)公司對SDN領(lǐng)域的研發(fā)加大投資，并開始逐步部署。

在通信設(shè)備商方面，長久以來所提供的設(shè)備均是傳統(tǒng)的控制和硬件一體的設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通過設(shè)備與設(shè)備之間的各類協(xié)議進行控制和運行。SDN的產(chǎn)生對于設(shè)備商來說同樣是革命性的改變，在未來SDN組網(wǎng)環(huán)境中，傳統(tǒng)設(shè)備已經(jīng)不具備成本優(yōu)勢。隨著SDN市場前景的日趨明確，為了在未來SDN網(wǎng)絡(luò)中占據(jù)一席之地，各通信設(shè)備商也開始積極投入SDN技術(shù)、設(shè)備以及解決方案的探索和研究之中。隨著SDN標(biāo)準(zhǔn)的日趨成熟和完善及OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布，思科、華為等廠商也陸續(xù)推出了自己的SDN的解決方案。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型

SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它的設(shè)計理念是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進行分離，并實現(xiàn)可編程化控制。其中，應(yīng)用層包括各種不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用;控制層主要是網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)平面資源的編排，維護網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、狀態(tài)信息等;基礎(chǔ)設(shè)施層負(fù)責(zé)基于流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集。SDN包括如下基本特征。

控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離：轉(zhuǎn)發(fā)面是一個受控轉(zhuǎn)發(fā)的設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)和業(yè)務(wù)邏輯由分離出去的控制面進行控制，其核心控制協(xié)議就是OpenFlow協(xié)議。

邏輯上的集中控制：傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，每個網(wǎng)元均有獨立的控制面，網(wǎng)元間通過控制協(xié)議進行數(shù)據(jù)交互;對于SDN網(wǎng)絡(luò)，將單個網(wǎng)元的控制面抽離處理，統(tǒng)一成一個獨立于設(shè)備的控制平面，因而可以擁有網(wǎng)絡(luò)級的狀態(tài)，并根據(jù)全局網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行優(yōu)化。

開放API：對應(yīng)用提供網(wǎng)絡(luò)資源操作的接口。通過API接口，應(yīng)用層可以告知網(wǎng)絡(luò)如何運行才能更好地滿足業(yè)務(wù)帶寬、時延、計費等需求;應(yīng)用層可以由客戶根據(jù)自己的需求進行定制。

SDN標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)進展

SDN已經(jīng)得到了業(yè)界的廣泛關(guān)注和認(rèn)可，將會成為未來網(wǎng)絡(luò)演進過程中的重要代表;同時，SDN作為一種新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和架構(gòu)，推動其技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化則顯得尤為重要。一方面，運營商在進行技術(shù)研究工作時，應(yīng)關(guān)注核心技術(shù)的研究和核心專利的申請，積極參加相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)會議和組織，爭取引導(dǎo)SDN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展;另一方面，SDN技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，特別是SDN接口協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化，對于運營商簡化網(wǎng)絡(luò)運維管理，及實現(xiàn)異廠商設(shè)備、異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通都起到了積極的推動作用。

ONF

2011年，在雅虎、Google、德國電信等幾家公司的倡議下，開放網(wǎng)絡(luò)基金會(Open Networking Foundation，ONF)成立，其致力于軟件定義網(wǎng)絡(luò)及OpenFlow技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化(規(guī)范制定)以及商業(yè)化，也是目前最為活躍的SDN標(biāo)準(zhǔn)化組織。

該組織主要關(guān)注SDN及OpenFlow技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化(規(guī)范制定)以及商業(yè)化。目前，ONF由董事會成員及會員兩部分組成。董事會成員主要包括部分運營商、互聯(lián)網(wǎng)及軟件公司，包括德國電信、日本NTT、Facebook、Google、微軟、Verizon、雅虎以及高盛等8家成員;會員則包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商、網(wǎng)絡(luò)運營商、服務(wù)器虛擬化廠商、網(wǎng)絡(luò)虛擬化廠商、測試儀表廠商等在內(nèi)的80多家成員。

2012年，SDN成為全球網(wǎng)絡(luò)界最炙手可熱的焦點，ONF創(chuàng)始至今，已經(jīng)為設(shè)備和軟件提供商、服務(wù)提供商及電信運營商帶來眾多機遇。因此ONF成員數(shù)量也快速擴張。ONF成員也在不同領(lǐng)域開展了SDN的技術(shù)研究和部署。國內(nèi)運營商中的中國移動已經(jīng)成為ONF組織的成員，而中國電信也在積極申請中。

ONF組織架構(gòu)如圖2所示，其中技術(shù)工作組是其主要的技術(shù)研究部門，包括擴展性組、配置和管理組、測試和互操作組、遷移組、市場培育組、結(jié)構(gòu)框架組、轉(zhuǎn)發(fā)抽象組和光傳輸組等8個子工作組，此外，ONF設(shè)置有5個討論組，分別是專題討論組、無線傳輸組、安全組，技能驗證組和日本組。

目前ONF最主要研究成果是OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)和OpenFlow-CONFIG標(biāo)準(zhǔn)(即OpenFlow配置和管理協(xié)議)。OpenFlow協(xié)議用來描述控制器和交換機之間交互所用信息的標(biāo)準(zhǔn)，以及控制器和交換機的接口標(biāo)準(zhǔn)。各版本OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)及其相應(yīng)特點如表1所示。

OpenFlow配置和管理協(xié)議(OF-CONFIG)由配置和管理工作組制定和維護，是OpenFlow協(xié)議的同伴協(xié)議，是在包含OpenFlow交換機的運營環(huán)境下，除OpenFlow協(xié)議之外的接口配置和管理協(xié)議規(guī)范，目前采用NETCONF協(xié)議進行傳輸。各版本OF-CONFIG標(biāo)準(zhǔn)及其相應(yīng)的特點如表2所示。

IETF

IETF成立于1985年底，是全球互聯(lián)網(wǎng)最具權(quán)威的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化組織，主要任務(wù)是負(fù)責(zé)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)規(guī)范的研發(fā)和制定，當(dāng)前絕大多數(shù)國際互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)出自IETF。與ONF相比較，IETF更多是由網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商主導(dǎo)，聚焦于SDN相關(guān)功能和技術(shù)如何在網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)的細節(jié)上。

IETF早期有兩個與SDN相關(guān)的研究項目/工作組，分別是轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離組(ForCES，forwarding and control element separation)和應(yīng)用層流量優(yōu)化工作組(ALTO，application-layer traffic optimization)。其中，F(xiàn)orCES已經(jīng)發(fā)布了9個RFC，主要涉及需求、框架、協(xié)議、轉(zhuǎn)發(fā)單元模型、MIB等;ALTO主要通過為應(yīng)用層提供更多的網(wǎng)絡(luò)信息，完成應(yīng)用層的流量優(yōu)化，用于判斷的參數(shù)包括最大帶寬、最少跨域、最低成本等等。ALTO的研究思想體現(xiàn)了SDN向上層應(yīng)用開放接口的理念，這種開放部分網(wǎng)絡(luò)信息以優(yōu)化應(yīng)用的做法，從廣義上講也是SDN的一種實現(xiàn)類型。

此外，IETF還著手制定I2RS標(biāo)準(zhǔn)。I2RS的核心思想是在目前傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的路由及轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)基礎(chǔ)上開放新的接口來與外部控制層通信，外部控制層通過設(shè)備反饋的事件、拓?fù)渥兓?、流量統(tǒng)計等信息來動態(tài)地下發(fā)路由狀態(tài)、策略等到各個設(shè)備上去?？梢钥闯?，I2RS延用了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中正在使用的路由、轉(zhuǎn)發(fā)等結(jié)構(gòu)與功能，并在此基礎(chǔ)上進行功能的擴展與豐富。

目前，IETF 也以軟件驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)(software driven network)為出發(fā)點研究SDN，成立了SDN BOF，并提出了IETF定義的SDN架構(gòu)，如圖3所示。

ONF中的OpenFlow協(xié)議強調(diào)的是設(shè)備控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和開放化。而IETF中定義的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重點強調(diào)的是設(shè)備的可編程性，即開放北向API接口，為用戶創(chuàng)新提供有力保證。

ITU-T

ITU-T也在近期開展了對SDN的相關(guān)研究。通過與ONF的聯(lián)絡(luò)協(xié)商，ITU-T明確了將針對運營商網(wǎng)絡(luò)進行SDN場景對象、相關(guān)架構(gòu)的研究。

在2013年2月的SG13(Future networks including cloud computing, mobile and next-generation networks)全會上，將原有的28個Question重組為19個Question，并對SDN強相關(guān)的Question進行了重命名。其中，承接上一研究期，修改Q14在研項目Y.FNsdn研究范圍從而覆蓋SDN定義、總體特征、功能需求和架構(gòu)。圖4示出了Y.FNsdn標(biāo)準(zhǔn)中所定義的SDN 框架。

SG 13主要面向SDN功能需求和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化，而SG 11則結(jié)合SG 13的工作，開展SDN信令需求和協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化。2013年2月在日內(nèi)瓦召開的SG 11全會上，確定了以下幾個方向的研究議題。

軟件定義的寬帶接入網(wǎng)(SBAN)應(yīng)用場景及信令需求(Q.SBAN);SDN的信令架構(gòu)(Q.Supplement-SDN);基于寬帶網(wǎng)關(guān)的靈活網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)組合信令需求(Q.SBNG);跨層優(yōu)化的接口和信令需求(Q.CSO);支持IPv6的標(biāo)準(zhǔn)化智能可編程接口應(yīng)用場景及信令需求(Q.IPv6UIP)。

與此同時，2013年2月SG15 Q12/Q14的中間會議也開始研究SDN對傳送網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的影響，并根據(jù)會議提交的多篇文稿制定了SDN在傳送網(wǎng)方面的Living List，這些研究點將會是SG15 Q12/Q14后續(xù)SDN研究的重點。

ETSI

國際主流運營商發(fā)起成立了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化行業(yè)規(guī)范工作組(NFV ISG)并于2013年1月召開了第一次會議。本工作組將制定支持虛擬功能硬件和軟件基礎(chǔ)設(shè)施的要求和架構(gòu)規(guī)范以及發(fā)展網(wǎng)絡(luò)功能的指南。工作組的工作將視情況整合現(xiàn)有的虛擬化技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)，并與其他標(biāo)準(zhǔn)委員會正在開展的工作相配合。

NFV 和SDN 是互補的，但又不相互依賴。雖然二者的結(jié)合可能產(chǎn)生更高的價值，但NFV 的實現(xiàn)可以不使用SDN。

CCSA

CCSA已開始在TC1和TC3設(shè)立SDN研究任務(wù)，預(yù)研SDN的應(yīng)用場景/需求和問題分析、術(shù)語及定義、系統(tǒng)架構(gòu)和功能模型、設(shè)備技術(shù)規(guī)范、互通規(guī)范和測試規(guī)范等。

2012年8月，TC1召開了“未來網(wǎng)絡(luò)與SDN”專題研討會，主要對SDN應(yīng)用及發(fā)展，架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)進行了討論。2013年1月，TC1成立了“未來數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(FDN)”特別工作組，分別在應(yīng)用場景、功能架構(gòu)、接口協(xié)議方面專門立項開展研究。2012年12月，TC6 WG1(傳輸工作組)針對“軟件定義光網(wǎng)絡(luò)技術(shù)”進行了研究立項，該項目將針對光網(wǎng)絡(luò)的需求和特點，提出面向光傳送網(wǎng)的SDN關(guān)鍵技術(shù)和解決方案。

小結(jié)

毫無疑問，SDN是下一代互聯(lián)網(wǎng)和電信網(wǎng)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一。對于傳統(tǒng)電信運營商而言，對SDN仍是初步涉及，對SDN在電信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用也仍在嘗試與探索。無論已經(jīng)廣泛深入，還是仍在初步嘗試，以SDN為代表的新一代技術(shù)已經(jīng)對整個市場格局產(chǎn)生了轉(zhuǎn)變，SDN對整個網(wǎng)絡(luò)也將帶來革命性的影響。

SDN對網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、組網(wǎng)架構(gòu)和運維模式都存在潛在的影響，傳統(tǒng)電信運營商對軟件化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、運行和管理都面臨系統(tǒng)性的挑戰(zhàn)，建議運營商積極開展SDN的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新，以規(guī)避風(fēng)險、迎接挑戰(zhàn)。