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2006 年，美國(guó)斯坦福大學(xué)啟動(dòng)了一個(gè)名叫 Clean Slate 的研究課題。該課題由美國(guó) GENI 項(xiàng)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(dāng)時(shí)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(zhuān)用局域網(wǎng)絡(luò)，變成了空前龐大和復(fù)雜的世界級(jí)網(wǎng)絡(luò)。
網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的持續(xù)擴(kuò)張，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的不斷增加，超過(guò)了早期設(shè)計(jì)的承受能力，也使得網(wǎng)絡(luò)維護(hù)變得舉步維艱。
于是，專(zhuān)家們開(kāi)始探討未來(lái)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(xiàng)目和 Clean Slate 課題，就是這些嘗試之一。
2007 年，斯坦福大學(xué)博士生 Martin Casado 等人提出了關(guān)于網(wǎng)絡(luò)安全與管理的項(xiàng)目——Ethane。
該項(xiàng)目試圖通過(guò)一個(gè)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(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的安全控制。
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2008 年，Clean Slate 課題的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，斯坦福大學(xué)教授 Nick McKeown 及其團(tuán)隊(duì)，受到 Ethane 項(xiàng)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
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OpenFlow，字面意思就是“開(kāi)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(gè)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(jiǎn)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(guò)無(wú)數(shù)的節(jié)點(diǎn)（例如路由器、交換機(jī)），將數(shù)據(jù)從起點(diǎn)傳送到終點(diǎn)，這就是網(wǎng)絡(luò)的基本功能。
數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，各節(jié)點(diǎn)不斷接收和轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包?？刂曝?fù)責(zé)下命令，轉(zhuǎn)發(fā)負(fù)責(zé)干活。然而，考慮到安全冗余等因素，現(xiàn)實(shí)中的網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)不會(huì)是一條直線(xiàn)那么簡(jiǎn)單。它會(huì)是一個(gè)復(fù)雜的拓?fù)浣Y(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(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立工作的，內(nèi)部管理命令和接口也是廠商私有的，不對(duì)外開(kāi)放。
每個(gè)節(jié)點(diǎn)，都在說(shuō)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(jì)可能是統(tǒng)一的，但“戰(zhàn)術(shù)層面”的執(zhí)行卻是復(fù)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(gè) SDN 控制器節(jié)點(diǎn)，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(jí)節(jié)點(diǎn)，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(jiǎn)單。管理者只需要像配置軟件一樣，進(jìn)行簡(jiǎn)單部署，就可以讓網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)新的路由轉(zhuǎn)發(fā)策略。（如果是傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都需要單獨(dú)配置。）
除了簡(jiǎn)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(shuō)，控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離之后，借助規(guī)范化的 API 接口，用戶(hù)可以通過(guò)編寫(xiě)軟件的方式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理。整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，就像個(gè)完整的機(jī)器人一樣可供驅(qū)使。
我們具體來(lái)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(gè)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(jìn)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(jìn)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(duì)來(lái)說(shuō)比較好搞，麻煩的是南向接口及其協(xié)議。因?yàn)樗苯佑绊懙?SDN 控制器的命令能否準(zhǔn)確下達(dá)到無(wú)數(shù)的底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。
因此，SDN 技術(shù)的發(fā)展史，簡(jiǎn)而言之，就是圍繞 SDN 控制器和南向接口的“王位爭(zhēng)奪史”。
在 SDN 被提出之后，第一個(gè)控制器平臺(tái)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(gè)對(duì) SDN 影響深遠(yuǎn)的組織，那就是 ONF（Open Networking Foundation，開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)）。
ONF 的主要發(fā)起成員是德國(guó)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(yùn)營(yíng)商，沒(méi)有一個(gè)是來(lái)自設(shè)備商的。他們成立 ONF 的目的，是為了推動(dòng) SDN 和 OpenFlow 協(xié)議的發(fā)展。他們不希望 SDN 這個(gè)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(qián)工具。
上述發(fā)起人里面，最值得一提的是 Google。
如果說(shuō) Nick Mckeown 教授是點(diǎn)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(dāng)看到 SDN 之后，Google 確認(rèn)，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(kāi)始將數(shù)據(jù)中心與數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)路連線(xiàn)（G-scale），轉(zhuǎn)換成 SDN 架構(gòu)。整個(gè)改造分為三個(gè)階段。到了 2012 年，整個(gè) 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(gè)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(wú)疑問(wèn)是令人震撼的，也堅(jiān)定了行業(yè)對(duì) 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(xì)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(duì) SDN 和 ONF，設(shè)備商當(dāng)然也不能無(wú)動(dòng)于衷。
2013 年 4 月 8 日，在 Linux 基金會(huì)的支持下，作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商的領(lǐng)導(dǎo)者，Cisco 與 IBM、微軟等公司一起，發(fā)起成立了開(kāi)源組織 OpenDaylight，共同開(kāi)發(fā) SDN 控制器。
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ODL 的發(fā)起公司有：IBM、微軟、Big Switch、博科、思杰、戴爾、愛(ài)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(duì) SDN 進(jìn)行“重新定義”。
也就是說(shuō)，OpenDaylight 強(qiáng)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(shí)，OpenDaylight 還強(qiáng)調(diào)，應(yīng)該用分布式的控制平臺(tái)，取代單實(shí)例的控制器。這樣可以管理更大的網(wǎng)絡(luò)，提供更強(qiáng)勁的性能，還能增強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性。
OpenDaylight 成立之后，成員數(shù)量增長(zhǎng)迅速。但實(shí)際上，各個(gè)成員都有自己的小算盤(pán)。
Cisco 就不用說(shuō)了，作為 OpenDaylight 項(xiàng)目的牽頭人，它主導(dǎo)了其中大部分項(xiàng)目的開(kāi)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(duì)應(yīng)的開(kāi)源版本 Floodlight。Juniper 推出的是 Contrial 以及對(duì)應(yīng)的開(kāi)源版本 OpenContrial。
總而言之，這一時(shí)期各種各樣的 SDN 控制器處于百家爭(zhēng)鳴的狀態(tài)，發(fā)展勢(shì)頭一片大好。
當(dāng)時(shí)比較主流的幾種 SDN 控制器
仗著人多勢(shì)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(fēng)光無(wú)限的時(shí)候，又殺出了一個(gè)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(duì) OpenDaylight 發(fā)起了強(qiáng)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(lái)的呢？ON.Lab 全名是 Open Networking Lab（開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室），最初是由 Parulkar 和 Nick McKeown 共同成立的。沒(méi)錯(cuò)，就是提出 SDN 的那個(gè) Nick McKeown 教授。
On.Lab 的某些職能和 ONF 很類(lèi)似。2016 年 10 月 19 日，兩個(gè)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(jìn)行了十多年的明爭(zhēng)暗斗，并最終形成了現(xiàn)在的局面。
從趨勢(shì)來(lái)看，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)的概念深入人心，是大勢(shì)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(lái)，隨著網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，SDN 控制器肯定會(huì)繼續(xù)往分布式的方向發(fā)展?？刂破髦g的分工協(xié)作會(huì)更加深入，甚至可能出現(xiàn)集群。控制器也會(huì)引入 NFV 虛擬化技術(shù)，與 OpenStack 等云平臺(tái)進(jìn)行整合。
好啦，關(guān)于 SDN 的大致發(fā)展過(guò)程，就介紹到這里。SDN 的演進(jìn)并沒(méi)有結(jié)束，圍繞 SDN“正主”地位的爭(zhēng)奪也沒(méi)有結(jié)束。最終誰(shuí)將主導(dǎo)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)？讓我們拭目以待！
