軟件定義網絡 (SDN) 是一種架構，它抽象了網絡的不同、可區分的層，使網絡變得敏捷和靈活，SDN 的目標是通過使企業和服務提供商能夠快速響應不斷變化的業務需求來改進網絡控制。
在軟件定義的網絡中，網絡工程師或管理員可以從中央控制臺調整流量，而無需接觸網絡中的各個交換機，無論服務器和設備之間的特定連接如何，集中式SDN 控制器都會指導交換機在任何需要的地方提供網絡服務。
此過程與傳統網絡架構不同，在傳統網絡架構中，單個網絡設備根據其配置的路由表做出流量決策，SDN 在網絡中發揮作用已有十年，并影響了許多網絡創新。
SDN架構
SDN架構的典型表示包括三層：
- 應用層
- 控制層
- 基礎設施層
這些層使用北向和南向應用程序編程接口 ( API ) 進行通信。
應用層
應用層包含組織使用的典型網絡應用或功能，這可能包括入侵檢測系統、負載均衡或防火墻。
傳統網絡將使用專用設備，例如防火墻或負載均衡器，而軟件定義的網絡則用使用控制器來管理數據平面行為的應用程序替換設備。
控制層
控制層代表集中式 SDN 控制器軟件，充當軟件定義網絡的大腦，該控制器駐留在服務器上并管理整個網絡的策略和流量。
基礎設施層
基礎設施層由網絡中的物理交換機組成，這些交換機將網絡流量轉發到它們的目的地。
API接口
這三層使用各自的北向和南向API 進行通信，應用程序通過其北向接口與控制器通信，盡管存在其他協議，但控制器和交換機使用南向接口（例如OpenFlow）進行通信。
控制器的北向API目前還沒有正式的標準來匹配OpenFlow作為通用的南向接口，鑒于其廣泛的供應商支持，隨著時間的推移，OpenDaylight 控制器的北向 API 可能會成為事實上的標準。
SDN的工作原理
SDN 包含多種類型的技術，包括功能分離、網絡虛擬化和通過可編程性實現的自動化。
最初，SDN 技術只專注于網絡控制平面與數據平面的分離，當控制平面決定數據包應該如何流經網絡時，數據平面將數據包從一個地方移動到另一個地方。
在經典的 SDN 場景中，數據包到達網絡交換機，交換機專有固件中內置的規則告訴交換機將數據包轉發到何處，這些數據包處理規則從集中控制器發送到交換機。
交換機（也稱為數據平面設備）根據需要向控制器查詢指導，并向控制器提供有關其處理的流量的信息，交換機將每個數據包沿著相同的路徑發送到相同的目的地，并以相同的方式處理所有數據包。
軟件定義網絡使用有時稱為自適應或動態的操作模式，其中交換機向控制器發出路由請求，以獲取沒有特定路由的數據包，此過程與自適應路由分開，自適應路由通過路由器和基于網絡拓撲的算法而不是通過控制器發出路由請求。
SDN 的虛擬化方面通過虛擬覆蓋發揮作用，虛擬覆蓋是物理網絡之上的邏輯獨立網絡，用戶可以實現端到端的覆蓋來抽象底層網絡和分段網絡流量，這種微分段對于具有多租戶云環境和云服務的服務提供商和運營商特別有用，因為他們可以為每個租戶提供具有特定策略的單獨虛擬網絡。
SDN的好處
SDN 可以帶來多種好處：
簡化策略規則
使用 SDN，管理員可以在必要時更改任何網絡交換機的規則——優先、取消優先級甚至阻止具有細粒度控制和安全級別的特定類型的數據包。
此功能在云計算多租戶架構中特別有用，因為它使管理員能夠以靈活高效的方式管理流量負載，從本質上講，這使管理員能夠使用更便宜的商品交換機并更好地控制網絡流量。
網絡管理和可見性
SDN 的其他好處是網絡管理和端到端可見性，網絡管理員只需處理一個集中控制器即可將策略分發到連接的交換機，這與配置多個單獨的設備相反。
此功能也是一個安全優勢，因為控制器可以監控流量并部署安全策略，例如，如果控制器認為流量可疑，它可以重新路由或丟棄數據包。
減少硬件占用空間和運營成本
SDN 還虛擬化了以前由專用硬件執行的硬件和服務，這樣可以最大程度減少硬件占用空間，從而降低運營成本。
網絡創新
SDN 還促成了軟件定義廣域網 ( SD-WAN ) 技術的出現，SD-WAN 采用了 SDN 技術的虛擬覆蓋方面，SD-WAN 抽象了組織在其 WAN 中的連接鏈接，創建了一個虛擬網絡，該網絡可以使用控制器認為適合發送流量的任何連接。
SDN面臨的挑戰
SDN 的主要采用者包括服務提供商、網絡運營商、電信、運營商和大公司，如 華為、阿里、騰訊、Facebook、谷歌等，然而，SDN背后仍然存在一些挑戰。
安全
安全性既是 SDN 技術的一個好處，也是一個問題，集中式 SDN 控制器存在單點故障，如果被攻擊者鎖定，可能會對網絡造成損害。
定義不明確
SDN 的另一個挑戰是，業界確實沒有對軟件定義網絡的既定定義，不同的供應商提供各種 SDN 方法，從以硬件為中心的模型和虛擬化平臺到超融合網絡設計和無控制器方法。
市場混亂
一些網絡計劃經常被誤認為是 SDN，包括白盒網絡、網絡分解、網絡自動化和可編程網絡，雖然 SDN 可以從這些技術和流程中受益并與之協同工作，但它仍然是一項獨立的技術。
采用緩慢、成本大
SDN 技術在 2011 年左右與 OpenFlow 協議一起推出時受到了很多炒作。，從那時起，采用速度相對較慢，尤其是在網絡較小且資源較少的企業中。許多企業認為SDN 部署的成本是一個阻礙因素。
SDN使用場景
SDN使用場景包括：
1、開發運營。
SDN 可以通過自動化應用程序更新和部署來促進DevOps，該策略可以包括在部署 DevOps 應用程序和平臺時自動化 IT 基礎設施組件。
2、校園網。
校園網絡可能難以管理，尤其是在不斷需要統一 Wi-Fi 和以太網網絡的情況下，SDN 控制器可以通過提供集中管理和自動化、改進的安全性和整個網絡的應用級服務質量來使園區網絡受益。
3、服務提供商網絡。
SDN 幫助服務提供商簡化和自動化其網絡配置，以實現端到端網絡和服務管理和控制。
4、數據中心安全。
SDN 支持更有針對性的保護并簡化防火墻管理，通常，企業依靠傳統的外圍防火墻來保護其數據中心，但是，公司可以通過添加虛擬防火墻來創建分布式防火墻系統來保護虛擬機，這一額外的防火墻安全層有助于防止一個虛擬機中的漏洞跳轉到另一個虛擬機，SDN 集中控制和自動化還使管理員能夠查看、修改和控制網絡活動，以降低違規風險。
SDN的影響
軟件定義網絡對 IT 基礎設施和網絡設計的管理產生了重大影響，隨著SDN技術的成熟，它不僅改變了網絡基礎設施設計，還改變了IT對其角色的看法。
SDN 架構可以使網絡控制可編程，通常使用開放協議，例如 OpenFlow。
因此，企業可以在其網絡邊緣應用感知軟件控制。這允許訪問網絡交換機和路由器，而不是使用通常用于配置、管理、保護和優化網絡資源的封閉和專有固件。
雖然 SDN 部署在每個行業中都可以找到，但該技術在技術相關領域和金融服務方面的效果最強。
SDN 正在影響電信公司的運營方式，例如，Verizon 使用 SDN 將其所有現有的用于以太網和基于 IP 的服務的服務邊緣路由器整合到一個平臺中，目標是簡化邊緣架構，使 Verizon 能夠提高運營效率和靈活性，以支持新功能和服務。
SDN 在金融服務領域的成功取決于連接大量交易參與者、低延遲和高度安全的網絡基礎設施，以推動全球金融市場。
金融市場中幾乎所有的參與者都依賴于可能無法預測、難以管理、交付緩慢且容易受到攻擊的傳統網絡，借助 SDN 技術，金融服務部門的組織可以構建預測網絡，為金融交易應用程序提供更高效、更有效的平臺。
SDN 和 SD-WAN
SD-WAN 是一種技術，它使用 SDN 概念跨 WAN 分配網絡流量，以自動確定最有效的方式來路由進出分支機構和數據中心站點的流量。
SDN 和 SD-WAN 有相似之處，例如，它們都將控制平面和數據平面分開，并且都支持額外的虛擬網絡功能的實現。
然而，雖然 SDN 主要側重于局域網內的內部操作，但 SD-WAN 側重于連接組織的不同地理位置。這是通過將應用程序路由到 WAN 來完成的。
SDN 和 SD-WAN 之間的其他區別包括：
- 客戶可以對 SDN 進行編程，而供應商可以對 SD-WAN 進行編程。
- SDN 由封閉系統內的網絡功能虛擬化 ( NFV )啟用，另一方面，SD-WAN 提供虛擬運行或在 SD-WAN 設備上運行的應用程序路由。
- SD-WAN 在消費級寬帶互聯網上使用基于應用程序的路由系統，與對 SDN 至關重要的多協議標簽交換 ( MPLS ) 相比，這可實現更好的質量性能和更低的每兆字節成本。
SDN 和 SD-WAN 是兩種不同的技術，旨在實現不同的業務目標。
通常，中小型企業在其集中位置使用 SDN，而希望在其總部和外部站點之間建立互連的大型公司則使用 SD-WAN。
