作者：张卫峰
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
深度解析SDN——利益、战略、技术、实践试读：
深度解析SDN——利益、战略、技术、实践张卫峰 著内容简介SDN是当前的热点技术，但是由于SDN技术相对还比较新，而且本身内涵并不清晰，所以极容易产生误解，不仅初学者不太容易把握，即便是已经接触过一段时间的人，也仍然会造成混淆。
本书用通俗易懂的语言深入浅出地介绍SDN的概念本质，SDN架构，产生原因，发展历史，各种对SDN的误解，SDN对产业的影响和发展趋势预测，各种标准组织及企业的动机和利益诉求，各个公司的SDN战略、SDN产品、在产业链中的位置，一些热门技术（如网络虚拟化、NFV、云计算等）跟SDN的关系，SDN的热门技术OpenFlow的分析以及OpenFlow所面临的各种挑战和尝试，SDN Controller（控制器）的介绍，经过实践检验过的多个应用案例分析。由于作者具有很强的芯片公司的从业背景，对SDN转发面也有深入的分析。
本书内容涵盖范围较广，从战略、内幕、利益、技术到实践全部覆盖，对设备商、云服务提供商、数据中心、企业IT运维人员、科研工作者等多个领域的从业人员了解SDN都会大有裨益。希望看过本书之后，读者能够对SDN有一个全面而又深刻的理解。未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。版权所有，侵权必究。
图书在版编目（CIP）数据
深度解析SDN：利益、战略、技术、实践/张卫峰著.—北京：电子工业出版社，2014.1
ISBN 978-7-121-21821-7
Ⅰ.①深… Ⅱ.①张… Ⅲ.①计算机网络－网络结构 Ⅳ.①TP393.02
中国版本图书馆CIP数据核字（2013）第264797号
责任编辑：董 英
印 刷：北京中新伟业印刷有限公司
装 订：北京中新伟业印刷有限公司
出版发行：电子工业出版社
北京市海淀区万寿路173信箱 邮编100036
开 本：787×980 1/16 印张：14.5 字数：278千字
印 次：2014年1月第1次印刷
印 数：4000册 定价：59.00元
凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888。
质量投诉请发邮件至zlts@phei.com.cn，盗版侵权举报请发邮件至dbqq@phei.com.cn。
服务热线：（010）88258888。推荐序1
SDN（Software Defined Network）的浪潮在逐渐影响着数据中心、运营商，以及越来越多的企业、互联网公司。
SDN的来龙去脉是什么？为什么工业界需要SDN？其背后的技术背景、相关公司、非营利化标准组织、商业利益集团在SDN面前的策略是什么？另外，SDN领域出现了许多分支，其各自布局和未来发展方向如何？
这些问题都是相关领域的国家技术发展政策研究人员、企业CIO／CTO、高级研发人员、高校研究人员必须了解和能够回答的问题。
卫峰的这本《深度解析SDN—利益、战略、技术、实践》非常好地深入浅出地解释了上述各种问题，是一本非常难得的好书。
SDN相关的技术书籍已经存在一些，各有亮点。卫峰的这本SDN书能够从细节着手，也能站在宏观和产业界的角度来思考SDN的应用场景、技术和政策走向，是非常难能可贵的。
拿到该书的样章后，我一口气读完了所有的章节，深感学到了许多有价值的知识。特别是卫峰对网络虚拟化的各种演变做了许多独到的分析和阐述，体现了他在SDN领域非常扎实的技术功底，以及他对产业界风云变幻的精确把握，对此我深感赞许。
强烈推荐计算机网络、系统和相关专业的研发人员阅读此书，也强烈建议国家相关政策研究人员阅读此书。陈怀临《弯曲评论》创办人www.valleytalk.org2013年10月25日于硅谷推荐序2
SDN现在是一个大热的话题，目前看来它有引起一场网络革命的趋势，无论在企业网、互联网数据中心还是运营商网络。所有IT相关的研发人员、运维人员、市场销售人员以及公司决策人员都有必要深入了解SDN是什么、它能给企业带来什么、应该如何去面对SDN所带来的变化。
SDN是把“双刃剑” ，一方面它能够提升管道价值，降低流量成本，加速网络创新；另一方面，集中控制给整个网络的安全性、可靠性、扩展性也带来了巨大的挑战。如何用好这把“双刃剑”是我们应当认真思考的问题。
作为运营商，我们也在密切关注SDN的发展，并投入了很多人力资源去研究、实验SDN网络，同时积极推动相关标准的建立。目前看来，SDN在运营商网络中大有用武之地。SuperPTN就是这样的一个研究项目，并且有可能在不久的将来落地。
因为SuperPTN这个项目，我接触到了该书的作者张卫峰，并有机会阅读了卫峰写的《深度解析SDN—利益、战略、技术、实践》一书。读下来第一个感觉是通俗易懂，相信稍微了解一点网络的人都可以读懂。第二个感觉就是作者对网络特别是SDN的认识非常深刻，非浸淫网络多年不足以写出这样的书。更难得的是，本书有很多作者自己独到的观点，这些观点完全体现了作者作为一个芯片设计厂商、SDN技术领先厂商的研发人员多年的技术功底。
本书还有一个很吸引人的地方，就是在第7章里面列出来的SDN应用案例，都是真实网络中部署的实际案例，很多都是作者亲身经历的，读来感觉真实可信，极有说服力。
希望有更多人能看到本书，及时拥抱变化，迎接SDN对网络的改变。段晓东中国移动研究院网络研究所所长2013年11月前 言
这本书的写作是因为一个偶然的机会。2013年5月，CSDN的编辑在新浪微博上给我发私信，希望我为他们写一篇SDN科普型的文章。我觉得这是个很不错的事情，就写了一篇6千多字的文章，发表在《程序员》6月刊上。这篇文章系统地介绍了SDN的起源、发展、概念定义、跟一些技术之间的关系、它面临的挑战、对行业的冲击等。7月初，又收到电子工业出版社编辑的私信，希望我在文章的基础上，进一步充实和扩展，写一本系统介绍SDN的书。
写书？说实话，在这之前我还真的从来没想过，尽管我经常在微博上发SDN相关的技术文章，所以我的第一反应就是拒绝，没时间。后来出版社编辑跟我深入分析了现在市场SDN教育书籍的缺位和大家对这方面的强烈需求，我当天就改变了主意，Why not？SDN的很多内容都装在我的脑子里面，与其我每天在微博上东讲一点，西扯一点，一个一个地去纠正一些对SDN的误解，不如系统地把它写出来，让更多的人看到。于是，这本书就诞生了。
在写作的过程中，我越来越觉得这个题材非常有意义，原因如下。
第一， SDN是一种革命性的技术，它对整个网络甚至基于网络的很多应用都有深远的影响，而且它的影响是全方位的，它对设备商、运营商、互联网公司、软件提供商、企业用户甚至个人用户都有影响。而这样一种影响如此广泛的技术，介绍它的书籍特别是中文书籍基本没有，网上虽然有很多文章，但是都不够系统。
第二， SDN是一个框架，而不是一个具体的协议，而且跟其他技术相比， SDN是一种由用户驱动的技术，这就决定了它的需求基础旺盛而技术基础薄弱，还远没达到成熟的地步。所以对它的误解很多，对它的质疑很多，对它的实现方式也很多，对于网络基础薄弱的大众来说，就会有些无所适从，不知道它为什么诞生，不知道它的架构是怎么样的，也不知道它背后的利益关系是怎样的，更不知道它会走向何方。甚至在那些对SDN已经有过较多研究的人群中，也仍然会有激烈的争论，更不用说普通大众了。所以，我觉得有必要有一本书系统地介绍一下，就算不能解决所有的疑问，至少让更多的人了解一些真相，为大家进一步深入研究和讨论奠定基础。
这本书的写作过程很快，三个月不到就写完了，之所以能这么快写完，是因为大多数内容都在我的脑子里，无须到处去查阅，无须费尽心思去编造。除了一些事实性介绍，基本上是一气呵成，而这一切都要归功于我所在的公司——盛科网络。盛科是国内SDN领域的领先厂商，有大量SDN客户，所以我有幸能够了解很多别人了解不到的各个领域的SDN实际部署案例。盛科很早就加入了SDN领域最有影响力的ONF标准组织，所以我有幸能够了解很多ONF的内部资料，还有机会跟ONF标准组织的大佬们通过E-mail或者面对面交流，了解到ONF的一些真实想法和未来动态。同时盛科又是世界上仅有的几家交换芯片厂商，还是ONF的芯片顾问委员会（CAB）的成员，并且还做了世界上第一个针对SDN进行优化的ASIC芯片，而我也参与了历代所有芯片的设计工作，所以我对整个SDN/OpenFlow的转发面的现状、存在的问题都了如指掌，也比较清楚芯片界对未来的转发面走向的一些看法。同时，十几年的数据通信生涯使我对整个数据通信行业的认识也比较深入。以上种种，都为我写这本书提供了极大的便利，这也是我写这本书的最大优势吧！
本书最大的特点是什么？我的责任编辑看完本书之后，在QQ上发给我的第一句话就是“你写得太通俗了，连我都看懂了” ，那我的目的就达到了。我看书的时候，一向都痛恨过于学术化的论述，己所不欲勿施于人，自然，我会刻意避免学术化表达。这在“SDN真实应用案例分析”一章体现得特别淋漓尽致，里面的所有案例全部都是实践总结而非理论分析。
除此之外，考虑到SDN还远未到成熟阶段，当前对SDN的“What” 、 “Why” 、“Where” 、 “How”等问题的研究比具体的技术分析重要得多，所以本书把重点放在下面几个方面，整体组织思路如下：
第1章澄清SDN的概念内涵，列举一些流传较广的误解并纠正，讲述SDN的发展历史。
第2章解释为什么我们需要SDN，现在网络碰到了什么样的挑战，为什么现有架构解决不了，以及SDN能带来什么好处，并用两个案例来分别说明传统网络的问题和SDN的好处。
第3章详细介绍各个标准组织，他们想要达到的目的，分析隐藏在各个标准组织背后的利益纷争，看看屁股是如何决定脑袋的。
第4章详细分析OpenFlow标准， OpenFlow在转发面和控制面所面临的挑战，芯片转发面的各种尝试和趋向，Controller（控制器）分析和介绍。
第5章介绍网络虚拟化的概念、历史和现状，分析SDN在网络虚拟化和云计算中的地位和作用。
第6章详细介绍30多个公司的SDN战略、产品和方案，包括传统厂商、新型创业厂商和互联网公司，同时分析一些比较有影响力的SDN相关的收购，以进一步了解大公司的SDN战略和意图。
第7章分析了多个真实发生在不同领域的SDN应用案例，从中了解客户的真实需求及SDN在其中的作用。
第8章深入分析SDN对网络产业格局的影响，以及SDN未来发展方向的预测。
这本书能顺利写完，首先要感谢我的家人对我的支持，儿子三天两头地对我说的两句话就是： “爸爸你的书写完了吗？” “爸爸你赶紧写书吧！ ”其次要感谢我的老板@盛科孙剑勇对我的支持，是他鼓励我写这本书，而且在写完之后帮我评审了一遍并给出了很多很好的建议。还要感谢我的同事@盛科_朱坚和@弓长东亚，我从他们那里学到了很多。同时感谢我的编辑董英（@英子DD） ，为我的写作提供了很多分析建议，表现出了优秀的专业精神，使这本书得以顺利出版。最后要感谢SDNAP的创办者吴总（@SDNAP） ，感谢他提供了一个很好的SDN网站和SDN交流平台（QQ群：279796875） ，在跟大家的交流中了解到了很多信息。
由于作者水平有限并且SDN本身争议很大，本书难免会有错误和疏漏，肯定也会有读者对其中的观点不赞成，您可以通过新浪微博（@盛科张卫峰）或者QQ（67278439）跟我进一步交流探讨。
希望这本书能对读者有所帮助，这是我的最大心愿。张卫峰2013年12月第1章 认识SDN1.1 什么是SDN
SDN是Software Defined Network的缩写，译成中文就是软件定义网络。当然，笔者如果就只是这样简单来解释一下SDN，估计会被骂得狗血淋头， Google/百度谁不会用啊？讲英文翻译的话这几个单词初中生都能翻译出来。
在2013年的ONS大会上，有人开玩笑说SDN = Stanford Defined Network，或Sexy Defined Network，或Still Don’t kNow。玩笑的背后隐藏的含义就是，大家对SDN的理解不太一致，并且对SDN的前景看法也不一致。
笔者在十几年的通信技术职业生涯中，总结出了一条快速学习新技术的经验，在IT技术领域，特别是通信领域，对一项新技术的命名是非常严谨的，很多技术的名字都起得非常精准到位，如果能把该技术的名字领悟透彻，对理解该技术帮助会很大，比如VLAN、STP、OSPF、MPLS等都是其中的典型代表，能够绝佳地体现这些技术的内涵精髓。笔者非常喜欢在研究一项新技术的时候，先把该技术的名字研究清楚，SDN也不例外。
网上关于SDN的争论铺天盖地，褒贬不一。在质疑SDN的声音中：
最常听到的就是——“我为什么需要SDN？有什么是SDN能做到而传统网络做不到的？”
具体到转发面，通常是——“SDN交换机本质上也不过是把传统交换芯片包装一下而已，有什么转发行为是传统交换机支持不了的？”
具体到控制面，通常是——“传统交换机是用网管软件或者命令行来进行管理的，SDN交换机无非是换成Controller（控制器）来管理而已，又有什么本质区别？”
这里我们暂且不讨论为什么需要SDN，这是后面章节的话题。就这些质疑，笔者想说的是，提这些问题的人并没有真正理解Software Defined的意思。没错，就转发面而言， SDN交换机跟传统交换机并无本质区别，也许以后慢慢会进行芯片技术创新来更好地支持SDN，但是本质并无不同。而控制面，也没错，无论是SDN交换机，还是传统交换机，都有一大堆软件在支撑、在管理。但是Software Defined Network跟传统网络是有本质区别的。
传统网络的转发行为，是受各种网络协议控制的，尽管它们也间接地反映了管理员的意志，但是：
第一，它们是逐设备单独控制的，是纯分布式控制。
第二，控制面跟转发面在同一个设备中，紧密耦合。
第三，管理员无法直接操控转发行为（管理员配置网络协议，网络协议通过自身的运行再去影响转发行为，管理员无法改变协议本身的行为） 。
第四，网络协议对转发行为的影响是有固定模式的，比如路由协议只能靠目的IP地址来进行转发，MPLS协议只能靠MPLS Label来进行转发，且不同情况下的转发只能对报文进行固定模式的修改。比如路由转发的时候只能修改报文的MacDa、MacSa、VlanTag、TTL、DSCP，改不了其他东西，且修改的方式也是固定的，比如TTL通常只能减一。
而SDN呢？它要求集中式控制（也有分布式，但是那是先集中再分布，后面会详细讲到） ，要求转发跟控制分离，要求管理员可以直接操控设备的转发行为，可以不用通过各种网络协议（但是SDN并没有拒绝使用动态协议，只不过这些协议是要运行在Controller上的，而不是运行在设备上的） ，而是直接通过应用程序（也就是说Software）来控制转发行为，而且这种控制是直截了当的，不受任何协议影响的，比如管理员不希望仅通过“目的IP”来转发而是希望看“目的IP+源IP” ，转发的时候直接修改报文的“目的IP”等。
总结一下就是，传统网络虽然也有大量软件参与，但是这些软件不是网络的使用者设计的（是设备提供商写死在设备中的） ，无法完全让管理员随心所欲地体现自己的意志，管理员不能清楚地知道发生了什么事情，自然我们就不能说这些软件（协议）定义了这个网络。而SDN中的软件可以完全是管理员所在的组织设计的，可以让管理员随心所欲地利用这些软件来规划自己网络中的任意转发行为，管理员完全通过这些软件来定义了整个网络，也就是所谓的“Software Defined Network” 。
说到这里，有人会问：我明白传统网络中的软件，是指各种协议和网管，那么SDN中的软件到底是什么？其实就是各种应用程序（Application） ，比如一套视频监控的管理软件，这个软件通过图形界面操作来控制交换机，规定哪个摄像头的数据要发送到哪个服务器去，走哪条路径。又比如一个防火墙控制软件，这个软件通过图形化操作界面来控制交换机，规定符合什么条件的数据报文要被送到监控服务器去进行深度分析。这些软件不一定都是要管理员去操作了才起作用，也可以是根据管理员预先配置好的策略动态去配置防火墙，比如某个应用程序设了个定时器，定时去让防火墙启动一个过滤器。还有更复杂的应用，比如网络虚拟化的自动化部署软件、流量工程中的自动化流量测试、路径规划软件等。这些软件有一个共同特点，它们可以不依赖于任何路由交换协议，而且是网络的用户可以定制设计的，可以用来实现自动化控制的，完全体现用户意志。从这个意义上说，SDN可以有一个等价的名字，也许这个名字更贴切，叫作ADN （Application Defined Network） 。事实上，已经有人在提这个名字了。如果你看到有人在跟你吹嘘ADN的概念，不要被忽悠了，本质上其实就是SDN，谁能说Application不是Software呢？
SDN并不是一个具体的技术（相比较而言OSPF、BGP、MPLS、Trill等都是一个具体的技术） ，它其实是一个框架，一种网络设计的理念。SDN框架中的网络，控制面和转发面必须是分离的，在转发面这一角度，它希望是协议行为无关的（尽管并不是所有人都这么认为） ，管理员的意志最重要，软件可以完全地体现管理员的意志，管理员通过它来控制转发行为，驱动整个网络流量。
除了上述的直接含义之外， SDN还有一些其他的潜台词。最广为人知的就是对硬件转发面配置接口的标准化（网管术语中的南向接口） ，因为如果软件想随心所欲地控制转发行为，就应该尽量不依赖于特定的硬件，否则软件就无法通用。还有一个潜台词则是集中控制，因为是应用程序定义的网络，该网络中的设备都需要受相关应用程序的统一控制。
另外还有一些跟SDN关系很紧密、但是并不必需的属性，比如硬件转发面的标准化（不是硬件配置接口，而是内部逻辑实现） ，比如开源等。对这些属性认知的不同，造成了不同标准组织和公司在行为上的差异，后面我们会详细介绍。
总结一下，目前一般比较认可的SDN的特征属性包括以下几点：
控制面与转发面分离。
开放的可编程接口。
集中化的网络控制。
网络业务的自动化应用程序控制。
其中前两点是SDN的核心属性，只要符合这两点，无论它具体用了什么样的实现技术，都可以宽泛地认为是SDN架构。理解到这一点，就可以抓住SDN的本质，可以在各种纷纭复杂的产品和方案宣传中透过现象看到本质。
注意，这里面并不包括硬件编程接口的标准化（但是必须要开放化） ，而硬件编程接口的标准化恰好是OpenFlow所刻意追求的方向（OpenFlow不仅要求编程接口要标准化，它更进一步，要求硬件内部转发行为也要标准化） 。这一点也是很多公司，特别是传统设备商跟OpenFlow的标准组织ONF之间严重的分歧之一。笔者认为，硬件编程接口甚至转发行为若能标准化，若能灵活可编程，肯定是好的，对网络的发展绝对是个助力。但是这不应该是现在就要追求的目标，现在为了稳步推进SDN的发展，应该先把目光聚焦到上述SDN的几个本质属性上，那才是SDN的重点所在。至于最终能否做到硬件编程接口标准化，笔者对此不报什么期望，尽管笔者也认为它挺重要。至于硬件转发行为的标准化，笔者对它更是不报什么期望，而且也认为其实不是那么重要。1.2 SDN不是什么
跟SDN相关的技术很多，后面我们会一一介绍，在这里只是先来做一下它们关系上的澄清。SDN就是SDN，它不是其他任何技术。
SDN不等于OpenFlow，SDN不等于网络虚拟化（Network Virtualization） ，SDN不等于网络功能虚拟化（NFV，Network Function Virtialization） ，SDN更不等于云计算或者大数据或者数据中心网络（这一点相信很多人都能理解） 。
但是更进一步， SDN不意味着一定要用OpenFlow，网络虚拟化/云计算/大数据/数据中心网络也不一定必须要用SDN。
一些初窥当前热点技术门径的人，还会听说过其他一些词汇，什么OpenStack，CloudStack，OVS，HyperVisor等，SDN跟它们也都没有任何直接关系。
SDN也不是一个网络协议，不是一个网管工具，如前所述，它仅仅是一种网络架构的理念，它规划了网络的各个组成部分（软件和硬件、转发面和控制面）及相互之间的互动关系。
本书的重点是SDN，虽然也涉及一些其他的技术，但是本书将不会花很多篇幅去介绍这些技术，要了解其他跟云计算、数据中心相关的技术，请参考别的资料，推荐徐立冰同学写的那本《腾云：云计算和大数据时代网络技术揭秘》 。1.3 SDN架构
说了这么多什么是SDN，不如用一张图来得直观。前面讲过了，SDN不是一项具体的技术，而是一种网络设计理念，一种网络架构，那这里我们就图解一下SDN架构，请看图1-1。图1-1
让我们具体来解释一下图1-1。
1．网络设备（Network Devices）
这里的网络设备其实可以抽象为转发面（Forwarding Plane或者另外一个名字Data Plane） ，它不一定是硬件交换机，也可以是虚拟交换机，比如OVS，当然也可以是别的物理设备，比如路由器。所有的转发表项，都存储在网络设备里面，用户数据报文在这里面被处理、转发。
网络设备通过南向接口Southbound Interface接收Controller发过来的指令，配置位于交换机内的转发表项，并可以通过南向接口主动上报一些事件给Controller。
2．南向接口（Southbound Interface）
南向和北向是传统网络中的术语，这里被借用过来。南向接口是指控制面跟数据转发面之间的接口，传统网络的南向接口并没有什么标准化，而且都存在于各个设备商的私有代码中，对外也不可见，也就是说既不标准也不开放。而在SDN架构中，希望南向接口是标准化的（当然这是个理想，未必能变成现实） ，只有这样，才能让软件摆脱硬件的约束，尽可能地做到随心所欲，做到应用为王，否则SDN到最后还是特定软件只能在特定硬件上运行。
从第2层开始向上，已经看不到硬件交换机和虚拟交换机的区别，看到的只是抽象的转发面。
我们注意到图1-1中在这一层有OpenFlow和Other API两种接口。这是因为目前OpenFlow是最有影响力的南向接口标准，但是并不是唯一的，有些公司和组织并不买账，准备或者已经另起炉灶。这对SDN的发展未必是坏事，尽管我们都希望最终看到有一个唯一的，大家都认可的标准出现，一统江湖，但是同样，这是一种理想，未必能实现，不要对此期望太大，后面我们会详细分析这个问题。
3．控制器（Controllers）
Controller也就是中文里面说的控制器，一个SDN网络里面的Controller可以有多个。Controller之间可以是主从关系（只能有一个主，可以有多个从） ，也可以是对等关系。一个Controller可以控制多台设备，一台设备也可以被多个Controller控制。通常Controller都是运行在一台独立的服务器上，比如一台x86 的Linux服务器或者Windows服务器。
Controller是SDN网络中的核心元素，是各个大公司都想抢占的制高点。因为它向上提供应用程序的编程接口，向下控制硬件设备，处于战略位置。从iOS、Android的火热程度大家就能知道为什么这些公司都要争夺Controller的市场。
4．北向接口（Northbound Interface）
传统网络里面，北向接口是指交换机控制面跟网管软件之间的接口，比如电信网络里面耳熟能详的SNMP、 TL1等标准协议。在SDN架构中，它是指Controller跟应用程序之间的接口，目前该接口尚无标准化，这也是一些标准组织所想推进的事情。但是这个事情绝对要比南向接口复杂得多，因为转发面毕竟是万变不离其宗，更容易抽象出通用接口，而应用层面则变数太多。
5．应用服务（Services）
Services也就是我们说的应用层面，之所以用Service而不是Application这个词，是因为Service比Application更能表达出网络的本质，是要为用户提供服务的，这里的Service就有很多了，包括load balancing（负载均衡） 、security（安全） 、monitoring（网络运行情况监测） 、performance management（包括拥塞、延时等网络性能的管理和检测） 、LLDP（拓扑发现）等很多服务。这些服务最终都以软件应用程序的方式表现出来，代替传统的网管软件来对网络进行控制和管理。它们可以跟Controller位于同一台服务器上，也可以运行在别的服务器上通过通信协议来跟Controller通信。
6．自动化（Automation）
自动化算不上一个层次，其实是对应用程序的封装和整合。它通常是跟Orchestration这个词一起出现的，甚至Orchestration比它出现的频率更高。本质上，两个词说的是同一回事，只是Automation是目的，Orchestration是手段。Orchestration是管弦乐、编排、和谐的结合的意思，实质上就是说把各种各样的技术糅合在一起，组成一个和谐一体的系统，共同来达到一个目的，就像管弦乐是把各种乐器组合在一起演奏出优美的曲子一样。这个Orchestration要达到的目的就是业务的自动化部署。
提到SDN，很多人都以为是用管理员手工配置代替了动态网络协议。代替动态网络协议没错，但是并不意味着一定要手工配置，可以通过强大的软件应用，让软件来自动帮管理员做事情。举个最简单的例子，让软件定期读取设备链路负载情况，自动生成链路负载曲线图，这中间会涉及多个应用和服务，被整合在一个系统管理框架里面。更复杂的软件系统则是云计算平台，通过将各种应用融合在一起，通过Controller来对资源进行控制，最终达到自动化业务部署的目的，这个云计算平台就可以认为是一个Orchestration系统。1.4 SDN发展历史
在介绍SDN发展历史之前，先介绍一下Clean Slate项目。
从1969年DARPA试验网开始，Internet已经走过了40多年。基于Ethernet和TCP/IP的Internet，由于它设计的松散性、简单性，获得了巨大成功，积累起了数量庞大的技术，用于解决在不同时期出现的不同问题。
与此同时，Internet也有很多与生俱来的缺陷，主要集中在可扩展性、安全性、移动性和QoS上。这些问题早已经被发现，技术专家们也发明了不少技术来尝试完全解决或者部分缓解这些问题，如无类域间路由CIDR、网络地址翻译NAT、MPLS、Traffic Engineering等，这些技术在不同程度上帮助整个Internet及各种私有网络一路发展到今天。但是中国有一句俗语叫“按下葫芦起来瓢” ，不管这些添砖加瓦的机制发展得多么完美，总是会有新问题出现，而且越来越难以解决，究其原因，这些技术都是在现有网络框架内进行修补的。现在有越来越多的研究者相信，重新定义网络架构也许是根本的解决方案，尽管也有很多人认为新的架构也许会有新的问题——至少笔者认为，肯定会有新的问题。
这种根本的方案，学术界形象地称之为Clean Slate方案，有点推倒重来的意思。这一次，他们希望尽可能地考虑当前的各种需求及未来可能的需求。
Clean Slate在互联网研究上有广义和狭义之分。广义上泛指各种各样的下一代网络（NGN）项目，如美国NSF （National Science Foundation）通过FIND （Future Internet Network Design）计划在学术界和工业界推动的GEN I（Global Environment for Network Innovations） ，欧盟在FP7（Seventh Framework Programme）的ICT方向下资助的FIRE（Future Internet Research and Experimentation） ，以及日本国家信息通信技术所（NICT）资助的AKARI项目和对应的下一代试验床JGN2+。狭义的Clean Slate则是由斯坦福大学Nick McKeown教授牵头的实验室研究计划。SDN就诞生于这个狭义的Clean Slate计划中。
SDN公认的发源地是美国斯坦福大学，它起源于校园网，发扬光大于数据中心。它的首创者是一个叫Martin Casado斯坦福研究生（确切地说是OpenFlow的首创者而不是SDN概念的首创者） 。 Casado之前曾在一家不具名的美国情报机构工作过，该机构的网络被他认为是有史以来最安全的计算机网络。但该网络的问题在于这个网络过于复杂，无论是建设还是维护都异常困难，一旦想要改动网络，就会带来一连串的问题。这个事情给Casado的触动很大，他觉得现在的网络架构到了需要变革的地步。他举了个例子，改动一台计算机就得进行8项不同的配置变更，一不小心就会出错，所以基本上这样的网络搭建好之后什么都不能动。
网络设备制造商不允许对硬件进行重新编程，代码都是直接写进交换机或者路由器的。因为大型设备商不可能允许代码开源，况且就算开源，那些网络设备的代码都复杂无比，一般人根本就不敢改动。这就给用户改造和控制网络带来了很大麻烦，因为设备商提供的控制接口再灵活，也总有不能满足的需求。
所以Martin Casado到了斯坦福大学研究生院后就开始着手建设一种灵活的、能够像计算机一样可编程的网络。 Casado领导了一个关于网络安全与管理的科研项目Ethane，并据此写了一片博士论文《一种名为Ethane的网络架构》 。这个Ethane项目属于Clean Slate计划的一部分。
了解Ethane项目有助于了解后面的OpenFlow以及SDN。这个项目是安全相关的，涉及一些安全策略。该项目试图通过一个集中式的控制器，让网络管理员可以方便地定义基于网络流的安全控制策略，并将这些安全策略应用到各种网络设备中，从而实现对整个网络通信的安全控制。其实SDN后续的发展也证明，安全领域是非常适合SDN部署的，因为安全领域本身强调配置管理而不是动态网络协议，也强调集中控制，这跟SDN的特点非常吻合。Casado同学凭借这个项目起步，慢慢地创下来一番事业，成了名副其实的高富帅（此是后话，暂且略过不表） 。但是作为SDN的鼻祖级人物，我们有必要贴一下他的帅照（图1-2） ，让大家瞻仰一下。图1-2
Casaso的导师就是大名鼎鼎的Nick McKeown。我们有必要在这里先介绍一下McKeown，介绍他不是为了猎奇，而是埋下一个伏笔，让大家知道现在McKeown花了很多时间在OpenFlow通用芯片模型设计上是有原因的，并非不自量力。McKeown在利兹大学拿到了本科学位，然后在著名的Hewlett-Packard公司工作了三年多。之后又跑去读书，在加州大学伯克利分校拿到了他的硕士和博士学位。他的博士论文题目是“Scheduling Cells in an Input-Queued Cell Switch” ，是关于Fabric（交换网）芯片的。毕业后短暂地在Cisco工作过一段时间，帮助GSR 12000路由器的系统架构设计（偏芯片） 。在1997年，他跟别人一起成立了Abrizio公司，他担任CTO。该公司在1999年以4亿美元的价格被PMC-Sierra公司收购。 2003年他又跟别人一起成立了Nemo Systems公司，他担任CEO，到了2005年该公司被Cisco以1250万美元收购。McKeown最广为人知的杰作是2007年跟Martin Casado、Scott Shenker一起成立的公司Nicira，该公司在2012年被Vmware公司以12.6亿美元的天价收购，被收购的时候公司甚至都没有赢利。鉴于McKeown是个帅哥以及他在SDN领域无与伦比的影响力，我们也给他上一张养眼帅照（图1-3） 。图1-3
McKeown对Casado的这个项目很重视，给与了很多指导。受此项目（及Ethane的前面的一个项目Sane）启发，Casado 和McKeow n（时任Clean Slate项目的Faculty Director）发现，如果将Ethane的设计更一般化，将传统网络设备的数据转发（data plane）和路由控制（control plane）两个功能模块相分离，通过集中式的控制器（Controller）以标准化的接口对各种网络设备进行管理和配置，那么将为网络资源的设计、管理和使用提供更多的可能性，从而更容易推动网络的革新与发展。但是他们并没有一开始就提出OpenFlow或者SDN的概念，而是着手开发一个名叫NOX的Controller，用来对网络中的交换机进行集中控制，OpenFlow其实是NOX的一个副产品，因为他们在使用NOX对交换机进行集中控制的时候发现，如果每台交换机能够对Controller提供一个标准的统一接口，那么控制起来会很容易，于是OpenFlow就诞生了。后来McKeown 等人于2008年在ACM SIGCOMM发表了题为OpenFlow: Enabling Innovation in Campus Networks（该论文下载地址为http://ccr.sigcomm. org/online/files/p69-v38n2n- mckeown.pdf）的论文，首次详细地介绍了OpenFlow的概念。该论文除了阐述OpenFlow的工作原理外，还列举了OpenFlow几大应用场景，包括：
校园网络中对实验性通信协议的支持。
网络管理和访问控制。
网络隔离和VLAN。
基于WiFi的移动网络。
非IP网络。
基于网络包的处理。
当然，目前关于OpenFlow的研究已经远远超出了这些领域。
基于OpenFlow为网络带来的可编程的特性，McKeown和他的团队（包括加州大学伯克利分校的Scott Shenker教授）进一步提出了SDN的概念。不过也有人说SDN的概念最早是由KateGreene于2009年在TechnologyReview网站上评选年度十大前沿技术时提出的。SDN入选2009年TechnologyReview十大前沿技术。图1-4是当年的TechnologyReview网站的截图，SDN技术位列第10名。图1-4
从SDN诞生的历史我们就可以看出，SDN最本质的特点就是控制跟转发的分离。本书后面章节会不断强调这一点，避免读者对SDN的理解进入误区（比如笔者就经常听到有人在讲没有标准的OpenFlow芯片，就没办法推行SDN，这是不理解SDN的表现） 。
斯坦福大学成立的一个OpenFlow特别工作小组负责撰写OpenFlow 1.0的标准，Casado同学是其中的主力。值得一提的是，这里面还有另外一个叫Guido Appenzeller的助教（Consulting Assistant Professor） ，他继Casado成立Nicira公司之后，也成立了一个公司，就是现在也很有名气的BigSwitch。按照现在BigSwitch官方网站的介绍，说他是Clean Slate实验室的负责人，带领一个团队开发了OpenFlow 1.0并开发了OpenFlow的参考交换机和NOX Controlle r（head of the Clean Slate Lab where he led the research team that developed the OpenFlow v1.0 standard and the reference switch and Controller implementations） ，真实情况如何，我们也不得而知。有意思的是，被Juniper以1.76亿美元收购的Contrail公司的CEO Ankur Singla也是斯坦福大学的学生，跟Martin Casado和Guido Appenzeller一起参与了OpenFlow项目（好像是负责NetFPGA的设计） ，关于Contrail公司以及本次收购，本书后面有详细介绍。该收购发生的时候，Contrail甚至一毛钱都没赚，SDN的火爆由此可见一斑。
很快OpenFlow技术引起了工业界的关注，很多公司相继参与进来，2011年3月21日，德国电信、Facebook、Google、微软、Verizon、Yahoo!发起成立了ONF（Open Networking Foundation）组织，旨在推广SDN，同时开始了OpenFlow的标准化工作。该组织陆续制定了OpenFlow Specification 1.1、1.2、1.3、1.4的标准（注意：OpenFlow 1.0在ONF成立之前就已经完成了） ，目前仍在继续发展完善中。随之更多的公司开始加入这个组织， ONF以及SDN的影响力迅速扩大。
很多公司都看到了其中的机会，也有很多公司看到了这场技术变革给自己带来的负面影响，伴随着利益之争，ONF之外的一些组织成立了，战争才刚刚开始。这场战争对有些公司来说是进攻战，有些是积极防御战，还有一些则是被动防御战。1.5 对SDN的误解
由于SDN目前还没有得到普及，仍处于生命前期，所以网上有很多对SDN的误解，这里我们做一下澄清。
误解一：SDN一定要使用OpenFlow协议来配置转发面
这可以说是最经典的误解了，以至于虽然前面我们已经做过了澄清，这里仍然要把它拿出来，并且列为首位。OpenFlow只是发展最早、目前影响力最大的南向接口，但是并不是唯一的，实际上，在写作本书的过程中，OpenDayLight已经提出了另外一些南向接口，包括现存的以及新定义的，如PCEP、 NETCONF、SNMP等，后面我们会详细讲到。
误解二：SDN要求硬件转发面的标准化
这只是OpenFlow的要求，并不是SDN的要求。实际上，目前很多厂商，包括某些标准组织都没有刻意去追求硬件转发面的标准化，尽管有些人确实在做这个工作，但至少这不是所有人的共识。哪怕是OpenFlow的标准组织ONF，目前也在考虑一种折中方案。
误解三：SDN设备可以代替所有设备
至少目前看来，这是极端不靠谱的说法，就算最激进的SDN鼓吹者也不会说这样的话。在笔者看来，第一，SDN并不是适合所有网络；第二，就算在适合的网络中，SDN也不能替换所有层次的设备。
误解四：SDN得到了所有厂商的支持
至少目前看来没有，有很多公司表面上看来挺积极，但是实际上他们是在被动前行而不是主动前进。举个不太恰当的例子，过年的时候很多人都去给领导送礼，其实这其中有相当一部分人认为送了也没什么用，但是如果不送，那就成异类了，落后了。很多厂商，特别是一些市场份额很大的设备商/芯片商就有这种心态。这很容易理解，因为他们的市场份额已经很大了，再折腾一次，也不会再大。但是他们不得不跟着折腾，因为万一别人做起来自己没跟上，市场份额就缩水了。看清楚这一点，可以更好地去解读一些公司的市场行为和宣传。
误解五：SDN是设备商发起的
这个问题不能说有误解，而是说很多人可能没去想过这个问题，但是这个问题很重要。Internet发展的这40多年来，基本上绝大多数的新技术都是设备制造商提出和引导的，包括IETF、IEEE、ITU的各种标准，但是SDN不同，SDN的提出者和最初的推动者都是网络设备的用户而不是网络设备制造商（当然现在在利益驱动下，厂商都参与进来并开始引领潮流） 。这一点非常重要，我们后面会多次提到这个问题，这决定了利益导向。
误解六：SDN主要用在数据中心网络
应该说，SDN之所以能迅速崛起，主要的驱动力来自于数据中心，更准确地说，是来自于数据中心中的网络虚拟化。如果没有网络虚拟化，数据中心跟其他网络对SDN而言没啥区别。而随着SDN的发展，人们发现很多别的网络，包括运营商、企业局域网、无线网络、安全领域等都适用。
误解七：SDN Controller都是集中式控制
集中式控制会有可扩展性问题，所以集中式控制的Controller只适合中小型网络。对于大型网络，需要分布式控制，即多个Controller协同工作，每个Controller负责网络的一部分，彼此之间又有协调。还可能有混合式控制（局部集中、全局分布） 。
误解八：SDN设备需要特殊的SDN芯片支持
经常听到有人在说什么OpenFlow芯片、SDN芯片，作为一个芯片设备商里面的资深技术人员，笔者可以明确地告诉大家，至少目前市场上还没有专门用于OpenFlow/SDN的ASIC商用芯片。SDN强调转发面和控制面的分离，接口的标准化，但是并不意味着必须用特殊芯片。只不过，如果芯片方面能够针对SDN的需求进行创新定制，会更好地支持SDN，目前我们有充分的理由相信各个芯片厂商都已经有所动作了。但是在没有专门的芯片之前（也许永远都不会有所谓的“专门”芯片，只会有针对SDN优化过的芯片） ，设备商仍然可以对传统芯片进行包装配置，向上提供出部分符合SDN需求的南向接口。
误解九：SDN设备都是靠静态配置的
前面讲过了，SDN设备是应用程序通过Controller来配置的，这些应用程序完全体现了管理员的意志，但是可以是自动运行的，并不一定都要静态配置。比如仍然允许路由协议在Controller之上运行，计算的结果通过Controller下发送到交换机。
误解十：SDN只适用于交换机
应该说目前大多数人谈论SDN的时候，主要谈论交换机，毕竟与SDN密切相关的OpenFlow标准是专门针对交换机的，而且SDN也起源于OpenFlow交换机。但是实际上，SDN的核心理念是转发面和控制面分离，软件定义网络，它并不局限于交换机，也就是说SDN的理念完全可以用于路由器、防火墙、无线产品等一切可以用来组建网络的设备。1.6 不该被遗忘的SDN先烈
Casado、Mckeown等人其实并不是最早提出控制面跟转发面分离的人，早在2004年，Intel、北得克萨斯大学、Nokia公司的科研和技术人员就一起提出了一个RFC 3746 Forwarding and Control Element Separation （ForCES）Framework，只是这个RFC一直处于Informational状态（表示公而告知，并不算是正式被Internet社区广泛认可的标准） 。在这个RFC里面，他们首次公开提出了控制面和转发面分离的概念，以及一个网络框架，在这个框架里面已经有现在SDN的雏形了，但是这个RFC并没有定义具体的实现标准。
到了2010年，浙江工商大学、吕勒奥理工大学、IBM、Intel、Nokia、Znyx的科研和技术人员又提出了一个新的RFC 5810 Forwarding and Control Element Separation（ForCES）Protocol Specification，在这个新的RFC里面，他们实现了一个类似于OpenFlow的协议标准，目前这个RFC已经变成了Standard Track状态（表示已经得到认可，成为正式标准） 。据说浙江工商大学的相关科研人员早在2003年前后就已经开始这方面的研究了。有中国的机构/公司参与制定的RFC标准真的是屈指可数。
可惜的是ForCES无论是之前还是现在，都没有什么影响力，笔者也只是看到在Nick Mckeown的一个论文里面提了一下，这是名副其实的先烈。之所以成为先烈，主要原因是当时的网络环境还不成熟，网络用户没有足够的动力去做网络创新。另外一个原因估计是这个RFC的制定者没有斯坦福大学的人这么能折腾。此外，大家难道不觉得OpenFlow/SDN这两个名字比ForCES要响亮得多，且表意性更强吗？所以给一个技术起一个好的名字是多么重要啊！第2章 我们为什么需要SDN2.1 网络业务发展趋势
每一种新技术的出现都是因为网络业务需求发生了变化，所以要理解一种新技术，一定要首先去理解业务需求发生了怎样的变化。 SDN的出现，也不外如此。所以首先就让我们来看看网络业务需求在近几年发生了什么样的变化。
全球化竞争的压力迫使各个企业和组织要不断利用技术创新来提高自己的竞争力，这些技术包括但不限于服务器虚拟化、存储虚拟化、云计算以及相配套的一些自动化工具和业务流程化工具，通过对这些工具的使用来加速产品推出时间和提高服务质量，从而扩大自己的竞争优势。这个过程中，IT技术不断演进、转变，来适应这种需求。
IT技术的这种演进和转变无论从云服务提供商、电信运营商还是企业网来看都在显著地发生着。比如数据中心里面的多租户环境的创建，从应用的角度来看很好、很强大，带来了很多好处，但是不可否认也很复杂，给早已不堪重负的传统网络架构带来了沉重的压力，传统的网络架构其实已经很难适应这种新的需求，但是今天的很多数据中心仍然在传统架构的基础上步履维艰地勉强支撑着，落后的网络架构已经拖了业务发展的后腿。为了进一步看清楚这些问题，我们需要来分析一下影响数据中心/企业网的一些显著的变化趋势：
数据中心的合并。现在越来越多的企业减少自己内部网络的投入，将部分网络或者全部网络都移到了公有云提供商处，可以认为越来越多的企业自己的中小数据中心被合并到了一个很大的数据中心，对这些大的数据中心来说，意味着有更多的设备、更复杂的布线和更多的网络流量。
服务器虚拟化。为了充分利用资源，降低成本，并且减少宕机事件，越来越多的数据中心里面部署了服务器虚拟化，大量的虚拟服务器和用于访问它们的虚拟网络被广泛地集成到了物理网络基础架构中。研究数据表明，服务器虚拟化是未来一两年来IT部署和管理领域的12大高优先级事件图2-1）之一，排名第三。如何来有效地管理这些数量巨大的虚拟机和虚拟网络是一个很大的问题。
新的应用架构。数据表明，现在有超过60%的组织正在大量部署基于服务和基于Web的应用，这些应用促使数据中心要创建大量服务器到服务器之间的通信连接，而且也要求不同应用之间要相互隔离。数据中心从传统的基于数据转发的模式转换到了基于服务的递交模式，这使得数据中心变得更趋向于动态、复杂，传统的网络架构不再适合。
云计算。事实上，云计算是近几年IT领域发展最迅速的技术。它要求企业能够用更加敏捷有效的技术来快速响应云计算业务需求，也对网络架构提出了新的需求。
BYOD。BYOD是Bring Your Own Device的意思，就是说现在有越来越多的员工携带自己的IT设备到公司上班，包括笔记本、PAD、智能机等，这给现有企业无线网络的流量、安全、管理带来了更大的压力。图2-1
总结一下就是，网络业务的发展要求管理员能够管理越来越复杂的网络和设备，部署各种各样复杂的应用，以及应对越来越大的数据流量，这样，如何能够方便快捷地部署和管理这些应用、设备、网络，减少操作失误和操作时间，减少网络故障概率和恢复时间，就变得尤为重要。以上变化趋势主要发生在数据中心、大型企业网内部、运营商，特别是数据中心。所以说是数据中心激发了SDN的兴起（只不过后来延伸到了更广阔的领域） 。2.2 传统网络碰到了瓶颈
当更多小的企业网数据中心合并到更少的但是更大更复杂的网络中去，更多的服务器和应用模型开始部署，更多的员工带各种各样移动设备到企业网中去，传统的网络越来越不堪重负，管理员不得不疲于奔命来应付这些问题。
为什么会存在这样的问题？因为传统网络中都是一个设备一个设备地去管理的，而且管理员对网络中发生的很多事情不可见，网络里面有很多各种各样不同厂家的设备，很难有一个统一的管理平台，有时候出现了新的业务需求，要求对网络中的部分设备进行改动，但是很多时候哪怕是改动一个命令都不可能，因为设备对管理员来说是个黑盒子。不仅设备本身是黑盒子，就网络而言，转发路径都是通过动态协议计算的，管理员很难去知道某个业务的报文走了哪条路径，也比较难去搞清楚哪里发生了拥塞，是不是有更优的路径存在。而且如果有，也很难快速把这个业务切换到更优的路径上去，因为路径不是管理员指定的，而是协议计算出来的。网络里面涉及很多各种各样的协议，还有一些是厂家私有的，管理员很难去把这些知识都学会，这也导致了网络出问题的时候管理员难以定位。基于网络拓扑的自动化业务部署就更加无从谈起。
管理员每天把大量时间放在维护网络、升级设备、管理新的入网设备等网络运营维护的工作上，根本没时间来进行网络创新，这样很容易形成恶性循环。对大型网络来说，最需要关注的并不是一次性设备成本，而是运营成本。图2-2是研究机构的一份调查报告，里面列举了网络管理员最常碰到的一些问题。图2-2
这些问题所带来的最常见的直接影响就是，网络中要部署一新业务的时候，通常要历时很长。少则一个月，长则三个月甚至半年。所以企业为了部署新业务，不得不经常做的一个事情就是升级网络，一年，半年甚至一个季度就要升级一次。
总而言之，传统网络架构在新的形势下，已经达到了它能力的极限，变成了业务发展的瓶颈（主要是大中型网络以及需要转型的网络） 。2.3 SDN如何来解决这些问题
很多人尝试了多种不同的方式来解决现有网络中的这些问题。 SDN是其中之一，是目前看来最被认可的、影响力最大的一种方式。
SDN解决这些问题的核心是改变传统网络对数据流进行控制的方式。在传统网络中，报文从源转发到目的的过程中，报文的转发行为是逐条独立控制的，独立地进行配置，有自己特定的处理能力和配置方式，这种控制是完全分布式的，如图2-3所示。图2-3
而SDN则通过把每台设备的控制面从设备里面剥离出来，放到一个统一的外部服务器，由这个服务器通过统一的指令来集中管理转发路径上的所有设备，这个集中控制器知道所有必需的信息，而且这个控制器可以通过提供开放的API被上层应用程序通过编程控制。这样可以消除大量手动配置的过程，引入灵活性，增加管理员对全网的整体视图，提高业务部署的效率。
比如在网络虚拟化中，当要增加一个新的租户或者为一个租户增加一个新的虚拟机的时候，通过云计算管理平台（比如OpenStack或者CloudStack） ，只要管理员把该租户或者虚拟机的属性填写好，云计算平台管理平台自动计算所有需要的资源和配置，对涉及的网络资源部分，可以在内部通过调用Controller的API，自动配置到需要配置的交换节点上。而如果没有SDN，那么云计算平台需要发现每台设备的能力和配置方式，针对每台不同类型的设备都要提供不同类型的
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]