軟件定義網(wǎng)絡(luò )（SDN，一般認為是Software Defined Networking）在數年前興起，并迅速引起了軟件定義的風(fēng)潮，將軟件定義的理念應用到各個(gè)領(lǐng)域，如：軟件定義計算（SDC，Software Defined Compute）、軟件定義存儲（SDS，Software Defined Storage），還有軟件定義數據中心（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)域得到應用呢？網(wǎng)絡(luò )和計算、存儲不同——實(shí)際上，計算和存儲非常相像，稍微大型的存儲設備都需要一定的運算能力來(lái)實(shí)現相當部分（如果不是所有部分的話(huà)）的存儲功能，因此它們的架構實(shí)際上有很多相似的部分，這也是融合系統乃至超融合系統得以很快實(shí)現的原因：本質(zhì)上我們的（計算）服務(wù)器和存儲服務(wù)器沒(méi)有區別。
實(shí)質(zhì)上說(shuō)，所有的網(wǎng)絡(luò )設備都是在硬件上運行網(wǎng)絡(luò )操作系統，然而在過(guò)去數十年來(lái)，不管是硬件上，還是在軟件上，網(wǎng)絡(luò )設備的互操作性都很低，不同公司的產(chǎn)品具有不同的設置界面/命令行，而即使是同一公司的產(chǎn)品，不同的產(chǎn)品線(xiàn)可能也會(huì )具有不同的操作系統乃至操作界面。曾幾何時(shí)，配置網(wǎng)絡(luò )設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(zhù)數據中心規模的變大，網(wǎng)絡(luò )規模也在變大，而網(wǎng)絡(luò )設備的難以應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(zhù)多個(gè)特殊的交換機，從而實(shí)現網(wǎng)絡(luò )控制、管理的功能。SDN架構最早的設想是用于網(wǎng)絡(luò )安全領(lǐng)域，后來(lái)擴展到通用網(wǎng)絡(luò )設備領(lǐng)域，并發(fā)展為OpenFlow規范。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，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（數據平面）、Control Plane（控制平面）和Application Plane（應用平面），并在控制平面實(shí)現集中式的控制器，從而提供給用戶(hù)一個(gè)快速的、統一的、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)可以在應用平面進(jìn)行開(kāi)發(fā)，從而實(shí)現全自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò )架構控制。
顯而易見(jiàn)，全自動(dòng)化的網(wǎng)絡(luò )配置和管理相對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。在出現之后，只經(jīng)過(guò)了數年，SDN就迅速成為了一股浪潮。到2014年為止，大部分傳統的廠(chǎng)商也已經(jīng)開(kāi)始生產(chǎn)SDN相關(guān)的設備，并且很多軟件廠(chǎng)商也開(kāi)始進(jìn)入這個(gè)市場(chǎng)——主要是Hypervisor廠(chǎng)商，因為Hypervisor可以和虛擬交換機vSwitch結合，從而掌握了網(wǎng)絡(luò )與計算之間的邊界，可以很容易通過(guò)SDN實(shí)現復雜靈活的網(wǎng)絡(luò )功能。
軟件定義網(wǎng)絡(luò )將更強大的計算屬性引入了網(wǎng)絡(luò )領(lǐng)域。在之前，網(wǎng)絡(luò )和計算設備（服務(wù)器）、存儲設備（存儲控制器/服務(wù)器）不一樣，從外觀(guān)上看，網(wǎng)絡(luò )設備有較大的硬件成分屬于網(wǎng)絡(luò )接口，并且，網(wǎng)絡(luò )設備最基本的功能就是進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )傳輸。因此，對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)現各種各樣的功能。通常，在不考慮SDN的情況下網(wǎng)絡(luò )設備的芯片內部都會(huì )劃分Data Plane（數據平面）和Control Plane（控制平面），如加密等功能通過(guò)各種額外的數據平面硬件模塊來(lái)實(shí)現，對應的控制平面則采用較弱的RISC架構CPU，如網(wǎng)絡(luò )芯片中曾占據統治地位的MIPS架構，以及現在家用芯片上盛行的ARM架構，和偶爾可以看到的PowerPC架構，還有一些廠(chǎng)商專(zhuān)有的架構。一般來(lái)說(shuō)網(wǎng)絡(luò )分層中越處于高層協(xié)議的設備，其CPU就會(huì )越強，因為需要的控制邏輯會(huì )越多，簡(jiǎn)單的L2交換機對CPU的需求很低，而處于L1的中繼器干脆就是個(gè)純硬件設備。
總體來(lái)說(shuō)傳統網(wǎng)絡(luò )設備是偏向數據包收發(fā)功能的硬件設施，到了軟件定義時(shí)代，網(wǎng)絡(luò )設備需要更多的計算能力來(lái)實(shí)現軟件部分的功能，也就是更偏向控制邏輯部分，例如要實(shí)現SDN架構的南向API，在ONF中就是OpenFlow，在OpenDaylight中則更復雜，有OpenFlow，也有NETCONF/YANG等等，還要實(shí)現通過(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的交換機等設備相比以往也需要更強大的計算能力，而處于Control Plane中的SDN控制器干脆就是一個(gè)（或者一組）運行在服務(wù)器上的虛擬機。
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)用硬件的機會(huì )。軟件定義網(wǎng)絡(luò )并未要求數據平面的網(wǎng)絡(luò )設備一定要運行在通用服務(wù)器上，不過(guò)使用通用服務(wù)器的好處就在于，它和計算服務(wù)器、存儲服務(wù)器可以是沒(méi)有什么區別的，或者甚至就是一樣的，因此它的成本可以相當低，不管是CAPEX還是OPEX。通用服務(wù)器可以提供所需要的強大計算能力，來(lái)充分滿(mǎn)足Control Plane層的需要。在現下一些完全虛擬化的環(huán)境當中，SDN的Data Plane通過(guò)虛擬交換機來(lái)實(shí)現，實(shí)質(zhì)上運行于Hypervisor當中，Control Plane就是一臺虛擬機，VMware vSphere/NSX、Hyper-V/Hyper-V vSwitch和KVM/Open vSwitch的方案都是一樣，大部分的較為復雜網(wǎng)絡(luò )功能都由通用的服務(wù)器擔當了，需要的僅僅是一些二層的接入交換機。
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)系統的問(wèn)題，生態(tài)系統越大，那么開(kāi)發(fā)成本（包括人員費用）、維護成本以及管理都比專(zhuān)有系統要低。
通過(guò)在《數據中心2013：硬件重構與軟件定義》對軟件定義網(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)成為了廣泛的現實(shí)，但最關(guān)鍵的問(wèn)題還有一個(gè)：數量龐大的Data Plane設備。Data Plane需要性能，專(zhuān)有系統是為了專(zhuān)門(mén)的目的設計和優(yōu)化的，通用的系統則要面對著(zhù)更廣泛的應用，實(shí)際上是一個(gè)對“通用”這個(gè)目標做的專(zhuān)門(mén)設計。例如，在四五年前，X86被認為不適用于網(wǎng)絡(luò )架構當中的Data Plane部分，因為其IO能力很受限制。這有指令集的緣故，也有內存接口、IO接口以及內部處理邏輯的緣故。
但是情況很快有了變化，從Nehalem-EP（至強5500）開(kāi)始，英特爾的服務(wù)器處理器開(kāi)始集成內存控制器，從而提升了對IO的處理——因為IO的處理牽涉到很多DMA（直接內存存取），一個(gè)網(wǎng)絡(luò )包的處理可能需要經(jīng)過(guò)多次存取內存，因此這個(gè)改動(dòng)提升了性能。到了Sandy Bridge-EP（至強E5），處理器開(kāi)始對PCI Express總線(xiàn)進(jìn)行了集成，并將PCI Express總線(xiàn)升級到速率達8GT/s的3.0規范，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平臺搭建的網(wǎng)絡(luò )設備已經(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：英特爾數據平面開(kāi)發(fā)套件（Intel Data Plane Development Kit，即Intel DPDK），里面提出了很多改進(jìn)x86平臺在Data Plane數據平面的性能的做法，例如Polling模式，Cache管理等等，人們忽然發(fā)現，x86的Data Plane性能其實(shí)也很可觀(guān)，現在已經(jīng)有如6WIND等的公司在DPDK平臺上進(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(zhù)去解決，本年度的數據中心技術(shù)研究報告中，將會(huì )對這些問(wèn)題進(jìn)行進(jìn)一步的探討。
