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科普知识：SDN、OpenFlow、OpenDaylight，到底是什么关系？
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科普知识：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：
1、《谈谈大家想知道的、不知道的SDN》，谭培龙
2、《重构网络: SDN 架构与实现》，杨泽卫, 李呈
3、《SDN是什么》，李宗标
4、《SDN网络构架及发展历史》, 李呈
5、《SDN是什么依然值得讨论》，杨泽卫
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”。
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。
2009年，基于OpenFlow，Nick Mckeown教授正式提出了SDN（Software Defined Network，软件定义网络）。
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。
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。
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”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。
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。
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）。
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。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。
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：
1、《谈谈大家想知道的、不知道的SDN》，谭培龙
2、《重构网络: SDN 架构与实现》，杨泽卫, 李呈
3、《SDN是什么》，李宗标
4、《SDN网络构架及发展历史》, 李呈
5、《SDN是什么依然值得讨论》，杨泽卫
听说，打赏我的人最后都找到了真爱。
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