姓名：张安琪 学号：17021211235
转载自：https://www.leiphone.com/news/201706/kxqnZBB4PMh4dDlY.html，有删节。
【嵌牛导读】：本文主要分析软件定义网络的方式，以及它对5G网络的影响。
【嵌牛鼻子】：5G、SDN
【嵌牛提问】：“软件”是如何定义“网络”的呢，对“5G网络”又有什么影响呢？
【嵌牛正文】：
SDN的起源：分布式还是集中式？
谈到SDN，业内人士必然会提及“转发、控制分离”。实际上，SDN的本质一语便可道破：SDN没有另起炉灶，只是重构了传统网络而已。
从互联网的鼻祖APRANET开始，传统网络就采用了分布式架构，通过一系列网络协议传递可达信息。一传十，十传百，从而实现互联互通。这种结构最显著特点就是转发、控制合二为一：各节点决定自己的转发规则；一旦有节点损坏或有新的节点加入，各节点通过网络协议重新学习、收敛，再次实现互通。
ARP：地址解析协议，通过IP地址获取主机MAC地址
OSPF：开放式最短路径优先，用于一个自治域内的一种基于链路状态的路由协议
RIP：路由信息协议，用于一个自治域内的一种基于距离矢量的路由协议
BGP：边界网关协议，用于不同自治域间交换路由信息
传统网络
这种“各自为政”的方式看似不错，既能抵御部分节点失效的风险，又具有一定的可扩展性。但是，随着互联网的飞速发展，尤其是云计算、大数据等新兴技术的出现，传统网络的瓶颈也逐渐显现，比如：每个节点自主决定转发规则，缺乏整体观念；制定新的网络协议耗时过长等。
为应对上述问题，一些公司从上世纪90年开始尝试将转发和控制进行分离。SDN一词的创立和风靡则归功于斯坦福大学的Nick McKeown教授，其推动的OpenFlow几乎已成为实际的南向接口标准。
SDN的网络架构分为三层，从下至上分别是转发面，控制面和应用层。控制面向下的接口为南向接口，负责配置、修改转发规则，其主流标准就是前文提及的OpenFlow。控制面向上为北向接口，为网络应用提供API，实现网络的定制化，目前尚没有开放的标准化接口。
SDN网络
SDN的现状：精耕细作还是遍地开花？
自从ONF （Open Networking Foundation，主要推进SDN和OpenFlow的标准化）于2011年成立以来，SDN基本上朝着两个维度发展：一个维度是SDN关键组件，包括转发面、控制面和南向接口的演进；另一个则是向其它应用领域的延伸。
转发面
由于是对传统网络的重构，转发面的最初形态自然与传统网络设备类似。随着数据中心和网络虚拟化的兴起，软件作为一种新的转发面开始出现，代表之一是开源社区的Open vSwitch。值得一提的是，与DPDK（由英特尔联合第三方软件开发公司推出的一款数据面开发套件）结合之后，Open vSwitch在某些应用场合展示了优异的线性交换能力，逼近硬件的性能，而软件在可重配可扩展方面的潜力却是硬件无法比肩的，具有非常广阔的应用前景。
控制面
作为SDN的中枢大脑，控制面根据网络运营商定义的策略配置网络拓扑和转发规则。比较著名的控制器有OpenDayLight（目前成熟度最高的开源平台）和ONOS（面向运营商领域，在集群、可靠性和性能方面做了增强）。
南向接口
南向接口的发展基本上呈现OpenFlow一枝独秀的局面。OpenFlow以流表作为配置对象，流表定义了对报文的基本处理，包括匹配（match）、计数（counter）和操作（action）等。高度抽象和易于实现是OpenFlow取得成功的关键 。
应用领域延展
在数据中心取得成功后，SDN开始被应用到其它领域。被5G网络架构采用是SDN发展史上的又一重要里程碑（虽然3GPP将会定义新的南向接口）。在4G/LTE设计之初，由于业务不丰富以及用户的数据需求不高，分组核心网被设计成以下架构。从接入网涌入的数据统一汇入服务网关（S-GW）和分组数据网关（P-GW）。
4G/LTE网络架构
随着VR/AR，无人驾驶，无人机集群等新应用和新服务不断涌现，用户对数据获取不仅在量（即带宽）上要求更高，在质（即时延）上也提出了明确的要求。LTE的这种架构已经明显阻碍了新应用和新服务被采用。为了应对这些挑战，3GPP遵循SDN“转发、控制分离”这一基本原则，在设计5G网络架构时做出重大改变：数据面下沉+控制面集中。
5G网络架构
在LTE时代，分组核心网关的数量屈指可数，而5G则会大量采用分布式网关（即上图中的UPF）。我们在软件交换机Open vSwitch的基础上，增加了无线分组数据（主要是GTP-U隧道）的封装、解封装、转发以及其它网关功能，完成了业界第一台支持5G分布式网关的SDN软件交换机，有望在流量导出与分流，移动边缘计算，高可靠、低时延通信等业务中得到广泛应用。
SDN的未来：演进还是重生？
“转发、控制分离”这一金科玉律很难撼动，但在SDN的关键组件方面，变革似乎难以避免。以南向接口OpenFlow为例，1.0版本仅有12个匹配域，而最新的1.4版激增到41个。随着新协议的加入，如果只做补丁式演进，这一数字必定还会持续增加。
在转发方面，以前文提到的支持5G分布式网关的SDN软件交换机为例，为支持对无线分组数据的处理，我们曾对Open vSwitch进行修改，涉及到20多个文件，共计300多处。功能升级所需付出的代价不小。
作为SDN的演进方向之一，P4（Programming Protocol-Independent Packet Processors）在2016年ACM SIGCOMM成为了热点之一，多篇关于硬件交换芯片，FPGA交换设备，软件交换机的文章与之有关。P4带给我们的变化是：不再拘泥于MAC/IP/TCP(UDP)，可以按需自行定义报文封装格式，利用编译器自动生成硬件或者软件转发面。
SDN是继续1.x，还是直接跨入2.0？是演进还是重生？让我们拭目以待。
