為了因應雲端時代的虛擬化、二層多路徑與彈性化要求，又要降低設備和營運支出，減少雜亂和複雜度，更需有效地使用共用的網路資源，同時確保服務的連續性，是資料中心基礎網路架構目前最立即需要面對的難題。
過去十幾年來，在Client-Server架構的需求下，資料中心網路被設計並定義成三個階層：核心層（Core Layer）、匯集層（Distribution Layer）與存取層（Access Layer），這也就是所謂的三層式架構。
所謂「核心層」等於網路的核心，是所有資料中心設備的總匯集連結點，通常部署了最高效能及可靠性的交換器，以便連結包括網路組件、安全防護及伺服器等所有網路節點設備。
「匯集層」則是匯集一系列的交換器，負責把存取交換器連結匯聚到核心交換器。在中大型資料中心網路內通常會有此設計，至於小型資料中心則因規模過小而不一定有配置這個階層。
最後「存取層」則是提供伺服器接入網路的管道，然後以Dual Home的線路備援方式向上連接至匯集層。這些存取交換器常因為其部署的位置，而被稱為Top-of-Rack（機櫃頂端）或End-of-Row（機櫃尾端）交換器。
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| ▲ 傳統的資料中心網路分為核心層（Core Layer）、匯集層（Distribution Layer）與存取層（Access Layer），也就是所謂的三層式架構。 |
從Web 1.0、Web 2.0、部落格（Blog）、微網誌（Micro Blogging）到社交網路的興起 ，三層式網路基礎架構的資料中心，提供了網際網路的各種服務與應用。然而，如今卻有三項重要的趨勢，正改變著資料中心網路的建構模式，第一個是虛擬化技術導入讓資料中心遭遇「東西向」資料流的限制，第二個則是實體的二層多路徑「南北向」資料流的挑戰，第三個則是彈性化部署。
網路流量之所以會有南北向與東西向之分，主要是以應用服務為中心的思考概念。傳統伺服器接收到一個連線需求，隨即直接回應用戶，稱之南北向資料流。以「Big Data—Hadoop平台」的應用情境為例，一個連線需求可能會先分散到多台伺服器執行運算，此即為東西向流量，最後才透過南北向回應給終端用戶。
而資料中心為了因應雲端時代的「虛擬化」、「二層多路徑」與「彈性化」要求，又要降低設備和營運支出，減少雜亂和複雜度，更需有效地使用共用的網路資源，同時確保服務的連續性，將是資料中心目前最立即需要面對的難題。
軟體定義網路興起
最近幾年以來，經常聽到SDDC（Software Defined Data Center）這個名詞被提出來討論，隨著許多軟硬體公司舉辦研討會、電信業者與系統整合商積極推展，開始運用當中的關鍵概念，來建構所謂軟體定義式（Software Defined）的各種應用，並且推出對應的軟硬體解決方案，因此有些人也喊出「軟體定義一切」、「軟體併吞了儲存與網路」等口號。
以軟體定義網路（SDN）來看，它顛覆過去以來的網路架構的布建思維，並改變傳統網路架構的控制模式，從分散式轉為集中控管架構，使得網路設備的軟硬體趨於標準化及統一化。讓網路設備不再是主角，取而代之的是以軟體為主的控制器（Controller），控制器為控制各種網路元件的關鍵，大幅提升網路運作的彈性與簡化部署，降低營運管理成本，將可能成為新一代網路技術發展的方向。
目前推動SDN應用的兩大組織，分別是開放網路基金會（Open Networking Foundation，ONF）負責制定OpenFlow的標準，以及由Linux基金會發展的OpenDaylight專案。
其中開放網路基金會（ONF）於2011年成立，由德國電信、Facebook、Google、微軟、Verizon、Yahoo等6家用戶端公司發起，迄今已有超過150個成員，並接手OpenFlow技術的制定，共同推廣OpenFlow技術。幾乎所有主流的網路設備廠商、硬體晶片廠商、伺服器虛擬化軟體公司、大型網站業者與國家級電信，都加入了這個基金會。2014年底，ONF發布OpenFlow Switch規格1.5版。
而OpenDaylight是在2013年成立的開放原始碼專案，主要由Arista、Big Switch、Brocade、Cisco、Citrix、Ericsson、HP、IBM、Juniper、NEC、Red Hat等13家廠商發起，現在成員也增加到40多個，OpenDaylight在2014年2月釋出第一版的開源SDN框架Hydrogen的設計規格，共分成3種不同的開放版本分別是基礎、虛擬化以及服務供應商，免費供企業用戶、服務供應商、設備廠商及研究單位使用。
SDN的機會與挑戰
SDN架構共分為三個階層，包括基礎架構層（Infrastructure Layer）、控制層（Control Layer）以及應用服務層（Application Layer）。
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| ▲SDN架構共分為三個階層，包括基礎架構層（Infrastructure Layer）、控制層（Control Layer）以及應用服務層（Application Layer）。 |
設備層由「SDN交換器」設備所組成，主要負責資料封包的轉送，依據SDN交換設備本身所儲存的規則來決定封包的轉送路徑，在控制層實現集中式控管後，SDN交換設備仍可保有原本網路線速（Line Rate）的運行速度。
控制層為SDN網路的核心，此控制器是由各個控制模組與溝通介面Southbound API與Northbound API所組成。透過Southbound API也就是OpenFlow協議，來掌握基礎架構層內的設備網路狀態，以及基於政策所定義的封包傳輸路徑。透過Northbound API可實現SDN應用服務邏輯的部分，藉由第三方廠商的產品相互兼容，建構具共通性且多元化的軟體技術平台，以提供應用服務層所需要的網路資源管理與視覺化介面管理。
回顧過去兩年以來，市場上的幾家電信設備大廠所提出的SDN解決方案，絕大部分只強調南向接口上支援OpenFlow 1.0或1.3的標準，但是還有一些廠商除了支援標準的OpenFlow之外，同時擁有自己的私有協議接口或者是IETF協議的變種，比如ONEPK、XMPP與RESTful接口等等。這些屬於南向接口的OpenFlow（或私有協議）的主要功能，是用來控制網路交換機的轉發平面。
單從技術角度來看，OpenFlow所謂的控制轉發分離架構，對於支撐業務服務需求與實現的難度非常高。舉例來說，在目前OpenFlow的規範架構下，無法量化各種業務服務資料流的抖動（Jitter）、延遲（Latency）及封包遺失，因此就維運面與管理面的角度而言，此概念性的架構雖然具有高彈性部署與集中化管理等種種優勢，但本身卻蘊含了額外的風險和成本。