SDN 的起源：分布式还是集中式？
谈到 SDN，业内人士必然会提及 “转发、控制分离”。实际上，SDN 的本质一语便可道破：SDN 没有另起炉灶，只是重构了传统网络而已。
从互联网的鼻祖 APRANET 开始，传统网络就采用了分布式架构，通过一系列网络协议传递可达信息。一传十，十传百，从而实现互联互通。这种结构最显著特点就是转发、控制合二为一：各节点决定自己的转发规则；一旦有节点损坏或有新的节点加入，各节点通过网络协议重新学习、收敛，再次实现互通。
- ARP：地址解析协议，通过 IP 地址获取主机 MAC 地址
- OSPF：开放式最短路径优先，用于一个自治域内的一种基于链路状态的路由协议
- RIP：路由信息协议，用于一个自治域内的一种基于距离矢量的路由协议
- BGP：边界网关协议，用于不同自治域间交换路由信息
传统网络
这种 “各自为政” 的方式看似不错，既能抵御部分节点失效的风险，又具有一定的可扩展性。但是，随着互联网的飞速发展，尤其是云计算、大数据等新兴技术的出现，传统网络的瓶颈也逐渐显现，比如：每个节点自主决定转发规则，缺乏整体观念；制定新的网络协议耗时过长等。
为应对上述问题，一些公司从上世纪 90 年开始尝试将转发和控制进行分离。SDN 一词的创立和风靡则归功于斯坦福大学的 Nick McKeown 教授，其推动的 OpenFlow 几乎已成为实际的南向接口标准。
SDN 的网络架构分为三层，从下至上分别是转发面，控制面和应用层。控制面向下的接口为南向接口，负责配置、修改转发规则，其主流标准就是前文提及的 OpenFlow。控制面向上为北向接口，为网络应用提供 API，实现网络的定制化，目前尚没有开放的标准化接口。
SDN 网络
SDN 的现状：精耕细作还是遍地开花？
自从 ONF （Open Networking Foundation，主要推进 SDN 和 OpenFlow 的标准化）于 2011 年成立以来，SDN 基本上朝着两个维度发展：一个维度是 SDN 关键组件，包括转发面、控制面和南向接口的演进；另一个则是向其它应用领域的延伸。
转发面
由于是对传统网络的重构，转发面的最初形态自然与传统网络设备类似。随着数据中心和网络虚拟化的兴起，软件作为一种新的转发面开始出现，代表之一是开源社区的 Open vSwitch。值得一提的是，与 DPDK（由英特尔联合第三方软件开发公司推出的一款数据面开发套件）结合之后，Open vSwitch 在某些应用场合展示了优异的线性交换能力，逼近硬件的性能，而软件在可重配可扩展方面的潜力却是硬件无法比肩的，具有非常广阔的应用前景。
控制面
作为 SDN 的中枢大脑，控制面根据网络运营商定义的策略配置网络拓扑和转发规则。比较著名的控制器有 OpenDayLight（目前成熟度最高的开源平台）和 ONOS（面向运营商领域，在集群、可靠性和性能方面做了增强）。
南向接口
南向接口的发展基本上呈现 OpenFlow 一枝独秀的局面。OpenFlow 以流表作为配置对象，流表定义了对报文的基本处理，包括匹配（match）、计数（counter）和操作（action）等。高度抽象和易于实现是 OpenFlow 取得成功的关键 。
应用领域延展
在数据中心取得成功后，SDN 开始被应用到其它领域。被 5G 网络架构采用是 SDN 发展史上的又一重要里程碑（虽然 3GPP 将会定义新的南向接口）。在 4G/LTE 设计之初，由于业务不丰富以及用户的数据需求不高，分组核心网被设计成以下架构。从接入网涌入的数据统一汇入服务网关（S-GW）和分组数据网关（P-GW）。
4G/LTE 网络架构
随着 VR/AR，无人驾驶，无人机集群等新应用和新服务不断涌现，用户对数据获取不仅在量（即带宽）上要求更高，在质（即时延）上也提出了明确的要求。LTE 的这种架构已经明显阻碍了新应用和新服务被采用。为了应对这些挑战，3GPP 遵循 SDN“转发、控制分离” 这一基本原则，在设计 5G 网络架构时做出重大改变：数据面下沉 + 控制面集中。
5G 网络架构
在 LTE 时代，分组核心网关的数量屈指可数，而 5G 则会大量采用分布式网关（即上图中的 UPF）。我们在软件交换机 Open vSwitch 的基础上，增加了无线分组数据（主要是 GTP-U 隧道）的封装、解封装、转发以及其它网关功能，完成了业界第一台支持 5G 分布式网关的 SDN 软件交换机，有望在流量导出与分流，移动边缘计算，高可靠、低时延通信等业务中得到广泛应用。
SDN 的未来：演进还是重生？
“转发、控制分离” 这一金科玉律很难撼动，但在 SDN 的关键组件方面，变革似乎难以避免。以南向接口 OpenFlow 为例，1.0 版本仅有 12 个匹配域，而最新的 1.4 版激增到 41 个。随着新协议的加入，如果只做补丁式演进，这一数字必定还会持续增加。
在转发方面，以前文提到的支持 5G 分布式网关的 SDN 软件交换机为例，为支持对无线分组数据的处理，我们曾对 Open vSwitch 进行修改，涉及到 20 多个文件，共计 300 多处。功能升级所需付出的代价不小。
作为 SDN 的演进方向之一，P4（Programming Protocol-Independent Packet Processors）在 2016 年 ACM SIGCOMM 成为了热点之一，多篇关于硬件交换芯片，FPGA 交换设备，软件交换机的文章与之有关。P4 带给我们的变化是：不再拘泥于 MAC/IP/TCP(UDP)，可以按需自行定义报文封装格式，利用编译器自动生成硬件或者软件转发面。
SDN 是继续 1.x，还是直接跨入 2.0？是演进还是重生？让我们拭目以待。
本文来自：英特尔中国研究院/雷锋网
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