軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，一般認(rèn)為是Software Defined Networking）在數(shù)年前興起，并迅速引起了軟件定義的風(fēng)潮，將軟件定義的理念應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，如：軟件定義計(jì)算（SDC，Software Defined Compute）、軟件定義存儲(chǔ)（SDS，Software Defined Storage），還有軟件定義數(shù)據(jù)中心（SDDC，Software Defined Datacenter）、軟件定義環(huán)境（SDE，Software Defined Environment）等等等等。

　　為什么軟件定義的概念首先在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域得到應(yīng)用呢？網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算、存儲(chǔ)不同——實(shí)際上，計(jì)算和存儲(chǔ)非常相像，稍微大型的存儲(chǔ)設(shè)備都需要一定的運(yùn)算能力來(lái)實(shí)現(xiàn)相當(dāng)部分（如果不是所有部分的話）的存儲(chǔ)功能，因此它們的架構(gòu)實(shí)際上有很多相似的部分，這也是融合系統(tǒng)乃至超融合系統(tǒng)得以很快實(shí)現(xiàn)的原因：本質(zhì)上我們的（計(jì)算）服務(wù)器和存儲(chǔ)服務(wù)器沒(méi)有區(qū)別。

　　實(shí)質(zhì)上說(shuō)，所有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都是在硬件上運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，然而在過(guò)去數(shù)十年來(lái)，不管是硬件上，還是在軟件上，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的互操作性都很低，不同公司的產(chǎn)品具有不同的設(shè)置界面/命令行，而即使是同一公司的產(chǎn)品，不同的產(chǎn)品線可能也會(huì)具有不同的操作系統(tǒng)乃至操作界面。曾幾何時(shí)，配置網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身就形成了一個(gè)職業(yè)：網(wǎng)絡(luò)管理員。有些糟糕的是，過(guò)去了這么多年，即使是最新的設(shè)備，也仍然需要使用效率低下的配置方法，至多是提供了載入配置文件的手段。-

　　隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的變大，網(wǎng)絡(luò)規(guī)模也在變大，而網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的難以應(yīng)用和管理顯然是一個(gè)限制。而SDN——軟件定義網(wǎng)絡(luò)——最早就是為了解決這個(gè)配置的問(wèn)題：通過(guò)一個(gè)集中的控制器，管理著多個(gè)特殊的交換機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制、管理的功能。SDN架構(gòu)最早的設(shè)想是用于網(wǎng)絡(luò)安全領(lǐng)域，后來(lái)擴(kuò)展到通用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備領(lǐng)域，并發(fā)展為OpenFlow規(guī)范。不管是原始的OpenFlow，還是后來(lái)興起的OpenDaylight、NFV或者ONSOS，這些典型的軟件定義網(wǎng)絡(luò)都具有相似的架構(gòu)，它們都將網(wǎng)絡(luò)劃分為三個(gè)名字可能有所不同但功用相似的平面：Data Plane（數(shù)據(jù)平面）、Control Plane（控制平面）和Application Plane（應(yīng)用平面），并在控制平面實(shí)現(xiàn)集中式的控制器，從而提供給用戶(hù)一個(gè)快速的、統(tǒng)一的、方便的配置管理界面，更進(jìn)一步地，通過(guò)控制平面提供的API，用戶(hù)可以在應(yīng)用平面進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從而實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)控制。

　　顯而易見(jiàn)，全自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò)配置和管理相對(duì)以往的命令行或者尋常的GUI配置方式是一個(gè)巨大的進(jìn)步。在出現(xiàn)之后，只經(jīng)過(guò)了數(shù)年，SDN就迅速成為了一股浪潮。到2014年為止，大部分傳統(tǒng)的廠商也已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)SDN相關(guān)的設(shè)備，并且很多軟件廠商也開(kāi)始進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)——主要是Hypervisor廠商，因?yàn)镠ypervisor可以和虛擬交換機(jī)vSwitch結(jié)合，從而掌握了網(wǎng)絡(luò)與計(jì)算之間的邊界，可以很容易通過(guò)SDN實(shí)現(xiàn)復(fù)雜靈活的網(wǎng)絡(luò)功能。

　　軟件定義網(wǎng)絡(luò)將更強(qiáng)大的計(jì)算屬性引入了網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域。在之前，網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算設(shè)備（服務(wù)器）、存儲(chǔ)設(shè)備（存儲(chǔ)控制器/服務(wù)器）不一樣，從外觀上看，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有較大的硬件成分屬于網(wǎng)絡(luò)接口，并且，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備最基本的功能就是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸。因此，對(duì)IO的性能、延遲要求比較高，因此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品傾向于使用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能。通常，在不考慮SDN的情況下網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的芯片內(nèi)部都會(huì)劃分Data Plane（數(shù)據(jù)平面）和Control Plane（控制平面），如加密等功能通過(guò)各種額外的數(shù)據(jù)平面硬件模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)，對(duì)應(yīng)的控制平面則采用較弱的RISC架構(gòu)CPU，如網(wǎng)絡(luò)芯片中曾占據(jù)統(tǒng)治地位的MIPS架構(gòu)，以及現(xiàn)在家用芯片上盛行的ARM架構(gòu)，和偶爾可以看到的PowerPC架構(gòu)，還有一些廠商專(zhuān)有的架構(gòu)。一般來(lái)說(shuō)網(wǎng)絡(luò)分層中越處于高層協(xié)議的設(shè)備，其CPU就會(huì)越強(qiáng)，因?yàn)樾枰�的控制邏輯�?huì)越多，簡(jiǎn)單的L2交換機(jī)對(duì)CPU的需求很低，而處于L1的中繼器干脆就是個(gè)純硬件設(shè)備。

　　總體來(lái)說(shuō)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是偏向數(shù)據(jù)包收發(fā)功能的硬件設(shè)施，到了軟件定義時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要更多的計(jì)算能力來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件部分的功能，也就是更偏向控制邏輯部分，例如要實(shí)現(xiàn)SDN架構(gòu)的南向API，在ONF中就是OpenFlow，在OpenDaylight中則更復(fù)雜，有OpenFlow，也有NETCONF/YANG等等，還要實(shí)現(xiàn)通過(guò)南向API接受SDN控制器發(fā)來(lái)的指令，總之，SDN中，即使是處于Data Plane的交換機(jī)等設(shè)備相比以往也需要更強(qiáng)大的計(jì)算能力，而處于Control Plane中的SDN控制器干脆就是一個(gè)（或者一組）運(yùn)行在服務(wù)器上的虛擬機(jī)。

　　軟件定義網(wǎng)絡(luò)提供了一個(gè)使用通用服務(wù)器代替舊有的專(zhuān)用硬件的機(jī)會(huì)。軟件定義網(wǎng)絡(luò)并未要求數(shù)據(jù)平面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一定要運(yùn)行在通用服務(wù)器上，不過(guò)使用通用服務(wù)器的好處就在于，它和計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器可以是沒(méi)有什么區(qū)別的，或者甚至就是一樣的，因此它的成本可以相當(dāng)?shù)�，不管是CAPEX還是OPEX。通用服務(wù)器可以提供所需要的強(qiáng)大計(jì)算能力，來(lái)充分滿(mǎn)足Control Plane層的需要。在現(xiàn)下一些完全虛擬化的環(huán)境當(dāng)中，SDN的Data Plane通過(guò)虛擬交換機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，實(shí)質(zhì)上運(yùn)行于Hypervisor當(dāng)中，Control Plane就是一臺(tái)虛擬機(jī)，VMware vSphere/NSX、Hyper-V/Hyper-V vSwitch和KVM/Open vSwitch的方案都是一樣，大部分的較為復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)功能都由通用的服務(wù)器擔(dān)當(dāng)了，需要的僅僅是一些二層的接入交換機(jī)。

　　采用通用服務(wù)器的另一個(gè)好處是開(kāi)發(fā)很簡(jiǎn)單，這牽涉到了生態(tài)系統(tǒng)的問(wèn)題，生態(tài)系統(tǒng)越大，那么開(kāi)發(fā)成本（包括人員費(fèi)用）、維護(hù)成本以及管理都比專(zhuān)有系統(tǒng)要低。

　　通過(guò)在《數(shù)據(jù)中心2013：硬件重構(gòu)與軟件定義》對(duì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的介紹，SDN可以讓網(wǎng)絡(luò)更加靈活、易于管理已經(jīng)沒(méi)有疑問(wèn)了，使用通用服務(wù)器做Control Plane也已經(jīng)成為了廣泛的現(xiàn)實(shí)，但最關(guān)鍵的問(wèn)題還有一個(gè)：數(shù)量龐大的Data Plane設(shè)備。Data Plane需要性能，專(zhuān)有系統(tǒng)是為了專(zhuān)門(mén)的目的設(shè)計(jì)和優(yōu)化的，通用的系統(tǒng)則要面對(duì)著更廣泛的應(yīng)用，實(shí)際上是一個(gè)對(duì)“通用”這個(gè)目標(biāo)做的專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)。例如，在四五年前，X86被認(rèn)為不適用于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)當(dāng)中的Data Plane部分，因?yàn)槠銲O能力很受限制。這有指令集的緣故，也有內(nèi)存接口、IO接口以及內(nèi)部處理邏輯的緣故。

　　但是情況很快有了變化，從Nehalem-EP（至強(qiáng)5500）開(kāi)始，英特爾的服務(wù)器處理器開(kāi)始集成內(nèi)存控制器，從而提升了對(duì)IO的處理——因?yàn)镮O的處理牽涉到很多DMA（直接內(nèi)存存�。�，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)包的處理可能需要經(jīng)過(guò)多次存取內(nèi)存，因此這個(gè)改動(dòng)提升了性能。到了Sandy Bridge-EP（至強(qiáng)E5），處理器開(kāi)始對(duì)PCI Express總線進(jìn)行了集成，并將PCI Express總線升級(jí)到速率達(dá)8GT/s的3.0規(guī)范，這個(gè)特性被稱(chēng)為Integrated I/O，這大幅度提升了IO性能，到了此時(shí)，使用x86平臺(tái)搭建的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始變得多了起來(lái)。

　　但更重要的還是在于一套開(kāi)發(fā)軟件：英特爾數(shù)據(jù)平面開(kāi)發(fā)套件（Intel Data Plane Development Kit，即Intel DPDK），里面提出了很多改進(jìn)x86平臺(tái)在Data Plane數(shù)據(jù)平面的性能的做法，例如Polling模式，Cache管理等等，人們忽然發(fā)現(xiàn)，x86的Data Plane性能其實(shí)也很可觀，現(xiàn)在已經(jīng)有如6WIND等的公司在DPDK平臺(tái)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能的開(kāi)發(fā)。

　　軟件定義網(wǎng)絡(luò)并未要求使用通用服務(wù)器，但是使用通過(guò)用服務(wù)器是降低成本、更快速地建立軟件定義網(wǎng)絡(luò)生態(tài)環(huán)境的方法，在性能方面，DPDK這樣的思路已經(jīng)解決了很多問(wèn)題，但還有更多的問(wèn)題等待著去解決，本年度的數(shù)據(jù)中心技術(shù)研究報(bào)告中，將會(huì)對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的探討。