熊建 熊军

【摘要】随着计算机网络的飞速发展，网络日益庞大复杂起来，那么计算机网络未来的发展方向又如何呢？软件定义的网络（SDN）是一种新的网络体系结构，通过将网络控制与网络转发构建开放可编程的网络体系结构。SDN认为不应无限制地增加网络的复杂度，需要对网络进行抽象以屏蔽底层复杂度，为上层提供简单的、高效的配置和管理，以支持未来的新网络体系结构和业务的创新。

【关键词】计算机网络;未来;发展

随着信息化的不断发展，信息网络覆盖了社会的各行各业，成为经濟社会发展不可缺少的，那么计算机网络是什么，主要是计算机技术、信息通信技术等多个领域的复杂系统相结合的产物，未来计算机网络的发展又如何呢，我们希望无论从网络的复杂程度、网络的架构标准化、网络的可控制管理性、网络的安全性等方面都有所提高。

一、计算机网络的发展

从上世纪50年代开始至今已经有60多年的发展历程了，在计算机发展的初期，计算机主机非常昂贵，因此计算机之间的通信、信息交换、资源共享就需要用到，相对便宜的网络通信线路和网络通信设备，为了共享计算机主机资源和进行信息的综合传输及处理，便形成了第一代的以单个的主机为中心的联机终端网络通信系统。

终端到主机都单独占有一条通信的线路，使得线路利用率低，主机的cpu负载大消耗高，那么利用效率则低，提供资源共享的主机如果出现问题，那么所有终端都无法在网络上通信交互数据，在这样的网络通信系统形式下，就必须改进，在远程终端聚集的地方设置一个终端集中器，把所有的终端聚集到终端集中器里，而且终端到集中器之间是低速线路，而终端到主机是高速线路，这样使得主机只要负责数据处理而不需要承担大量的通信负载工作压力，大大提高了主机的利用率。

二、网络体系结构

为了使不同网络设备之间的兼容性和互操作管理性更加紧密;更好的实现计算机网络的资源共享，现代社会的网络体系结构标准国际标准化组织提出的OSI模型，OSI模型分为7层，分层的思想使得整个网络的设计变成了对各层及层与层之间接口的设计，所以易于设计和实现，各层功能明确相互独立，下层为上层提供了很好的服务。在目前的商用网络体系结构中，TCP/IP协议（网络通信协议）是网络通信中最基本的协议，所有的网络都是建立在此协议基础之上进行的。便出现了TCP/IP协议体系结构，该模型按照OSI模型演变而来，分为了应用层、传输层、网络层、网络接口层四个层。

1.以太网的作用

目前主要以以太网结构为主，它将传统的三层数据中心交换架构变成了一层或二层结构，目的是为了提升高度虚拟化和支持目前云的数据中心的可扩展性、性能和弹性。

服务器的虚拟化广泛应用改变了这些设备，使静态架构变成了虚拟机，它们能够在多个服务器之间数据传输，从而大大拓展了数据中心的整体容量。应用程序也变得越来越复杂，它们的许多功能分散到了不同的系统和组件上，然后在各个服务器之间通信。

大量服务器之间的流量增加了传统三层交换架构的负担，限制了可扩展性。现在数据必须经过多跳网络才能到达目标，从而增加了延迟和导致性能下降。性能和可靠性进一步受到普遍使用的生成树协议（STP）的影响，虽然STP足够应付传统流量注和应用架构，但是这种方法存在缺陷且比较脆弱，它的带宽使用效率不高。以太网结构技术（TRILL）和最短路径桥接（SPB）通常可以替代复杂且效率低下的三层网络和生成树。这种协议技术简化了应用程序的工作方式，不需要知道正确的可达路径，只要考虑自己应该做什么。节点可以直接将所有数据包发送给结构，然后由结构来决定该如何将数据包传输给目标地址。

2.未来网络的发展

451研究集团首席分析师说：“结构允许同时出现多个会话，但是所有系统仍然看起来像是彼此相邻的。以太网交换结构技术综述中指出，结构支持用“基于流的细粒度负载均衡实现相同代价的二层和三层多路转发”。按此想要发展网络那么“结构”被视为未来网络发展的必由之路。网络的发展方向就是为了解决，简化的网络环境分配和管理部署。

三、未来网络技术SDN

1.SDN技术介绍

软件定义网络（Software Defined Network，SDN），是由美国斯坦福大学clean slate研究组提出的一种新型网络创新架构，其核心技术“OpenFlow”通过将网络设备控制面与数据面分离开来，并实现可编程化控制，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。其典型网络架构分为设备层、控制层、应用层3层，其中应用层包括各种不同的业务和应用;控制层主要是网络操作系统，负责处理数据平面资源的编排，维护网络拓扑、状态信息等;设备层负责基于流表的数据处理、转发和状态收集。

路由器的设计上看，它由软件控制和硬件数据通道组成。软件控制包括管理（CLI，SNMP）以及路由协议（OSPF，ISIS，BGP）等。数据通道包括针对每个包的查询、交换和缓存。如果将网络中所有的网络设备视为被管理的资源，那么参考操作系统的原理，可以抽象出一个网络操作系统（Network OS）的概念，这个网络操作系统一方面抽象了底层网络设备的具体细节，同时还为上层应用提供了统一的管理视图和编程接口。这样，基于网络操作系统这个平台，用户可以开发各种应用程序，通过软件来定义逻辑上的网络拓扑，以满足对网络资源的不同需求，而无需关心底层网络的物理拓扑结构。

SDN提出控制层面的抽象，目前的MAC层和IP层能做到很好的抽象但是对于控制接口来说并没有作用，我们以处理高复杂度（因为有太多的复杂功能加入到了体系结构当中，比如OSPF，BGP，组播，区分服务，流量，NAT，防火墙，MPLS，冗余层等等）的网络拓扑、协议、算法和控制来让网络工作，我们完全可以对控制层进行简单、正确的抽象。SDN给网络设计规划与管理提供了极大的灵活性，我们可以选择集中式或是分布式的控制，对微量流（如校园网的流）或是聚合流（如主干网的流）进行转发时的流表项匹配，可以选择虚拟实现或是物理实现。

随着云计算、虚拟化、大数据等新技术的发展，企业从以往关注最多的交换机、路由器、安全设备等能力的提高，转换为对如何精简网络架构，提升业务质量的需求。网络的作用不单单集中在信息交换、提升业务发展水平的层面。未来网络逐渐从面向连接转为面向应用，这就对原有网络架构提出了新挑战，在这种大背景下，SDN作为新型网络创新架构，即时登上网络舞台，成为引领变革的新主角。

2.SDN的发展

SDN的热潮绝不是一蹴而就，其技术的演进和应用经历了长久的发展。在2006年，SDN诞生于美国GENI项目资助的斯坦福大学Clean Slate课题，斯坦福大学Nick教授为首的研究团队提出了OpenFlow的概念并用于校园网络的试验创新，后续基于OpenFlow给网络带来可编程的特性，SDN的概念因此应运而生。

在2010年1月，Google开始采用SDN和OpenFlow，在2012年初，谷歌全部的数据中心骨干连接已经都采用SDN架构，其网络利用率提升到95%，有效提升了网络的可管理、可编程、网络利用率以及成本效益。

未来将继续瞄准网络开放发展方向，搭建厂商与最终用户之间的桥梁;共同推进SDN及其他前沿技术的发展，为新一轮网络变革和发展贡献力量。SDN被众多机构认为是颠覆性创新，SDN快速发展，已经成为未来网络架构的标准参考模式之一。那么无论未来的网络发展是否成功，提出了SDN这种技术就是一种成功。