SDN：软SDN和硬SDN

SDN 摘要：

• SDN 概念：软件定义网络集中控制，将流量决策（控制平面）与流量转发（数据平面）分开，以实现灵活管理。
• 好处：集中控制、更高的灵活性/可扩展性、成本节约、增强的安全性和简化的管理。
• 硬 SDN 与软 SDN：硬 SDN 将专用硬件用于控制平面（如强大的流量控制系统），提供更好的性能和可靠性，但成本更高。软 SDN 使用服务器（基于软件的系统），使其更灵活、更实惠，但可能不太可靠。
• SDN 架构：包括应用程序（网络服务）、控制（SDN 控制器 - “大脑”）和基础设施（物理设备）层。OpenFlow 是控制层和基础设施层之间通信的通用协议。
• 使用案例和挑战：SDN 可优化数据中心、园区网络和云环境。挑战包括集中式控制器的安全漏洞、标准化问题和部署复杂性。

传统网络：挑战和限制

在 SDN 出现之前，传统网络严重依赖人工配置和管理，带来了各种挑战。这些来源强调了困扰这些网络的几个关键问题：

• 效率低下和错误：传统的网络管理方法涉及通过命令行界面手动配置路由器和交换机等单个设备。此过程耗时且容易出错，并且需要高水平的技术专业知识。[1]
• 运营成本高：管理传统网络的劳动密集型性质，加上所需的专业技能，导致企业运营成本高昂。[1]
• 服务交付缓慢：在传统网络中，实施新服务或更改现有网络配置是一个缓慢而繁琐的过程。每个设备都需要单独配置，导致部署时间延长并阻碍敏捷性。[1]
• 有限的可扩展性：传统网络，尤其是第 2 层网络，在扩展以适应不断增长的企业需求方面面临限制。扩展这些网络通常需要对基础设施进行重大改造和复杂的重新配置。[1]
• 无法支持动态虚拟化环境：虚拟化和云计算的兴起为传统网络带来了新的挑战。这些网络的静态性质难以适应虚拟机和基于云的工作负载的动态需求。传统的第 2 层域缺乏有效支持跨地理部署的可扩展性，限制了虚拟机的放置和灵活迁移，并阻碍了数据中心的增长和自动化。[1]
• 供应商特定的实施：传统网络通常依赖于来自不同供应商的专有硬件和软件，导致兼容性问题和集成多个来源设备的挑战。[2]
• 分布式网络智能：在传统网络中，网络智能分布在各种设备上，每个设备都根据其配置独立运行。由于缺乏集中控制，因此难以全面了解网络并有效实施网络范围的策略。[3]

传统网络的局限性凸显了对更灵活、可扩展和可管理的网络方法的需求，为软件定义网络 （SDN） 解决方案铺平了道路。

SDN 常见问题

什么是软件定义网络 （SDN）？

SDN 是一种网络架构方法，可集中控制网络并使其可编程。它将网络的控制平面（决定如何转发流量）与数据平面（转发流量）分开。这种分离可实现更灵活、更高效的网络管理。可以这样想：在传统网络中，每个设备都会做出自己的流量决策，就像独立的红绿灯一样。SDN 就像拥有一个中央交通控制系统，可以管理所有信号灯以实现最佳流量。

使用 SDN 有哪些好处？

与传统网络相比，SDN 具有许多优势：

• 集中控制：从中央控制器管理整个网络，简化配置和策略实施。
• 更高的灵活性和可扩展性：轻松适应不断变化的网络需求，无需更改硬件即可扩展或缩减资源。
• 节省成本：通过利用商用交换机和基于软件的网络功能降低硬件成本。
• 增强的安全性：集中管理和实施整个网络中的安全策略，以获得更好的保护。
• 简化网络管理：自动执行网络任务，减少手动配置并最大限度地减少人为错误。

硬 SDN 和软 SDN 有什么区别？

• 硬 SDN 利用 SDN 控制器和支持 SDN 的硬件设备。它提供强大的性能和稳定性，但可能更昂贵。可以将其视为具有专用硬件组件的复杂交通控制系统。
• 软 SDN 使用服务器来模拟网络设备，提供成本效益和更轻松的配置。但是，与硬 SDN 相比，它在稳定性和性能方面可能存在限制。将其想象成在标准服务器上运行的基于软件的流量管理系统。

SDN 架构的主要组件是什么？

典型的 SDN 架构由三个主要层组成：

• 应用层：容纳网络应用程序和服务。
• 控制层：包含中央 SDN 控制器，即网络的“大脑”。
• 基础设施层：包括物理网络设备，如交换机和路由器。

SDN 如何与 OpenFlow 配合使用？

OpenFlow 是一种常见的南向协议，充当控制层（SDN 控制器）和基础设施层（网络设备）之间的通信语言。控制器使用 OpenFlow 对网络设备进行编程，根据定义的策略定义它们应如何处理流量。这就像 SDN 控制器使用 OpenFlow 向红绿灯发出指令。

SDN 有哪些常见用例？

SDN 部署在广泛的行业中：

• 数据中心优化：提高管理大型数据中心的效率和灵活性。
• 园区网络：简化管理，增强安全性，并在园区环境中实现更好的 QoS。
• 服务提供商网络：简化网络运维，优化资源利用率，并支持新的服务产品。
• 云计算：为云部署和多云环境提供灵活且可扩展的网络连接。

实施 SDN 有哪些挑战？

虽然 SDN 具有显著的优势，但也需要考虑一些挑战：

• 安全：集中式 SDN 控制器成为一个关键点，需要强大的安全措施来保护整个网络。
• 标准化：SDN 控制器和解决方案之间缺乏完全标准化可能会导致互操作性问题。
• 部署复杂性：从传统网络迁移到 SDN 可能很复杂，需要仔细规划和专业知识。

SDN 与 SD-WAN 有何不同？

SDN 和 SD-WAN 都采用软件定义原则，但它们针对不同的网络范围：

• SDN：主要侧重于管理和控制定义区域内的网络，例如数据中心或园区网络。
• SD-WAN：专为管理和优化广域网 （WAN） 连接而设计，连接地理位置分散的位置。

将 SDN 视为管理城市内的流量，而 SD-WAN 则管理城市之间的流量。它们经常协同工作，SDN 管理本地网络，SD-WAN 优化站点之间的连接。

软SDN用得多还是硬SDN用得多？

尽管硬 SDN 和软 SDN 都有其应用，但硬 SDN 是各行各业采用更广泛采用的技术。虽然软 SDN 可能在非常特定的场景中提供优势，但硬 SDN 由于其卓越的可靠性、性能和开放式集成能力而具有更广泛的适用性。

以下是有关硬 SDN 与软 SDN 普遍性的关键要点的细分：

• 硬 SDN 的广泛采用：数据来源表明，包括金融、政府和制造业在内的各个行业的企业都明显倾向于选择 Hard SDN 来加速商业价值的实现。对硬 SDN 的这种偏好源于它能够解决传统网络的局限性并提供更高效、更敏捷的网络方法。[1, 2]
• Soft SDN 的利基吸引力：虽然大多数企业都喜欢硬 SDN，但软 SDN 主要在优先考虑极高灵活性的互联网公司中找到了自己的利基市场。[2]这种有限的采用表明，Soft SDN 的优势在于灵活性超过可靠性和性能等其他因素的特定场景。

有几个因素促成了 Hard SDN 在市场上的主导地位：

• 可靠性是决定性因素：硬 SDN 在要求苛刻的企业网络环境中拥有悠久而成熟的可靠性记录。[2, 3]它使用具有成熟技术的专用硬件，有助于其固有的稳定性，使其比依赖软件且容易受到软件相关问题的 Soft SDN 更可靠。消息来源强调可靠性是企业的关键考虑因素，并解释说没有组织希望网络经常出现故障。
• 性能是关键差异化因素：硬 SDN 在网络交换机中使用专用硬件，使其能够以卓越的效率处理网络流量，与软 SDN 相比，性能明显提高。[2, 4]尽管 DPDK 和智能 NIC 卸载等技术已经出现以增强软 SDN 的性能，但它们仍然落后于硬 SDN 的功能，特别是对于需要高吞吐量和低延迟的应用程序。
• 开放式集成和供应商不可知性：硬 SDN 的控制平面直接驻留在物理网络交换机上。这一关键的架构差异确保了它与来自不同供应商的各种 IT 基础架构组件的兼容性。[4] 硬 SDN 可以与不同的服务器供应商、虚拟化平台和云产品集成，消除了通常与软 SDN 相关的兼容性问题和潜在的供应商锁定。寻求避免依赖单一供应商并希望灵活地从各种 IT 组件中进行选择的企业发现 Hard SDN 的开放式方法更具吸引力。
• 从长远来看，成本效益：虽然软 SDN 最初可能看起来更便宜，特别是对于静态的传统数据中心，但硬 SDN 提供了更高的长期成本效益，尤其是对于成长中的企业。[5]芯片集成的进步显著降低了硬核 SDN 交换机的成本，使其在价格上与非 SDN 同类产品相当。[5]此外，硬 SDN 固有的性能优势和由于集中管理而降低的运营开销有助于其随着时间的推移提高成本效益。

选择软 SDN 而不是硬 SDN 的原因

虽然消息来源强调硬 SDN 是现代数据中心网络的主要方法，但他们承认软 SDN 在特定场景中具有优势，这可能会导致一些公司选择它而不是硬 SDN。

以下是公司可能选择 Soft SDN 的主要原因：

• 静态传统数据中心的成本注意事项：对于在静态传统数据中心运营的组织来说，软 SDN 可能更具成本效益，因为在这些数据中心中，重大网络升级不可行或没有必要 [1， 2]。在这种情况下，与投资新的硬 SDN 交换机相比，利用现有服务器资源实施软 SDN 功能在财务上可能更可行。如果企业预计不会大幅增长或不需要硬 SDN 的高性能，那么将现有服务器资源与软 SDN 结合使用是一种实用的方法。从本质上讲，软 SDN 提供了一种无需全面网络改造即可实现 SDN 优势的方法 [2]。
• 针对特定用例的灵活性和快速迭代：具有特定用例、需要极高灵活性和快速迭代的公司可能会发现 Soft SDN 更具吸引力 [3]。与通常依赖于供应商特定的硬件升级或配置的硬 SDN 相比，软 SDN 基于软件的性质允许更快地定制和部署新特性和功能。互联网公司以其动态和快速发展的环境而闻名，他们更有可能接受与软 SDN 相关的权衡，以实现他们所需的敏捷性 [3]。

需要注意的是，软 SDN 的这些优势通常是以牺牲通常与硬 SDN 相关的卓越可靠性、性能和开放式集成功能为代价的。因此，考虑使用 Soft SDN 的公司必须根据其特定需求和优先事项仔细权衡这些权衡。

硬 SDN 与软 SDN：比较总结