SDN在数据中心应用前景预期

SDN是近年来继云计算后，学术界和产业界最关注的热点，被国际研究机构Gartner列为未来五年内IT领域十大关键技术之一。2012年，谷歌宣布已在数据中心内部骨干网络上成功使用SDN技术，标志着SDN进入到商用化阶段。据国际著名咨询机构IDC估计，2013年SDN的收入将达到3．6亿美元，到2016年这一数值将上升至37亿美元。谷歌的成功经验，也使得数据中心成为业界各方推广SDN技术的首选场景。

一、数据中心的发展趋势及需求

近年来，伴随着互联网的高速发展，越来越多的应用及数据被集中到云数据中心处理。思科在其全球云计算产业分析与预测报告中指出：到2016年全球云计算服务流量将为2011年的12倍，平均每年复合增长30％。全球近三分之二的总工作负荷将在云端处理，数据中心将成为大部分互联网流量的源头或终点。而在数据中心产生的所有流量中，内部流量占数据中心总流量的76％，主要是存储和虚拟机之间的数据交换等活动。因此，未来的互联网流量将以云计算数据中心为核心，未来的互联网将是以云计算数据中心为核心的网络。

在这一趋势下，数据中心进入了发展高峰。统计数据显示2012年，全球IDC整体市场规模达到255．2亿美元，增速为14．6％。其中主要拉动力来源于IT企业、互联网企业和电信企业从自身业务支撑和拓展强烈需求。此外，预计2012－2016年大数据市场将出现迅猛的发展势头，复合年增长率将达31．7％，2016年收入将达238亿美元。大数据市场的发展将会保证数据中心在未来几年持续高速增长。在中国，2005－2012年间，IDC市场规模增长了6倍，年均增长率超过30％，远超世界平均水平。预计到2015年，中国IDC服务市场规模占全球市场的比例将由2012年的6．4％增至10％。

在整体市场不断扩大的同时，数据中心单站点规模也在急剧增长。谷歌、微软、腾讯等互联网公司新建的数据中心站点都拥有上万台物理服务器。国内调研数据显示，2012年被调查IDC服务商机房拥有服务器数量在5000台以上所占比例与2011年没有多大变化；被调查IDC服务商机房拥有服务器数量在1000－3000台的所占比例下降到23％，说明这两年行业进行重组整合，较小的IDC服务商已经被重组或者淘汰。

2012年中国IDC公司的机房服务器数量

在这一形势下，传统数据中心网络架构已越来越难以满足市场发展的需求。下图是传统数据中心网络的逻辑架构：

图2传统数据中心网络架构

在传统数据中心中，各业务之间相互独立占用资源且没有资源移动性要求，数据中心内部流量基本以南北向为主。因此各业务网络采用物理方式隔离、自成一体、无法复用。这种方式构建的网络扩展性有限，只能纵向替换，而不能横向添加扩展。系统性能存在瓶颈，往往为了满足1％峰值时刻的流量需求，导致99％的时间单点效率低于20％。为了解决资源利用率低的问题，产生了虚拟化技术。数据中心主要由三类资源构成：计算、存储、网络。以VMware、微软为代表的IT厂商通过虚拟机技术实现了计算资源的虚拟化。SAN技术的出现解决了存储资源的虚拟化。目前，只有网络资源尚未实现虚拟化，成为制约数据中心效率提升的瓶颈。

根据通信主体的不同，数据中心网络可以划分为五层。不同主体间通信对网络的需求也不相同。

图3 数据中心网络分层

根据上表可将当前数据中心网络的使用需求归纳如下：

（1）无阻塞网络，并具备近似无限的高扩展性。

（2）能够感知虚拟机，并支持虚机在单数据中心内部和多数据中心之间的漂移，并保证相关网络策略随之迁移。

（3）支持多业务、多租户。能在同一物理网络上，根据业务需求自由构建业务网络并保证网络安全性。

（4）网络统一运维，高度自动化、智能化管理。

这些使用需求是评判各种网络技术能否适用于数据中心网络的关键。

二、SDN技术在数据中心网络的应用

SDN（Software DefinedNetwork）即软件定义网络，它起源于美国斯坦福大学。2008年，斯坦福大学教授Nick McKeown等人在ACM SIGCOMM发表了题为openflow： EnablingInnovation in Campus Networks的论文。文中首次详细地介绍SDN的概念，即将传统网络设备的数据平面和控制平面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。这种架构为网络带来的可编程的特性，使得网络资源的设计、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。因此，控制转发分离、逻辑集中控制、开放网络编程API被视为SDN区别于传统网络技术的三个主要特征。正是这些特征