行至半程，軟件定義網(wǎng)絡怎么樣了？

自2012年刮起的SDN（軟件定義網(wǎng)絡）收購潮，到今天依然沒有止歇。最近的一項收購是今年4月初，AMD宣布以19億美元（121億人民幣）的價格買網(wǎng)絡供應商Pensando，用來增強面向超大規(guī)模提供商、小型云和5G的SDN智能。

去年也有多項收購事關(guān)SDN。2021年5月，思科宣布收購了以色列SDN控制軟件開發(fā)商Sedona系統(tǒng)公司，Sedona的NetFusion軟件是分級控制器HCO領(lǐng)域的市場領(lǐng)導者，HCO是實現(xiàn)5G切片、可路由光網(wǎng)絡的關(guān)鍵；2021年9月，Extreme Networks收購了Infovista的SD-WAN（軟件定義廣域網(wǎng)）業(yè)務，而Infovista在該領(lǐng)域與華為、中興都有合作。如果這兩項收購還是兩家公司對其SDN能力的補足，那么2021年11月，愛立信斥資62億美元收購美國云通信廠商Vonage，則是對網(wǎng)絡功能可編程在企業(yè)級網(wǎng)絡應用的重大投資，畢竟這筆收購費用接近于愛立信2021年一個季度的收入。

網(wǎng)絡軟件支撐著包括路由、信令等多種協(xié)議的完善和發(fā)展，網(wǎng)絡設備的性能，很大程度上是由網(wǎng)絡軟件的性能所決定。而這些收購也說明，SDN技術(shù)思想已深入人心，采用SDN架構(gòu)理念，實現(xiàn)網(wǎng)絡集中控制和能力開放，成為了全球各大電信運營商和云服務商一致?lián)肀У木W(wǎng)絡轉(zhuǎn)型方向。

掌握SDN就是掌握網(wǎng)絡主導權(quán)

“軟件是硬件之魂，這毫無疑問非常適用于網(wǎng)絡領(lǐng)域。”新華三集團副總裁、智能管理與運維產(chǎn)品線總經(jīng)理王斌對《中國電子報》記者表示，“與軟件定義存儲、軟件定義計算相比，軟件定義網(wǎng)絡在技術(shù)層面是最復雜的，因為網(wǎng)絡是點狀、網(wǎng)狀分布結(jié)合的一個系統(tǒng)，是一個復雜的組合體。IT基礎設施的計算、存儲、網(wǎng)絡是比較關(guān)鍵的三大部件，現(xiàn)在又增加了邊緣和終端。如果沒有網(wǎng)絡的連接性，其他的實體單元很難發(fā)揮功效。在信息化建設中，軟件定義網(wǎng)絡的重要性是不言而喻的。”

無論是固定網(wǎng)絡、移動網(wǎng)絡還是IP網(wǎng)絡，迄今幾乎所有的通信設備商都采用了軟硬件一體化模式，設備商基于標準研制一體化專用設備，運營商采購這些設備建設網(wǎng)絡，提供標準化服務。一旦技術(shù)升級和標準換代，設備商需要重新研制新設備，運營商又需要重新采購新設備和建設新網(wǎng)絡，這導致運營商級網(wǎng)絡周期長、投資大、靈活性差。

“軟硬解耦的計算機為網(wǎng)絡設備樹立了榜樣。10多年前，美國斯坦福大學的Nick Mckeown教授團隊在研究中意識到傳統(tǒng)網(wǎng)絡的問題，提出了軟件定義網(wǎng)絡SDN概念，其初始動機就是希望打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備軟硬件一體化的僵化局面，讓網(wǎng)絡設備重演計算機軟硬件分離的開放之路，從而激發(fā)網(wǎng)絡產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新活力。”中國聯(lián)通研究院副院長、首席科學家唐雄燕說。

斯坦福大學的Nick McKeown教授在2008年4月提出SDN概念時，首先論述了實現(xiàn)SDN的OpenFlow原理。OpenFlow提出一個很好的理念，就是把網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離，轉(zhuǎn)發(fā)的部分其實就是硬件部分，控制的部分則以軟件部分為主。

中國移動研究院基礎網(wǎng)絡資深專家程偉強告訴《中國電子報》記者：“這個理念有兩個非常大的價值。一是網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)發(fā)功能和控制功分離后，就有機會把產(chǎn)業(yè)鏈分成軟件和硬件解耦的兩部分，硬件的部分讓它足夠的通用化，降低成本，而軟件能夠進行大規(guī)模的軟件工業(yè)化生產(chǎn)，進行開發(fā)，提升系統(tǒng)的靈活性。二是能給整個網(wǎng)絡的調(diào)度和運維帶來極大的便利。以前網(wǎng)絡是每一臺設備都有自己的控制，這種網(wǎng)絡的流量調(diào)度是基于每一個節(jié)點進行，‘只見局部，不見整體’，引入SDN后，因為控制集中化，控制器系統(tǒng)能看到整網(wǎng)的資源分布情況，能從全局視角對網(wǎng)絡進行優(yōu)化調(diào)度。”

谷歌在2012年實現(xiàn)了對SDN方案的規(guī)模應用, 整個網(wǎng)絡領(lǐng)域都受到了非常大的鼓舞。谷歌基于Openflow完成其數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)網(wǎng)絡B4，引入SDN后，谷歌B4鏈路利用率能從原來的30%~40%，提高到90%以上接近100%。應該說這是軟件定義網(wǎng)絡走向工業(yè)化的起點。

互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在SDN的成功激勵著運營商。2013年，中國移動在ONF（開放網(wǎng)絡論壇）中率先提出電信級SDN的理念。ONF對SDN的定義是一種新型的網(wǎng)絡架構(gòu)，其設計理念是將網(wǎng)絡的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進行分離，并實現(xiàn)可編程化控制。這一定義突顯了SDN的三大特征：控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離，網(wǎng)絡控制集中，網(wǎng)絡開放與可編程。 

程偉強說：“谷歌作為一個互聯(lián)網(wǎng)廠商，它的網(wǎng)絡規(guī)模、網(wǎng)絡需求和運營商電信級網(wǎng)絡是完全不一樣的，中國移動提出建設電信級SDN的同時，也在ONF中發(fā)起成立了相應的工作組，聚集了全球最大的運營商，如AT&T、德國電信、日本NTT、國內(nèi)的三大運營商等，我當時作為電信級SDN工作組的主席，見證了運營商真正引入 SDN最初的設想以及基礎技術(shù)的構(gòu)建。”

“SDN一是可以增強網(wǎng)絡彈性，提升網(wǎng)絡對新業(yè)務適配的靈活性和敏捷性；二是通過分層解耦的模式，可以更好把握產(chǎn)業(yè)鏈的堵點和卡點，管控供應鏈風險；三是通過網(wǎng)絡軟件的自主研發(fā)和開放網(wǎng)絡設備的核心技術(shù)攻關(guān)，可以更好的將網(wǎng)絡技術(shù)發(fā)展的主導權(quán)掌握在運營商自己手中。”唐雄燕說。

SDN像一場網(wǎng)絡運動，不僅將運營商卷入其中，通信設備商在跟進。“2010年的時候，我們?nèi)チ藥滋怂固垢４髮W，和Nick McKeown教授有過多次交流。”王斌說，“新華三SDN研發(fā)的啟動比較早、比較全面，做的是多場景的SDN解決方案，我們把它命名為‘應用驅(qū)動網(wǎng)絡AD-NET解決方案’。從2016年到現(xiàn)在，新華三的SDN軟件在國內(nèi)的市場占有率始終保持在第一。”

SDN始于互聯(lián)網(wǎng)興于運營商

互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)拉開了軟件定義網(wǎng)絡規(guī)模應用的序幕，但將軟件定義網(wǎng)絡向全網(wǎng)推進的，是電信運營商。唐雄燕表示，在網(wǎng)業(yè)分離的形勢下，寄生在運營商網(wǎng)絡之上的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務日新月異，尤其是在業(yè)務遷移到云計算后，業(yè)務動態(tài)性進一步加大，僵化的底層網(wǎng)絡已無法適應上層業(yè)務創(chuàng)新的需要，傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡變革勢在必行。

2013年美國運營商AT&T發(fā)布的Domain２.0戰(zhàn)略是其中的典范，AT&T提出到2020年網(wǎng)絡軟件化率要達到75%的目標。Verizon發(fā)布了SDN/NFV（NFV,網(wǎng)絡功能虛擬化,與SDN相伴而生）參考架構(gòu)白皮書，引入統(tǒng)一的端到端網(wǎng)絡編排和業(yè)務編排，從頂層設計對網(wǎng)絡進行升級。Telefonica提出UNICA架構(gòu)，使用SDN將分散在各地的數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一管理。全球頂級運營商相繼開始引入SDN技術(shù)進行試點。

我國三大運營商在2015年開始啟動SDN。2015年，中國移動提出Novonet項目引入SDN/NFV和編排技術(shù)，并于2019年啟動全球規(guī)模最大的網(wǎng)絡云八大區(qū)構(gòu)建，其中包括了5G核心網(wǎng)的NFV、數(shù)據(jù)中心SDN等內(nèi)容，目前已經(jīng)廣泛應用。這一項目讓中國移動構(gòu)成了全球最大的網(wǎng)絡云基礎設施，提出了以ONAP為核心的智能化編排管理體系，中國移動主導的ONAP開源社區(qū)已經(jīng)發(fā)布EI AIto版。

2015年中國聯(lián)通啟動CUEB-Net2.0，并于2016年首次提出構(gòu)建基于SDN的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)CUII（China Unicom Industrial Internet），現(xiàn)在已經(jīng)實現(xiàn)了國內(nèi)首個大規(guī)模廣域網(wǎng)SDN商用部署，自主研制了適用于超大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡的網(wǎng)絡控制和協(xié)同器。唐雄燕說：“通過SDN集中控制極大提升了網(wǎng)絡服務的靈活性和敏捷性，并通過能力開放實現(xiàn)了與公有云服務的集成，提供了云聯(lián)網(wǎng)等業(yè)界領(lǐng)先的云網(wǎng)一體化服務產(chǎn)品。”

中國電信則發(fā)布CTNet2025網(wǎng)絡架構(gòu)白皮書，重點強調(diào)了新型OSS系統(tǒng)的重要性以及O域與B域的協(xié)同。

未來十年SDN理念將貫穿云網(wǎng)

從2012年到2022年，SDN工業(yè)化進程已經(jīng)走過十多年，未來向哪里去？中國電信在2019年提出面向2030年的云網(wǎng)融合之路，中國移動和中國聯(lián)通在云網(wǎng)融合的基礎上，進一步提出面向2030年的算力網(wǎng)絡，算力網(wǎng)絡是云網(wǎng)融合的深化，而且目前算力網(wǎng)絡已經(jīng)被看成是第六代移動通信的支撐網(wǎng)絡。

“在云網(wǎng)融合中，SDN起到了云網(wǎng)信息互通、網(wǎng)絡感知云服務和云資源的作用。而SD-WAN（軟件定義廣域網(wǎng)）可以看做是云的觸角，是云互聯(lián)的外延，這代表著網(wǎng)絡聯(lián)接將會與各種云服務更加深度的整合，這也是SDN技術(shù)的發(fā)展趨勢。”唐雄燕說。

目前，阿里、騰訊、谷歌、亞馬遜等云廠商都在做SD-WAN，利用SD-WAN技術(shù)，云廠商可以在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)POP點（網(wǎng)絡提供點）的連接。一個全國都有分支機構(gòu)的企業(yè)，每個分支機構(gòu)可以看作是一個POP點，云服務商可以將這些POP點靈活快速地連接起來，為客戶提供云網(wǎng)結(jié)合的服務。如果說SDN的應用主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)中心的互聯(lián)，那么SD-WAN則是將軟件定義擴展到了整個互聯(lián)網(wǎng)中。

但運營商實現(xiàn)SD-WAN并不像云廠商這么簡單。

“業(yè)務快速變化，對網(wǎng)絡的敏捷性要求就比較高。要定義網(wǎng)絡這種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，要做業(yè)務切片，SDN就需要做到全網(wǎng)多點協(xié)同聯(lián)動，這個難度就大了很多。”王斌說，“SD-WAN的目標是讓上層應用更好地去調(diào)用底層的網(wǎng)絡資源，可以說SD-WAN是云網(wǎng)融合非常關(guān)鍵的技術(shù)之一，也是推進云網(wǎng)快速發(fā)展的關(guān)鍵要素。”

運營商傳統(tǒng)的網(wǎng)絡協(xié)議IPv4/MPLS是按照網(wǎng)絡節(jié)點一跳一跳地做網(wǎng)絡資源的管理和控制的，這種方式與SDN希望的便捷靈活是矛盾的。“是時候引入全新設計的網(wǎng)絡協(xié)議支持SDN了，在制定互聯(lián)網(wǎng)連接標準的國際組織IETF中，討論最熱烈的是SRv6協(xié)議，它最大的好處是極大地減少了網(wǎng)絡的跳數(shù)。在SRv6網(wǎng)絡中，SDN控制器只要和源地址的節(jié)點‘打交道’，就能夠?qū)崿F(xiàn)整條業(yè)務流的配置和管控。”程偉強說。

目前的核心工作是讓SRv6更好用，中國移動正在牽頭做的G-SRv6,在不損失SRv6特點的同時，進一步優(yōu)化SRv6的結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡利用率。目前，G-SRv6已經(jīng)被IETF接納，是SRv6國際標準發(fā)展的方向。

“從云網(wǎng)融合的發(fā)展趨勢看，大家比較公認會經(jīng)過三個階段，首先是云網(wǎng)協(xié)同階段，下一步即將進入的就是云網(wǎng)融合階段，最后是云網(wǎng)一體的階段。在這三個階段里，軟件定義網(wǎng)絡的理念始終貫穿其中。”王斌告訴記者，這三個階段各有側(cè)重點，在云網(wǎng)協(xié)同階段，重點是統(tǒng)一云網(wǎng)資源，實現(xiàn)資源的可視化，推動云和網(wǎng)的無縫對接；在云網(wǎng)融合階段，重點是實現(xiàn)云網(wǎng)資源的集中管理、協(xié)同調(diào)度，目前要實現(xiàn)這個目標還需要做技術(shù)創(chuàng)新和突破；在云網(wǎng)一體階段，重點是實現(xiàn)云網(wǎng)操作系統(tǒng)，在這一階段，SDN在邊緣云、行業(yè)云等應用場景中會起到不可替代的作用。

“面向5G演進網(wǎng)絡、6G以及算力網(wǎng)絡，在網(wǎng)絡的轉(zhuǎn)發(fā)面節(jié)點，類似固網(wǎng)的BRAS(寬帶接入服務器)、移動網(wǎng)絡的UPF（邊緣接入網(wǎng)關(guān)）等都會變得更加關(guān)鍵，因為網(wǎng)絡需要具備通信-感知-計算-智能相融合的能力，這些都需要軟件化進行管控，軟件化的服務將在其中發(fā)揮更大的作用。”唐雄燕說。

SDN行至半程，網(wǎng)絡在開放和封閉間折中

SDN提出伊始，就是希望建設一個開放的網(wǎng)絡生態(tài)。這包涵兩重意義：一是軟件與硬件解藕，二是網(wǎng)絡通過軟件實現(xiàn)開源開放。

SDN相關(guān)的開源社區(qū)非?；钴S，從SDN部署層次看，主要包括云內(nèi)操作系統(tǒng)OpenStack,SDN控制器ODL、ONOS、Open Contrail、Floodlight、RYU(開源控制器)，以及轉(zhuǎn)發(fā)層OVS。其中,ODL和ONOS是控制器的開源組織，OpenStack是北向接口模塊的開源組織，OVS是轉(zhuǎn)發(fā)模塊的開源組織。作為SDN概念和架構(gòu)的創(chuàng)始組織，ONF在制定架構(gòu)、北向接口和網(wǎng)絡模型方面的標準，目前已經(jīng)擁有140多家會員,包括運營商、設備商、芯片商，覆蓋全產(chǎn)業(yè)鏈。

活躍的開源社區(qū)加快了SDN的落地速度，谷歌、亞馬遜等云服務廠商通過SDN增強了對網(wǎng)絡的掌控力。但運營商在落地SDN時，這種掌控力打了對折。

“因為不同于學術(shù)界的狹義SDN，工業(yè)界實際上是在發(fā)展廣義SDN，網(wǎng)絡的南向接口不局限于OpenFlow協(xié)議，也可以不對底層網(wǎng)絡設備大動干戈，只是在網(wǎng)絡管理控制和能力開放上增強。這其實是開放與封閉的折中，網(wǎng)絡的可編程和開放性局限于網(wǎng)絡控制平面，轉(zhuǎn)發(fā)平面依然采用功能固定的包處理硬件。”唐雄燕表示。

為推動轉(zhuǎn)發(fā)平面的可編程，Nick Mckeown教授等SDN先驅(qū)們2015年又發(fā)明了用于數(shù)據(jù)平面的新一代編程語言P4，解決了OpenFlow編程能力不足和擴展性差等問題，推動SDN邁向下一代。P4產(chǎn)業(yè)化今天還處于發(fā)展初期，谷歌率先在其商用網(wǎng)絡中采用P4技術(shù)，AT＆T也在網(wǎng)絡中安裝了基于P4的白盒交換機，P4可編程芯片初創(chuàng)公司Barefoot Networks在2019年6月被英特爾收購。

為了推動軟硬件的解耦，運營商在部署SDN的同時也引入了NFV（網(wǎng)絡功能虛擬化），NFV的特點是軟硬件解耦、硬件通用化和設備功能軟件化。NFV的理想狀態(tài)是實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡功能層、云虛擬化層和硬件設備層的三層解耦，各層可獨立發(fā)展和創(chuàng)新，尤其是希望與應用關(guān)聯(lián)度最大的網(wǎng)絡功能層能徹底開放，讓更多的創(chuàng)新者參與研發(fā)和提供VNF，激發(fā)網(wǎng)絡業(yè)務創(chuàng)新活力。但在實踐中，三層解耦更復雜，系統(tǒng)集成的高難度，許多運營商又退而求其次，僅追求軟硬件兩層解耦，所以網(wǎng)絡開放的效果大打折扣。

這導致為運營商做SDN的企業(yè)，只做純軟件的比較少，大部分都是軟硬結(jié)合，而且都是以ICT廠商為主導。國外企業(yè)以思科為龍頭，國內(nèi)企業(yè)以新華三、華為等為主導。而純軟件的SDN企業(yè)的結(jié)果往往是被收購，最后融入ICT廠商的方案中。

但SDN“軟硬件解藕、網(wǎng)絡開源開放”的思想就像一粒種子，推動電信全領(lǐng)域的網(wǎng)絡轉(zhuǎn)型。

移動基站一直是封閉設備，近年火熱的O-RAN(開放的無線接入網(wǎng)) 則希望基于通用硬件平臺和軟硬解耦模式研制白盒化基站。5G網(wǎng)絡也與之前的幾代移動通信網(wǎng)絡有了巨大的變化，實現(xiàn)了云化的核心網(wǎng)，引入了邊緣云實現(xiàn)邊緣計算，支持網(wǎng)絡切片。在后5G和6G時代，5G核心網(wǎng)的云化、NFV化、邊緣計算會更普遍。“從移動網(wǎng)的角度看，從3G到5G的演進，很明顯的體現(xiàn)了整個網(wǎng)絡的云化、虛擬化、軟件化的趨勢。”程偉強說。

作者丨劉晶

編輯丨連曉東

美編丨馬利亞