科普：SDN、OpenFlow、OpenDaylight，到底是什么关系？

2006年，美国斯坦福大学启动了一个名叫Clean Slate的研究课题。

该课题由美国GENI项目资助，目的非常明确且宏大，就是——“重塑互联网”。

▲ Global Environment for Network Innovations

当时的互联网，已经历经了30多年的高速发展，从最初的小型专用局域网络，变成了空前庞大和复杂的世界级网络。

网络规模的持续扩张，网络设备的不断增加，超过了早期设计的承受能力，也使得网络维护变得举步维艰。

于是，专家们开始探讨未来网络的可能性架构，希望在互联网崩溃之前，将它拉回正轨。而GENI项目和Clean Slate课题，就是这些尝试之一。

2007年，斯坦福大学博士生Martin Casado等人提出了关于网络安全与管理的项目——Ethane。

该项目试图通过一个集中式的控制器，将网络管理人员制定的安全控制策略，下发到各个网络设备中，从而实现对整个网络的安全控制。

2008年，Clean Slate课题的项目负责人，斯坦福大学教授Nick McKeown及其团队，受到Ethane项目的启发，提出了OpenFlow的概念，并发布了那篇经典的文章——《OpenFlow : Enabling Innovation in Campus Networks(OpenFlow：校园网的创新使能)》。

▲Nick McKeown和他的文章 OpenFlow，字面意思就是“开放的流”。

2009年，基于OpenFlow，Nick Mckeown教授正式提出了SDN(Software Defined Network，软件定义网络)。

同年，SDN概念成功入围Technology Review年度十大前沿技术，获得了行业的广泛关注和重视。

12月份，OpenFlow规范的1.0版本正式发布。这是首个可用于商业化产品的版本，具有里程碑意义。

在继续介绍SDN发展历程之前，我们还是要稍微介绍一下SDN的工作原理。

SDN的核心思想真的很简单，就是控制和转发分离。

我们知道，网络的作用就是连接。通过无数的节点(例如路由器、交换机)，将数据从起点传送到终点，这就是网络的基本功能。

▲数据传输过程中，各节点不断接收和转发数据包。控制负责下命令，转发负责干活。

然而，考虑到安全冗余等因素，现实中的网络绝对不会是一条直线那么简单。它会是一个复杂的拓扑结构。

于是，命令该怎么下，直接决定了网络的效率。

传统网络中，各个转发节点都是独立工作的，内部管理命令和接口也是厂商私有的，不对外开放。

▲每个节点，都在说各自的“方言”

所以，我们可以把它理解为“各自为战”的模式。虽然“战略层面”的规划和设计可能是统一的，但“战术层面”的执行却是复杂且低效的。

而SDN网络，就是在网络之上建立了一个SDN控制器节点，统一管理和控制下层设备的数据转发。所有的下级节点，管理功能被剥离(交给了SDN控制器)，只剩下转发功能。

SDN控制下的网络，变得更加简单。管理者只需要像配置软件一样，进行简单部署，就可以让网络实现新的路由转发策略。(如果是传统网络，每个网络设备都需要单独配置。)

除了简化部署之外，SDN更深层次的意义，是赋予了网络的“可编程性”。

也就是说，控制和转发分离之后，借助规范化的API接口，用户可以通过编写软件的方式，对网络进行管理。整个网络，就像个完整的机器人一样可供驱使。

我们具体来看看SDN的架构。

SDN网络的整体架构，分为三层，从上到下分别是应用平面、控制平面和转发平面。

整个架构的核心，就是SDN控制器。

上北下南，SDN控制器向上与应用平面进行通信的接口，叫做北向接口，也叫NBI接口(northbound interface)。SDN控制器向下与数据平面进行通信的接口，叫做南向接口，也叫CDPI接口(control-data-plane interface，控制数据平面接口)。

北向接口相对来说比较好搞，麻烦的是南向接口及其协议。因为它直接影响到SDN控制器的命令能否准确下达到无数的底层网络设备。

因此，SDN技术的发展史，简而言之，就是围绕SDN控制器和南向接口的“王位争夺史”。

在SDN被提出之后，第一个控制器平台是NOX。它是一种单一集中式结构的控制器，南向接口采用的是OpenFlow协议。

2011年，由Google、Facebook、微软等公司共同发起成立了一个对SDN影响深远的组织，那就是ONF(Open Networking Foundation，开放网络基金会)。

ONF的主要发起成员是德国电信、Facebook、Google、微软、雅虎等公司。

这些公司要么是网络服务提供商，要么是运营商，没有一个是来自设备商的。他们成立ONF的目的，是为了推动SDN和OpenFlow协议的发展。他们不希望SDN这个网络新技术又被设备商控制，成为设备商的赚钱工具。

上述发起人里面，最值得一提的是Google。

如果说Nick Mckeown教授是点燃SDN星星之火的人，那么，Google显然是将星星之火烧遍全球的关键角色。

早在SDN被提出之外，Google就在寻找提升自身网络效率的方法。当看到SDN之后，Google确认，这就是他们想要的。于是，他们果断决定将SDN应用于自己的数据网络。

2010年，Google开始将数据中心与数据中心之间的网路连线(G-scale)，转换成SDN架构。整个改造分为三个阶段。到了2012年，整个Google B4网络完全切换到了OpenFlow网络。

▲Google B4是一种横跨整个地球的连接到谷歌数据中心私有广域网。

改造之后，Google B4网络的链路带宽利用率提高了3倍以上，接近100%。

这样的结果毫无疑问是令人震撼的，也坚定了行业对SDN的信心。

2013年，Google在SIGCOMM上发表了论文《B4: Experience with a Globally-Deployed Software Defined WAN》，详细介绍了Google的WAN加速SDN方案。论文中提及，Google使用的控制器名叫ONIX。

面对SDN和ONF，设备商当然也不能无动于衷。

2013年4月8日，在Linux基金会的支持下，作为网络设备商中的领导者，Cisco与IBM、微软等公司一起，发起成立了开源组织OpenDaylight，共同开发SDN控制器。

▲ODL的发起公司有：IBM、微软、Big Switch、博科、思杰、戴尔、爱立信、富士通、英特尔、Juniper、NEC、惠普、红帽和VMware……基本都是厂商

OpenDaylight提出，SDN不等于OpenFlow，人们需要对SDN进行“重新定义”。

也就是说，OpenDaylight强调SDN控制器不仅仅局限于OpenFlow，而是应该支持多种南向协议。

同时，OpenDaylight还强调，应该用分布式的控制平台，取代单实例的控制器。这样可以管理更大的网络，提供更强劲的性能，还能增强系统的安全性和可靠性。

OpenDaylight成立之后，成员数量增长迅速。但实际上，各个成员都有自己的小算盘。

Cisco就不用说了，作为OpenDaylight项目的牵头人，它主导了其中大部分项目的开发。Cisco也一直想推自家的OpFlex上位。

除了Cisco之外，Big Switch推出Big Network Controller以及对应的开源版本Floodlight。Juniper推出的是Contrial以及对应的开源版本OpenContrial。

总而言之，这一时期各种各样的SDN控制器处于百家争鸣的状态，发展势头一片大好。

▲当时比较主流的几种SDN控制器

仗着人多势众，OpenDaylight也成了行业里最具影响力的技术组织之一。

就在OpenDaylight风光无限的时候，又杀出了一个搅局者。

2014年12月5日，ON.Lab推出了一款创新性的网络操作系统——ONOS(Open Network Operating System)，对OpenDaylight发起了强有力的挑战。

▲ONOS直接将自身定位提升到网络操作系统层面。

ON.Lab是哪里冒出来的呢?ON.Lab全名是Open Networking Lab(开放网络实验室)，最初是由Parulkar和Nick McKeown共同成立的。没错，就是提出SDN的那个Nick McKeown教授。

On.Lab的某些职能和ONF很类似。2016年10月19日，两个组织宣布正式合并，组成了新的ONF。

就这样，围绕SDN控制器和协议，各大流派及厂商进行了十多年的明争暗斗，并最终形成了现在的局面。

从趋势来看，网络操作系统的概念深入人心，是大势所趋。SDN控制器作为网络操作系统的核心，重要性不言而喻。

未来，随着网络规模的扩大，SDN控制器肯定会继续往分布式的方向发展。控制器之间的分工协作会更加深入，甚至可能出现集群。控制器也会引入NFV虚拟化技术，与OpenStack等云平台进行整合。

好啦，关于SDN的大致发展过程，就介绍到这里。SDN的演进并没有结束，围绕SDN“正主”地位的争夺也没有结束。最终谁将主导未来网络?让我们拭目以待!

参考文献：

名称栏目：科普：SDN、OpenFlow、OpenDaylight，到底是什么关系？
本文网址：/news38/200288.html

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