1.2.1　学术研究与互联网引入期

传统网络与软件定义网络的区别如图1-1所示。在传统的网络设备中，其硬件组成、操作系统及其应用都是紧密耦合在一起的，形成一个封闭架构，而不同厂家的设备往往无法通用，网络的升级演进紧紧围绕单一厂家的设备进行，这种传统网络架构严重阻碍了网络的创新与发展，于是人们开始尝试传统网络架构的解耦，让网络功能可编程、可定制。

图1-1　传统网络与软件定义网络的区别

在网络技术革新过程中，改变游戏规则的关键人物是美国国家工程院院士、目前任职于斯坦福大学的Nick McKeown。McKeown与网络结缘还要追溯到20世纪80年代他曾供职的惠普实验室，他曾在那里研究互联网路由器架构，之后McKeown加入斯坦福大学继续进行计算机网络的研究，并与实验室同事发明了一款名为“Bay Bridge”的快速路由器。后来，McKeown在斯坦福大学组建团队，领导一个名为“Clean Slate”的项目，首次提出SDN新型网络架构的理念，其目标是重新定义网络的体系结构。他在实验室成立的The McKeown Group项目组至今都是SDN技术方面的重要贡献者。

2006年，来自该项目组的Martin Casado博士在路由控制和网络控制4D（Decision，Dissemination，Discovery，Data）论文基础上，提出了一个新型的企业安全解决方案SANE，该方案通过使用一个集中式的控制器，使网络管理员能够在各种网络设备中定义基于网络流的安全策略，从而实现对整个网络的安全控制。

2007年，在ACM国际会议上，Martin Casado博士介绍了关于面向企业网络管理的Ethane项目，该项目在SANE项目的基础上进行了优化扩充，成为SDN架构和OpenFlow的前身，正因如此，Martin Casado也被称为“SDN之父”。同年Nick McKeown、Martin Casado和另外一名美国工程院院士Scott Shenker联合创办了Nicira Network公司，也是世界上首个SDN初创公司，该公司在2012年被虚拟化巨头VMware公司以12.6亿美元的高价收购，这印证了SDN技术被认可。

2008年，Nick McKeown在ACM会议上发布白皮书，提出了OpenFlow这一实验性网络协议概念，基于以太网交换机，具有可以添加或删除流条目的标准化接口，尝试构建开放、可编程、虚拟化的网络平台，此外，他还介绍了OpenFlow的几大应用场景。后续，项目组的研究人员还利用OpenFlow在新型可编程路由平台NetFPGA上进行了实验，并在此平台上成功达到了斯坦福大学电子工程和计算机科学大楼的所有通信量。同年7月，类比现代计算机操作系统，Nick McKeown带领他的研究团队提出面向构建开放型网络操作系统的创新构想。计算机系统是对资源（如内存、存储、通信）和信息（如文件、目录）进行高级抽象，通过受控访问来实现程序开发的，抽象使程序能够在各种各样的计算硬件上安全、有效地执行复杂任务，而该团队开发设计的是一个在显著规模上构建网络操作系统，并命名为NOX，这种新型的网络架构包含的组件有OpenFlow（OF）交换机和一个运行NOX控制进程和网络视图数据库的服务器，如图 1-2所示。

图1-2　NOX网络架构

2009年，SDN技术被美国《麻省理工科技评论》杂志评为当年的十大突破技术之一。这项革新网络架构的技术逐渐成为科研人员关注的焦点。同年，the McKeown Group发布了OpenFlow 1.0版本的协议，这是首个可商用化的OpenFlow标准协议，并且在系统中利用网络虚拟化平台FlowVisor实现了带宽的分配。

2010年，the McKeown Group发布了一款名为Mininet的虚拟网络仿真平台，这一平台与SDN开发相匹配，允许在个人计算机上仿真构建大型网络的原型并进行实验，支持节点数达数百个，为广大网络研发人员提供了非常方便的研发工具。同年，Nick McKeown的另一位博士生David Erickson利用Java语言实现了一个开源的OpenFlow控制器，名为Beacon，为Floodlight 和 Opendaylight这两个有名的开源控制器奠定了基础。同年，来自普林斯顿大学的Jennifer Rexford提出基于OpenFlow架构的DIFANE（Doing It Fast and Easy）网络方案，同时积极参与SDN技术的研究工作，她也是OpenFlow论文的作者之一。在此之前，OpenFlow技术的研究一直处于学术领域，Google公司也逐渐意识到，缺乏通用的控制平台，极大地阻碍了网络控制平面向灵活、可靠和多功能方面发展，并在同一年，Google公司联合Nicira Networks公司提出了实现分布式系统的网络控制平面的统一平台Onix，并利用统一的应用程序接口（Application Programming Interface，API）实现管理，Google公司还为此申请了专利。2012年，Google公司发布了第一个SDN规模应用案例B4，一下子点燃了业界对SDN的热情，使得SDN完成了从实验技术向网络部署的重大跨越。Google公司的主干网络已经全面运行在OpenFlow上，并且通过10 GB网络链接分布在全球各地的12个数据中心，使广域线路的利用率从30%提升到90%以上，开启了网络新时代。而后，VMware公司收购了Nicira公司，此次收购把网络软件从硬件服务器中剥离出来，推动SDN走向市场化，给资本市场以极大的信心。此外，第二家SDN领域的创业公司Big Switch也在这一年成立了，创始人之一Guido Appenzeller也是Nick McKeown的一名博士生，曾供职于思科公司，到了2013年，该公司还开放了SDN软件平台Switch Light，用户利用该软件可以很方便地对运行在标准硬件上的虚拟交换机进行搭建和管理。曾供职于思科公司和VMware公司的工程师创立了一家专注于研发基于Linux的网络管理及控制系统的公司Cumulus Networks，其主要业务是面向数据中心网络的优化，为Verizon、Paypal和NASA等提供服务，为推动网络设备的软硬件解耦贡献重要力量。在2020年，这家创业十年的公司被一家巨头NVIDIA公司收购，以增强其数据中心业务能力。