SD-WAN技术原理及演进分析
1.概述
宽带接入以及Internet骨干网容量的持续提升，促使企业WAN技术变革。在已有专线的基础上，SD-WAN提供了一种低成本的快捷方案，正受到业界的追捧。本文介绍企业WAN技术演进、SD-WAN应用场景及解决方案、SD-WAN现状及挑战等。
2.企业WAN技术演进
传统企业应用，包括E-mail、文件共享、Web应用等，采用集中部署的方式，通常企业会在总部部署数据中心，并通过租用运营商专线（包括SDH、OTN、Ethernet、MPLS等），将分支机构连接到数据中心（如图1所示）。运营商承诺专线业务的SLA，包括带宽、时延、抖动、丢包率等，满足企业在各分支机构部署各种应用的需求（比如，存储服务、统一通信系统等）。传统专线网络可获取性比较差，光纤/电路需要单独部署，耗费的周期长；专线跨越多个网络/运营商时，业务开通周期更长；并且，专线价格昂贵，业务不能够灵活订购，通常需要比较长的合同周期（也是因为业务的开通成本比较高）。为尽可能提升专线的利用率，各种WAN优化及应用加速技术应运而生，包括QoS流控、TCP协议优化、协议代理、数据缓存技术、数据压缩技术等。
图1传统企业WAN网络
随着以太网技术的普及，运营商提供以太网服务，可以提供E-Line、E-Tree以及E-LAN服务，带宽的订购相对灵活。运营商目前引入SDN技术，在WAN网络中部署SDN控制器以及协同器,专线业务发放的效率也将显著提升(如图2所示)。专线的高可靠性，依托于运营商专网，或者，运营商为专线分配独占的网络资源，专线的成本依然很高。
图2 运营商SDN-WAN网络
互联网容量持续增长，企业分支机构和总部通过互联网连接，逐渐可行，并且互联网租赁费用适宜。企业租用互联网链路（xPON、xDSL、以太网等）的成本，通常是MPLS连接成本的1/3到1/2，并且，业务发放的周期短，租用灵活。企业在传统专线的基础上，通过Internet连接企业总部及分支机构（如图3所示）。
这种场景通常称为Hybrid-WAN，要求能够基于网络的实时状态，将业务动态分发到总部和分支机构之间的多条路径上。最初的Hybrid-WAN解决方案，在分支机构部署复杂的CPE设备，通常是在路由器上集成各种网络增值服务，包括WAN优化、安全（防火墙、VPN）、x86硬件平台（可扩展新的网络增值服务）等。这种传统路由器的配置管理复杂，需要专业人员维护。
图3混合WAN网络(Hybrid-WAN)
随着移动办公以及云计算的引入，企业应用的部署发生了巨大的变化。特别是，各种公有云服务，包括Office 365、Salesforce、Skype(for Business)、Box、Off Premise Storage等，使得企业网的流量发生巨大变化——企业分支对公有云的访问量越来越高（如图4所示）。公有云通常部署在少数几个数据中心，通过Internet访问，网络质量无法保障，一些业务的体验可能会受限。
图4基于公有云（/私有云）的企业应用
SDN理念逐渐在ICT领域发酵，并被引入到企业WAN市场，促使SD-WAN衍生。
Virtual WAN
同样是WAN，相比之下，Internet或者LTE网络，使用成本就低很多，而且从用户的角度来说，管理和维护也容易。Virtual WAN提出基于现有的公共WAN网络，来实现用户的私有WAN，从而达到节约资金和运维成本的目的。Virtual WAN的提出是为了补充甚至替代传统的WAN连接（MPLS）。
Virtual WAN提供物理或者虚拟的设备，用户通过这些设备，在公共的WAN网络上，构建私有的WAN。公共的WAN网络指的是Internet，LTE，或者是Public WLAN，例如Motorola Canopy，等等。Virtual WAN的优势不言而喻，成本，一个20M的Internet连接，一年可能只要几百的租金。但是可能带来的问题，也是Virtual WAN需要关注的地方，有以下几点：
安全。私有WAN作为连接企业或者组织内部的网络，最关心的可能就是安全了。对于Virtual WAN来说，流量走在公共网络上，必然会带来安全隐患。因此Virtual WAN利用SSL等技术，通过加密传输来保证数据的安全。
性能，同样的带宽，Internet的性能必然不如专用的MPLS连接。同时，MPLS的QoS能保证线路的带宽，而Internet不能。因此Virtual WAN通常会将多条Internet线路聚合在一起，成为一条逻辑上的线路，以减轻性能上的影响。另一方面，当网带宽需求降低时，又可以适当释放一些带宽，以节约成本。
稳定：公共网络的稳定性通常也不如专用线路，因此Virtual WAN在多条线路聚合的逻辑线路上，再加上负载均衡。根据当前几条线路的负载情况，动态的分配流量，聚合线路的稳定性。另外一方面，Virtual WAN可以聚合来自不同SP的Internet连接，以提高稳定性。
SD-WAN
终于到正题了。前面说的Virtual WAN，其实已经属于SD-WAN的一部分了。现在普遍认为，SD-WAN应该具有以下4个功能：
支持多种连接方式，MPLS，frame relay，LTE，Public Internet等等。
SD-WAN将Virtual WAN与传统WAN结合，在这之上做overlay。对于应用程序来说，不需要清楚底层的WAN连接究竟是什么。在不需要传统WAN的场景下，SD-WAN就是Virtual WAN。
能够在多种连接之间动态选择链路，以达到负载均衡或者资源弹性。
与Virtual WAN类似，动态选择多条路径。SD-WAN如果同时连接了MPLS和Internet，那么可以将一些重要的应用流量，例如VoIP，分流到MPLS，以保证应用的可用性。对于一些对带宽或者稳定性不太敏感的应用流量，例如文件传输，可以分流到Internet上。这样减轻了企业对MPLS的依赖。或者，Internet可以作为MPLS的备份连接，当MPLS出故障了，至少企业的WAN网络不至于也断连。
简单的WAN管理接口。
凡是涉及网络的事物，似乎都存在管理和故障排查较为复杂的问题，WAN也不例外。SD-WAN通常也会提供一个集中的控制器，来管理WAN连接，设置应用流量policy和优先级，监测WAN连接可用性等等。基于集中控制器，可以再提供CLI或者GUI。以达到简化WAN管理和故障排查的目的。
支持VPN，防火墙，网关，WAN优化器等服务。
SD-WAN在WAN连接的基础上，将提供尽可能多的，开放的和基于软件的技术。
基本的SD-WAN的操作就是多条WAN路径的选择规划，如下图所示。
SD-WAN产品
当我们说SDN时，更多是一种针对DC的网络架构。而SD-WAN却是一种可以购买技术产品。与Virtual WAN类似，SD-WAN产品可以是物理的，也可以是虚拟的。在WAN架构中，SD-WAN与WAN edge router放置在一起，用来增强WAN edge router甚至替代WAN edge router。从其放置的位置可以看出，客户所有的WAN流量都会流经SD-WAN。对于纯Virtual WAN而言，其产品越来越多的部署在云上。SD-WAN产品的位置如下图所示：
现实中，各个宣称提供SD-WAN的公司，其产品也不尽相同。主要可以分为两大类，一类是提供SD-WAN设备，可以是专用设备，也可以是现有设备集成了SD-WAN功能，另一类是提供WAN as a Service，自己提供WAN网络的同时，搭配售卖SD-WAN设备。
第一类就是前面介绍的SD-WAN。这里再说一说第二类，以Aryaka为例，Aryaka通过与各个SP合作，自己构建了一个全球范围的WAN。Aryaka的WAN在全球有26个接入点。据称，对于世界上95%的企业来说，都可以找到小于30毫秒的延时的接入点。企业用户需要通过Internet接入到Aryaka的接入点，之后数据就跑在Aryaka的骨干网上。Aryaka相当于对WAN做了虚拟化，在这之上虚拟除了多个私有WAN，供用户使用。Aryaka的SD-WAN设备用来连接用户网络和其接入点。这种方式，部署简单，传统的MPLS部署可能需要几个月，而现在几个小时就可以了。成本上也能大大降低，Aryaka的产品比较同等的MPLS，节约了超过50%的成本。下图是Aryaka的组网示意图。
Packetpusher列举除了当下知名的SD-WAN相应公司：List of SD-WAN Vendors. 有兴趣可以看一下。虽然厂商众多，但是根据2017年一季度的数据，Viptela占据21%的SD-WAN市场，VeloCloud占据14%的市场。
SD-WAN相关的技术
我们讲了SD-WAN的特点，介绍了SD-WAN产品，最后来看一下与SD-WAN类似或者相关的技术，通过与这些技术的对比，进一步来说明SD-WAN。
Hybrid WAN
Hybrid WAN是指采用同时采用多种WAN连接，通常就是私有MPLS连接和Internet连接。企业通过Hybrid WAN技术，可以将一些应用流量分流到Internet连接上来。毕竟，私有MPLS连接成本不低。从这点看，Hybrid WAN与前面描述的SD-WAN非常接近。实际InfoVista将hybrid WAN看作是SD-WAN的前身。不过Hybrid WAN只是强调同时使用多条WAN连接，SD-WAN在这之上加上了software-defined的概念，这包括了集中控制，智能分析和动态创建网络服务等。Hybrid WAN仍然占据了WAN市场较大一部分，当用户需要升级或者需要更灵活的WAN连接管理时，SD-WAN会是一个不错的替代。
WAN Optimization
WAN Optimization是指提高数据在WAN上传输效率的技术的集合。SD-WAN关注的是使用低成本线路，以达到高性能线路传输效果。而WAN Optimization关注的是网络数据包如何更有效的在已有线路上传输。在实际中，SD-WAN可以配合WAN Optimization使用。在SD-WAN场景下，WAN Optimization通常是以虚拟的形式存在。
WAN edge router
前面说过，SD-WAN实际上能增强WAN edge router甚至取而代之。传统的网络厂商一般是在自己的WAN edge device（路由器，NGFW）里集成SD-WAN功能，而新兴的SD-WAN创业公司，更倾向于专有的SD-WAN设备，或者虚拟的SD-WAN产品，来配合WAN edge router。
MPLS
SD-WAN的倡导者通常会宣称SD-WAN是用来替代MPLS的。不过，只要对网络流量可靠的QoS还有需要，那么MPLS或者其他的传统WAN连接技术仍然是不能替代。现实中，SD-WAN厂商通常会建议MPLS和Virtual WAN一起部署。对于高优先级流量，仍然走MPLS。从技术的角度来看，MPLS，可以通过Traffic Engineering完全控制骨干网网络流量。而SD-WAN，其所有的控制都是在网络边缘。网络对于SD-WAN来说就是个黑盒子。所以总的来说，SD-WAN可以减轻企业对MPLS的依赖，但是不能完全消除MPLS。
NFV
SD-WAN产品需要支持基于软件的VPN，防火墙，WAN Optimization等。这可以在SD-WAN上实现，也可以通过NFV技术向SD-WAN添加相应的VNF来实现。NFV和SD-WAN都是虚拟网络服务，两者并不互斥，可以配合工作。
SDN
与SDN的联系更多是概念上。前面已经提过了SD-WAN与SDN的区别。这里再引用一个报告，Riverbed 2015年通过对260个样本调查发现，29%的用户正在研究SD-WAN，而已经有5%的用户在使用SD-WAN。相比之下，77%的用户在研究SDN，只有13%在使用。SD-WAN的先驱使用者是零售商和金融机构，他们都有大量的分支机构。SDN是对现有网络架构的更新，虽然说SDN架构优势明显，但是应用到实际中，因为企业现有网络架构在还能用之前，没人会提出更换成SDN架构，企业不会承担相应的成本和风险。而SD-WAN，最直接的效应就是减少企业在WAN上的投入，特别是分支机构较多的企业。设计到钱的问题的时候，总是比涉及技术更容易在企业推广。并且SD-WAN是增量变化，企业有时可以在原有WAN架构的基础上新增SD-WAN功能。因此，普遍认为SD-WAN的发展速度会更快。
3.SD-WAN应用场景及解决方案分析
SD-WAN继承SDN控制与转发分离、集中控制等理念，在企业WAN中部署软件控制系统，提供业务快速部署、业务智能管理等功能，帮助企业应对云服务及办公移动化所带来的挑战。典型的SD-WAN应用场景可以分为三类：Hybrid-WAN场景、公有云访问场景以及BYOD场景。
在传统的Hybrid-WAN解决方案中，引入集中控制器。如图5所示：
图5 Hybrid-WAN场景
这种SD-WAN基础场景应用，提供基础的控制与转发分离功能。通过引入SD-WAN控制器，完成分支机构CPE设备的集中管理以及自动化配置，包括各种Internet接入及专线接入的配置管理等。SD-WAN可以提供企业WAN网络及应用的可视化，提供智能路由功能，能够基于WAN网络的实时状态，将各种应用的数据流智能调度到各种WAN链路上，保障时延抖动敏感应用（语音等）的服务质量。SD-WAN控制器可灵活部署在企业侧、或者云端。
初期Hybrid-WAN场景部署，可以不改动已有的CPE设备。但企业部署多厂商CPE设备时，要求SD-WAN控制器提供比较灵活的南向接口。
新部署的CPE设备，功能相对简单，复杂的功能可部署在云端。CPE设备具备即插即用特性——可以上电后自动连接SD-WAN控制器，并完成基础配置。CPE可以提供各种WAN链路网络状态的实时监测功能，或者，通过单独部署探测器(Probe)实现。
网络增值服务部署在云端，可以根据企业用户的需求，灵活提供。如图6所示，运营商(/第三方服务商)通常将分支机构的业务连接到其（边缘）云节点，在云节点内部提供各种增值服务。
图 6 网络增值服务云端部署
4.SD-WAN现状及挑战
据IDC预测，相对传统企业WAN方案，SD-WAN可以节省至少20%的费用，2020年SD-WAN市场规模将超过60亿美元。Gartner在2016年7月底发布的技术曲线中，将SD-WAN服务以及SD-WAN产品作为热点技术，预测未来2~5年将大规模商用。
SD-WAN服务领域，DT、Verizon、SingTel、NTT等运营商积极应对挑战，进行SD-WAN服务试点，希望在网络基础连接服务的基础上，充分利用运营商自有的数据中心(包括最接近用户的边缘数据中心)，提供网络增值服务，包括防火墙、WAN加速、网络安全等。也出现了一些第三方服务商，通过购买运营商专线，搭建自己的广域网以及核心交换节点，并向其他企业提供SD-WAN服务。
SD-WAN产品领域则是一片红海，各厂商解决方案暂无统一的标准，使得企业部署SD-WAN时，难以抉择。
SD-WAN本身也存在一定的局限性，当前主流方案是针对Hybrid-WAN方案的优化。SD-WAN是企业IT网络的一部分，企业IT包括总部和分支机构的各种LAN网络、企业数据中心、企业私有云等，企业IT网络部署各种应用，这些网络及应用是一个整体，网络的运维和监控，需要统一协调。运营商/第三方服务商提供SD-WAN服务，应当需要利用已有的运营及运维系统，而不是单独部署一套新的运营及运维系统。
5.总结
Internet接入及骨干容量的提升，带来了传统WAN市场的变革，SD-WAN提供了一种快速、低成本的部署方式，受到企业以及运营商的追捧。SD-WAN领域在不断创新，是初创公司的沃土。SD-WAN整体解决方案涉及企业、运营商、第三方，解决方案的开放性是各方所关注以及努力的方向。
以上就是SD-WAN技术原理及演进分析的介绍。如果你还有其他问题，欢迎进行咨询探讨，希望Vecloud的专业的解决方案，可以解决你目前遇到的问题。Vecloud提供全球主机托管、服务器租用、MPLS VPN、SD-WAN等方面的专业服务，资源覆盖全球。欢迎咨询。
