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科普知識：SDN、OpenFlow、OpenDaylight，到底是什么關(guān)系？?
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科普知識：SDN、OpenFlow、OpenDaylight，到底是什么關(guān)系？?
2006年，美國斯坦福大學啟動了一個名叫Clean Slate的研究課題。
該課題由美國GENI項目資助，目的非常明確且宏大，就是——“重塑互聯(lián)網(wǎng)”。
▲ Global Environment for Network Innovations
當時的互聯(lián)網(wǎng)，已經(jīng)歷經(jīng)了30多年的高速發(fā)展，從最初的小型專用局域網(wǎng)絡(luò)，變成了空前龐大和復雜的世界級網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)擴張，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷增加，超過了早期設(shè)計的承受能力，也使得網(wǎng)絡(luò)維護變得舉步維艱。
于是，專家們開始探討未來網(wǎng)絡(luò)的可能性架構(gòu)，希望在互聯(lián)網(wǎng)崩潰之前，將它拉回正軌。而GENI項目和Clean Slate課題，就是這些嘗試之一。
2007年，斯坦福大學博士生Martin Casado等人提出了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全與管理的項目——Ethane。
該項目試圖通過一個集中式的控制器，將網(wǎng)絡(luò)管理人員制定的安全控制策略，下發(fā)到各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，從而實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的安全控制。
2008年，Clean Slate課題的項目負責人，斯坦福大學教授Nick McKeown及其團隊，受到Ethane項目的啟發(fā)，提出了OpenFlow的概念，并發(fā)布了那篇經(jīng)典的文章——《OpenFlow : Enabling Innovation in Campus Networks（OpenFlow：校園網(wǎng)的創(chuàng)新使能）》。
▲?Nick McKeown和他的文章 OpenFlow，字面意思就是“開放的流”。
2009年，基于OpenFlow，Nick Mckeown教授正式提出了SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）。
同年，SDN概念成功入圍Technology Review年度十大前沿技術(shù)，獲得了行業(yè)的廣泛關(guān)注和重視。
12月份，OpenFlow規(guī)范的1.0版本正式發(fā)布。這是首個可用于商業(yè)化產(chǎn)品的版本，具有里程碑意義。
在繼續(xù)介紹SDN發(fā)展歷程之前，我們還是要稍微介紹一下SDN的工作原理。
SDN的核心思想真的很簡單，就是控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離。
我們知道，網(wǎng)絡(luò)的作用就是連接。通過無數(shù)的節(jié)點（例如路由器、交換機），將數(shù)據(jù)從起點傳送到終點，這就是網(wǎng)絡(luò)的基本功能。
▲?數(shù)據(jù)傳輸過程中，各節(jié)點不斷接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包?？刂曝撠熛旅睿D(zhuǎn)發(fā)負責干活。
然而，考慮到安全冗余等因素，現(xiàn)實中的網(wǎng)絡(luò)絕對不會是一條直線那么簡單。它會是一個復雜的拓撲結(jié)構(gòu)。
于是，命令該怎么下，直接決定了網(wǎng)絡(luò)的效率。
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，各個轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點都是獨立工作的，內(nèi)部管理命令和接口也是廠商私有的，不對外開放。
▲?每個節(jié)點，都在說各自的“方言”
所以，我們可以把它理解為“各自為戰(zhàn)”的模式。雖然“戰(zhàn)略層面”的規(guī)劃和設(shè)計可能是統(tǒng)一的，但“戰(zhàn)術(shù)層面”的執(zhí)行卻是復雜且低效的。
而SDN網(wǎng)絡(luò)，就是在網(wǎng)絡(luò)之上建立了一個SDN控制器節(jié)點，統(tǒng)一管理和控制下層設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。所有的下級節(jié)點，管理功能被剝離（交給了SDN控制器），只剩下轉(zhuǎn)發(fā)功能。
SDN控制下的網(wǎng)絡(luò)，變得更加簡單。管理者只需要像配置軟件一樣，進行簡單部署，就可以讓網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)新的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略。（如果是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，每個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要單獨配置。）
除了簡化部署之外，SDN更深層次的意義，是賦予了網(wǎng)絡(luò)的“可編程性”。
也就是說，控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離之后，借助規(guī)范化的API接口，用戶可以通過編寫軟件的方式，對網(wǎng)絡(luò)進行管理。整個網(wǎng)絡(luò)，就像個完整的機器人一樣可供驅(qū)使。
我們具體來看看SDN的架構(gòu)。
SDN網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)，分為三層，從上到下分別是應(yīng)用平面、控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面。
整個架構(gòu)的核心，就是SDN控制器。
上北下南，SDN控制器向上與應(yīng)用平面進行通信的接口，叫做北向接口，也叫NBI接口（northbound interface）。SDN控制器向下與數(shù)據(jù)平面進行通信的接口，叫做南向接口，也叫CDPI接口（control-data-plane interface，控制數(shù)據(jù)平面接口）。
北向接口相對來說比較好搞，麻煩的是南向接口及其協(xié)議。因為它直接影響到SDN控制器的命令能否準確下達到無數(shù)的底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
因此，SDN技術(shù)的發(fā)展史，簡而言之，就是圍繞SDN控制器和南向接口的“王位爭奪史”。
在SDN被提出之后，第一個控制器平臺是NOX。它是一種單一集中式結(jié)構(gòu)的控制器，南向接口采用的是OpenFlow協(xié)議。
2011年，由Google、Facebook、微軟等公司共同發(fā)起成立了一個對SDN影響深遠的組織，那就是ONF（Open Networking Foundation，開放網(wǎng)絡(luò)基金會）。
ONF的主要發(fā)起成員是德國電信、Facebook、Google、微軟、雅虎等公司。
這些公司要么是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，要么是運營商，沒有一個是來自設(shè)備商的。他們成立ONF的目的，是為了推動SDN和OpenFlow協(xié)議的發(fā)展。他們不希望SDN這個網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)又被設(shè)備商控制，成為設(shè)備商的賺錢工具。
上述發(fā)起人里面，最值得一提的是Google。
如果說Nick Mckeown教授是點燃SDN星星之火的人，那么，Google顯然是將星星之火燒遍全球的關(guān)鍵角色。
早在SDN被提出之外，Google就在尋找提升自身網(wǎng)絡(luò)效率的方法。當看到SDN之后，Google確認，這就是他們想要的。于是，他們果斷決定將SDN應(yīng)用于自己的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
2010年，Google開始將數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)路連線（G-scale），轉(zhuǎn)換成SDN架構(gòu)。整個改造分為三個階段。到了2012年，整個Google B4網(wǎng)絡(luò)完全切換到了OpenFlow網(wǎng)絡(luò)。
▲?Google B4是一種橫跨整個地球的連接到谷歌數(shù)據(jù)中心私有廣域網(wǎng)。
改造之后，Google B4網(wǎng)絡(luò)的鏈路帶寬利用率提高了3倍以上，接近100%。
這樣的結(jié)果毫無疑問是令人震撼的，也堅定了行業(yè)對SDN的信心。
2013年，Google在SIGCOMM上發(fā)表了論文《B4: Experience with a Globally-Deployed Software Defined WAN》，詳細介紹了Google的WAN加速SDN方案。論文中提及，Google使用的控制器名叫ONIX。
面對SDN和ONF，設(shè)備商當然也不能無動于衷。
2013年4月8日，在Linux基金會的支持下，作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商中的領(lǐng)導者，Cisco與IBM、微軟等公司一起，發(fā)起成立了開源組織OpenDaylight，共同開發(fā)SDN控制器。
▲?ODL的發(fā)起公司有：IBM、微軟、Big Switch、博科、思杰、戴爾、愛立信、富士通、英特爾、Juniper、NEC、惠普、紅帽和VMware……基本都是廠商
OpenDaylight提出，SDN不等于OpenFlow，人們需要對SDN進行“重新定義”。
也就是說，OpenDaylight強調(diào)SDN控制器不僅僅局限于OpenFlow，而是應(yīng)該支持多種南向協(xié)議。
同時，OpenDaylight還強調(diào)，應(yīng)該用分布式的控制平臺，取代單實例的控制器。這樣可以管理更大的網(wǎng)絡(luò)，提供更強勁的性能，還能增強系統(tǒng)的安全性和可靠性。
OpenDaylight成立之后，成員數(shù)量增長迅速。但實際上，各個成員都有自己的小算盤。
Cisco就不用說了，作為OpenDaylight項目的牽頭人，它主導了其中大部分項目的開發(fā)。Cisco也一直想推自家的OpFlex上位。
除了Cisco之外，Big Switch推出Big Network Controller以及對應(yīng)的開源版本Floodlight。Juniper推出的是Contrial以及對應(yīng)的開源版本OpenContrial。
總而言之，這一時期各種各樣的SDN控制器處于百家爭鳴的狀態(tài)，發(fā)展勢頭一片大好。
▲?當時比較主流的幾種SDN控制器
仗著人多勢眾，OpenDaylight也成了行業(yè)里最具影響力的技術(shù)組織之一。
就在OpenDaylight風光無限的時候，又殺出了一個攪局者。
2014年12月5日，ON.Lab推出了一款創(chuàng)新性的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)——ONOS(Open Network Operating System)，對OpenDaylight發(fā)起了強有力的挑戰(zhàn)。
▲?ONOS直接將自身定位提升到網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)層面。
ON.Lab是哪里冒出來的呢？ON.Lab全名是Open Networking Lab（開放網(wǎng)絡(luò)實驗室），最初是由Parulkar和Nick McKeown共同成立的。沒錯，就是提出SDN的那個Nick McKeown教授。
On.Lab的某些職能和ONF很類似。2016年10月19日，兩個組織宣布正式合并，組成了新的ONF。
就這樣，圍繞SDN控制器和協(xié)議，各大流派及廠商進行了十多年的明爭暗斗，并最終形成了現(xiàn)在的局面。
從趨勢來看，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的概念深入人心，是大勢所趨。SDN控制器作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的核心，重要性不言而喻。
未來，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，SDN控制器肯定會繼續(xù)往分布式的方向發(fā)展。控制器之間的分工協(xié)作會更加深入，甚至可能出現(xiàn)集群?？刂破饕矔隢FV虛擬化技術(shù)，與OpenStack等云平臺進行整合。
好啦，關(guān)于SDN的大致發(fā)展過程，就介紹到這里。SDN的演進并沒有結(jié)束，圍繞SDN“正主”地位的爭奪也沒有結(jié)束。最終誰將主導未來網(wǎng)絡(luò)？讓我們拭目以待！
參考文獻：
1、《談?wù)劥蠹蚁胫赖?、不知道的SDN》，譚培龍
2、《重構(gòu)網(wǎng)絡(luò): SDN 架構(gòu)與實現(xiàn)》，楊澤衛(wèi), 李呈
3、《SDN是什么》，李宗標
4、《SDN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及發(fā)展歷史》, 李呈
5、《SDN是什么依然值得討論》，楊澤衛(wèi)
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2006年，美國斯坦福大學啟動了一個名叫Clean Slate的研究課題。
該課題由美國GENI項目資助，目的非常明確且宏大，就是——“重塑互聯(lián)網(wǎng)”。
當時的互聯(lián)網(wǎng)，已經(jīng)歷經(jīng)了30多年的高速發(fā)展，從最初的小型專用局域網(wǎng)絡(luò)，變成了空前龐大和復雜的世界級網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)擴張，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷增加，超過了早期設(shè)計的承受能力，也使得網(wǎng)絡(luò)維護變得舉步維艱。
于是，專家們開始探討未來網(wǎng)絡(luò)的可能性架構(gòu)，希望在互聯(lián)網(wǎng)崩潰之前，將它拉回正軌。而GENI項目和Clean Slate課題，就是這些嘗試之一。
2007年，斯坦福大學博士生Martin Casado等人提出了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全與管理的項目——Ethane。
該項目試圖通過一個集中式的控制器，將網(wǎng)絡(luò)管理人員制定的安全控制策略，下發(fā)到各個網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，從而實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡(luò)的安全控制。
2009年，基于OpenFlow，Nick Mckeown教授正式提出了SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）。
12月份，OpenFlow規(guī)范的1.0版本正式發(fā)布。這是首個可用于商業(yè)化產(chǎn)品的版本，具有里程碑意義。
在繼續(xù)介紹SDN發(fā)展歷程之前，我們還是要稍微介紹一下SDN的工作原理。
SDN的核心思想真的很簡單，就是控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離。
我們知道，網(wǎng)絡(luò)的作用就是連接。通過無數(shù)的節(jié)點（例如路由器、交換機），將數(shù)據(jù)從起點傳送到終點，這就是網(wǎng)絡(luò)的基本功能。
然而，考慮到安全冗余等因素，現(xiàn)實中的網(wǎng)絡(luò)絕對不會是一條直線那么簡單。它會是一個復雜的拓撲結(jié)構(gòu)。
傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，各個轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點都是獨立工作的，內(nèi)部管理命令和接口也是廠商私有的，不對外開放。
▲?每個節(jié)點，都在說各自的“方言”而SDN網(wǎng)絡(luò)，就是在網(wǎng)絡(luò)之上建立了一個SDN控制器節(jié)點，統(tǒng)一管理和控制下層設(shè)備的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。所有的下級節(jié)點，管理功能被剝離（交給了SDN控制器），只剩下轉(zhuǎn)發(fā)功能。
除了簡化部署之外，SDN更深層次的意義，是賦予了網(wǎng)絡(luò)的“可編程性”。
也就是說，控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離之后，借助規(guī)范化的API接口，用戶可以通過編寫軟件的方式，對網(wǎng)絡(luò)進行管理。整個網(wǎng)絡(luò)，就像個完整的機器人一樣可供驅(qū)使。
我們具體來看看SDN的架構(gòu)。
SDN網(wǎng)絡(luò)的整體架構(gòu)，分為三層，從上到下分別是應(yīng)用平面、控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面。
上北下南，SDN控制器向上與應(yīng)用平面進行通信的接口，叫做北向接口，也叫NBI接口（northbound interface）。SDN控制器向下與數(shù)據(jù)平面進行通信的接口，叫做南向接口，也叫CDPI接口（control-data-plane interface，控制數(shù)據(jù)平面接口）。
北向接口相對來說比較好搞，麻煩的是南向接口及其協(xié)議。因為它直接影響到SDN控制器的命令能否準確下達到無數(shù)的底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
因此，SDN技術(shù)的發(fā)展史，簡而言之，就是圍繞SDN控制器和南向接口的“王位爭奪史”。
在SDN被提出之后，第一個控制器平臺是NOX。它是一種單一集中式結(jié)構(gòu)的控制器，南向接口采用的是OpenFlow協(xié)議。
2011年，由Google、Facebook、微軟等公司共同發(fā)起成立了一個對SDN影響深遠的組織，那就是ONF（Open Networking Foundation，開放網(wǎng)絡(luò)基金會）。
這些公司要么是網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商，要么是運營商，沒有一個是來自設(shè)備商的。他們成立ONF的目的，是為了推動SDN和OpenFlow協(xié)議的發(fā)展。他們不希望SDN這個網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)又被設(shè)備商控制，成為設(shè)備商的賺錢工具。
上述發(fā)起人里面，最值得一提的是Google。
如果說Nick Mckeown教授是點燃SDN星星之火的人，那么，Google顯然是將星星之火燒遍全球的關(guān)鍵角色。
早在SDN被提出之外，Google就在尋找提升自身網(wǎng)絡(luò)效率的方法。當看到SDN之后，Google確認，這就是他們想要的。于是，他們果斷決定將SDN應(yīng)用于自己的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。
2010年，Google開始將數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)路連線（G-scale），轉(zhuǎn)換成SDN架構(gòu)。整個改造分為三個階段。到了2012年，整個Google B4網(wǎng)絡(luò)完全切換到了OpenFlow網(wǎng)絡(luò)。
▲?Google B4是一種橫跨整個地球的連接到谷歌數(shù)據(jù)中心私有廣域網(wǎng)。這樣的結(jié)果毫無疑問是令人震撼的，也堅定了行業(yè)對SDN的信心。
2013年，Google在SIGCOMM上發(fā)表了論文《B4: Experience with a Globally-Deployed Software Defined WAN》，詳細介紹了Google的WAN加速SDN方案。論文中提及，Google使用的控制器名叫ONIX。
面對SDN和ONF，設(shè)備商當然也不能無動于衷。
2013年4月8日，在Linux基金會的支持下，作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商中的領(lǐng)導者，Cisco與IBM、微軟等公司一起，發(fā)起成立了開源組織OpenDaylight，共同開發(fā)SDN控制器。
OpenDaylight提出，SDN不等于OpenFlow，人們需要對SDN進行“重新定義”。
也就是說，OpenDaylight強調(diào)SDN控制器不僅僅局限于OpenFlow，而是應(yīng)該支持多種南向協(xié)議。
同時，OpenDaylight還強調(diào)，應(yīng)該用分布式的控制平臺，取代單實例的控制器。這樣可以管理更大的網(wǎng)絡(luò)，提供更強勁的性能，還能增強系統(tǒng)的安全性和可靠性。
OpenDaylight成立之后，成員數(shù)量增長迅速。但實際上，各個成員都有自己的小算盤。
Cisco就不用說了，作為OpenDaylight項目的牽頭人，它主導了其中大部分項目的開發(fā)。Cisco也一直想推自家的OpFlex上位。
除了Cisco之外，Big Switch推出Big Network Controller以及對應(yīng)的開源版本Floodlight。Juniper推出的是Contrial以及對應(yīng)的開源版本OpenContrial。
總而言之，這一時期各種各樣的SDN控制器處于百家爭鳴的狀態(tài)，發(fā)展勢頭一片大好。
▲?當時比較主流的幾種SDN控制器就在OpenDaylight風光無限的時候，又殺出了一個攪局者。
2014年12月5日，ON.Lab推出了一款創(chuàng)新性的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)——ONOS(Open Network Operating System)，對OpenDaylight發(fā)起了強有力的挑戰(zhàn)。
▲?ONOS直接將自身定位提升到網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)層面。On.Lab的某些職能和ONF很類似。2016年10月19日，兩個組織宣布正式合并，組成了新的ONF。
就這樣，圍繞SDN控制器和協(xié)議，各大流派及廠商進行了十多年的明爭暗斗，并最終形成了現(xiàn)在的局面。
從趨勢來看，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的概念深入人心，是大勢所趨。SDN控制器作為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的核心，重要性不言而喻。
未來，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴大，SDN控制器肯定會繼續(xù)往分布式的方向發(fā)展。控制器之間的分工協(xié)作會更加深入，甚至可能出現(xiàn)集群?？刂破饕矔隢FV虛擬化技術(shù)，與OpenStack等云平臺進行整合。
好啦，關(guān)于SDN的大致發(fā)展過程，就介紹到這里。SDN的演進并沒有結(jié)束，圍繞SDN“正主”地位的爭奪也沒有結(jié)束。最終誰將主導未來網(wǎng)絡(luò)？讓我們拭目以待！
參考文獻：
1、《談?wù)劥蠹蚁胫赖?、不知道的SDN》，譚培龍
2、《重構(gòu)網(wǎng)絡(luò): SDN 架構(gòu)與實現(xiàn)》，楊澤衛(wèi), 李呈
3、《SDN是什么》，李宗標
4、《SDN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架及發(fā)展歷史》, 李呈
5、《SDN是什么依然值得討論》，楊澤衛(wèi)
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聽說，打賞我的人最后都找到了真愛。
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