软件定义网络＋SR在数据中心的应用小议

网络资源在数据中心中通常是稀缺资源。阿姆达尔（Amdahl）定律提出：在并行计算中，1Mbit的I/O应对应于1Mhz的计算频率，以匹配CPU的能力。从这个角度讲，关于处理器的摩尔定律只是计算处理能力的一个方面。摩尔定律需要有相应的网络资源支持才能体现出CPU的效用。但是阿姆达尔定律对数据中心的网络提出了巨大的挑战，它要求网络能够应用驱动，高速变换带宽，具有服务质量、负载均衡以及精细化网络资源动态控制等功能。大数据和数据中心的发展，尤其是容器和微服务的出现，对网络提出了更高的要求。传统的虚拟机相对稳定，但启动时间长（数分钟甚至数十分钟），生命周期较长，很少能动态地随用随启。容器则不然，其启动时间可以达到毫秒级，而且在一个CPU上的部署密度是虚拟机的数倍，甚至数十倍。此外，容器和基于容器的微服务可以是高度动态的，生命周期可以很短；其功能也可划分得非常细，通常可以随用随启，不用则灭；还可以有各种复杂的封装组合（微服务），并且数量众多。这些都为网络中容器所产生的、数量巨大的各种流进行转发路径优化带来了极大的挑战。因为 SDN+SR只需算路而不需要建路，不需要建立、修改、维护和删除网络节点的路径状态，所以具备部署快，延迟小，成本低，对流的支持数量无上限等优势，是建立高效的数据中心网络，支持容器 / 微服务的数据中心的核心技术。

SDN+SR下的网络资源动态规划：

网络资源的获取和动态规划是软件定义网络的一个核心应用。带宽交换是业界标准组织开放网络基金会（Open Networking Foundation，ONF）希望通过软件定义网络解决的一个重要应用，原因在于网络带宽的占用往往是动态的，而且无法准确的预测。带宽交换的目的是想把网络带宽变成一种资源，让未被使用的带宽供（卖）他人使用。SDN+SR使网络带宽的交换机制变得更灵活，应用范围更广。这是因为它提供了一个高效的网络路由机制，可以高速切换数据的转发路径，从而可以利用生命周期非常短的带宽资源。

例如，用户A和用户B通常会根据他们的最大带宽（peak bandwidth）需求向运营商购买带宽的使用权，但是他们无法把没有使用的带宽再卖还给运营商。网络带宽资源的动态收集和交换是希望允许用户A和B把他们未使用的带宽卖还给运营商。 而运营商可以把买来的带宽再以更高的价格卖给其他需要增加带宽的用户。在这种情况下，用户A和B无须购买长期的最大带宽合同（需要时可随时去买，并且可以瞬间切换）。同时运营商可以通过比买入价更高的价格转售带宽，以获取利润。这个问题在传统网络中是很难解决的，因为没有一个快速的路由变换机制。而在SDN+SR的网络架构下，路由变换不仅快速而且成本低，但关键还是取决于是否存在一种网络带宽资源的动态收集和交换模式，对客户和运营商都有利。有意思的是网络带宽的收集和交换可以抽象成一种两级的Stackelberg博弈（Two-StageStackelberg Game），而且可以证明客户和运营商双赢的策略是Stackelberg博弈的SPE（Nash Subgame Perfect Equilibrium，纳什子博弈的完美均衡点）。由此可以看到，软件定义网络的发展为网络架构带来了重大变革和各种可能。

软件定义网络正在高速发展，由此带来了不少网络变革和新的商业机会。段路由的出现让网络从有状态向无状态演变，使网络变得更加敏捷。每个数据流甚至每个数据包的路径都可以在网络的进入点上进行唯一确定，而且对数据流优化的数量无数量上的限制。从这个角度讲，SDN+SR在某种意义上是“绝配”，它可以有效地解决软件定义网络中的小流优化问题，为数据中心网络、流量工程，甚至带宽资源的规划和交换带来了各种新的可能。段路由和软件定义网络的出现让人们开始重新审视现有的各种网络控制、转发和优化的机制和方法，研究的重点包括如何利用段路由和软件定义网络来改进网络的各个方面，例如流量工程、网络的监控和管理、故障的快速恢复、网络资源的调度和规划等。由此引发的各种技术创新将极大地推动网络的变革，让许多有关网络的愿景变成现实。