雖然電子通信系統的早期曆史可以追溯到 19世紀 30年代，但是人們通常将亞曆山大 • 格雷厄姆• 貝爾（AlexanderGrahamBell）1876 年發明的電話視為現代電信的曙光。在最初的 100年裡，電信網絡主要是固定的—使用者受限于固定的位置（而不是由無繩電話提供的有限移動性），這些位置通過固定線路連接配接到電信基礎設施。20世紀 80年代，行動電話的出現使使用者在通話期間四處走動成為現實，并最終推動“個人通信服務”概念出現，它支援每個使用者使用自己的手機在任何時間、任何地方進行呼叫。為了實作這一目标，可以使用與現有基礎設施互通的特殊移動裝置（它具有無線天線塔和用于跟蹤使用者移動情況的資料庫等）來增強固定網絡功能。
如今，世界各地和各行各業的人們廣泛使用網際網路，使網際網路協定（IP，Internet Protocol）不僅成為首選的資料網絡協定，還幾乎成為所有形式的未來網絡建構的基礎技術，包括傳統的公共電話網絡。20世紀 90年代中期，浏覽器的發明推動了網際網路的快速發展。與移動網絡一樣，網際網路同樣基于固定電信網絡基礎設施建構，并通過增加特殊裝置（如數據機、路由器、伺服器等）來實作。然而，網際網路的發展不僅使為數十億人提供通信服務成為可能，還極大地改變了商業和整個社會。
在較高層次上，電信網絡可以看作是由兩個主要部分構成的：一部分是核心網，它擁有地理上分布的共享設施，這些共享設施通過資訊傳輸系統實作互聯；另一部分是接入網，它包含将各使用者（或其駐地）連接配接到核心網的專用鍊路（如銅纜、光纖或無線鍊路）。基礎設施提供的效用在很大程度上取決于可用傳輸能力。1934年通過的《通信法案》要求采用完善的基礎設施，向“全美人民”提供快速高效、收費合理的覆寫全球的有線和無線通信服務。這一通用服務原則有助于實作電話服務泛在化。傳輸裝置的部署需要大量資本投資，以便在廣泛的地理區域内部連接配接電話服務使用者。
部署的傳輸容量遠遠高于基本話音服務所需的容量，且随着新技術解決方案（如數字使用者、光纖等）的陸續開發應用，網絡顯然具備比提供話音服務更強的能力。支援泛在話音服務的基礎設施逐漸發展為支援資料服務并提供網際網路寬帶接入能力的基礎設施。根據美國聯邦通信委員會（FCC，FederalCommunicationsCommission）的說法，高速（寬帶）網際網路是一種不可或缺的通信技術，應該像話音服務一樣無處不在。政治、經濟和社會生活的品質對電信網絡高度依賴，以至于人們通常會将其視為一個國家的關鍵基礎設施。
行動電話和網際網路的發展曆史是一種漸進曆程，且逐漸得到應用。創新步伐已經呈指數級加速，進而使服務産品的爆炸式增長與新應用的迅猛增長相比對。20世紀 70年代，第一代移動通信系統（1G，1stGeneration）首次推出，鼎盛時期話音使用者數最高達到2000萬，而目前的第四代移動通信系統（4G，4thGeneration）則為全球近 20億智能手機使用者提供服務。
“智能手機的變革力量源于其小尺寸和高連通性。”小尺寸使智能手機易于攜帶；高連通性意味着智能手機不僅可以将人們聯系在一起，還可以提供線上能力和體驗的全部功能，進而催生 了諸如 Uber和 Airbnb等新型業務模式。此外，全世界擁有20億部智能手機，且每部智能手機都可以“充當數字普查員”，這一事實使人們以高分辨率實時檢視喜歡和不喜歡的内容成為可能。但是，該技術架構的強大功能受限于裝置與網站以必要的速度進行互聯的能力以及近實時業務的時延需求管理能力。這些都可以通過傳輸層來實作，以確定任何兩個端點之間具有足夠的帶寬和吞吐量。
傳輸技術從早期本地接入和長途傳輸網絡不斷演進。銅線、無線和光纖技術的迅猛發展提供了更廉價、更耐用和更簡單的傳輸網管理方法。傳輸的流量已經從模拟發展到數字（時分複用），然後又從數字發展到 IP。分層協定支援諸多不同服務共享公共傳輸基礎設施。輻射型、固定帶寬、固定電路和長時間交換會話（以及伴随話音服務增長而增長的架構）不再是主導模式，而 是由諸如視訊分發、網際網路接入、機器對機器（M2M，MachinetoMachine）通信等新應用驅動的衆多不同流量模式主導。在這些新應用中，移動性已經成為提供服務的重要組成部分。目前， 這種演進使全球電信網絡不僅成為人與人之間話音、資料和視訊通信的基礎，還成為全世界數十 億人所從事的各種社會和經濟活動的基礎。接下來出現的是物聯網（IoT，InternetofThings），它由數百億台遠端裝置連接配接和控制能力驅動，促進下一輪生産力的提高，跨行業營運得到大大簡化。
傳統上，營運商網絡的使用者通常是靜态和可預測的，與其相關的流量也是如此。是以，營運商當時所依賴的基礎架構往往基于固定的、專用的網絡硬體。由于電信營運商的營運環境遵循将IT和網絡組分開的組織方法，因而流量增長和需要支援的各種服務創造了一種環境。在這一環境中，響應業務需求的能力會受到越來越多的限制。目前網絡支援數十億項應用—重應用、照片共享、視訊流、移動裝置和新興物聯網應用，所有這些應用都要求具備按需擴充、高彈性和實時動态服務修改的能力。
如今，網絡連通性是每項創新的核心，從汽車到手機再到視訊等，無不如此。連接配接和網絡使用正呈現爆炸式增長：2007—2014年，僅美國電話電報公司（AT&T，American Telephone &Telegraph）移動網絡的資料流量就增長了近150000%。這一趨勢将持續下去，預計到 2020年底，無線資料流量将會再增長 10倍。截至本書編寫時，視訊流量占到 AT&T總網絡流量的 60% 左右（大約每天114PB）。從這一角度來看，114PB相當于大約1.3億小時的高清視訊。目前，發送1分鐘視訊需要大約 4MB的資料。相比之下，發送 1分鐘的虛拟現實（VR，VirtualReality）視訊需要數百兆位元組。随着 VR越來越流行，急需一種簡單友善的方式來通路這些需要大量資料的内容。與此同時，物聯網也在産生大量需要存儲和分析的資料。預計到 2020年底，聯網裝置将達到 200億～500億台。
公共網絡（特别是預計覆寫範圍大的公共網絡）部署成本一直很高。為了支援網絡增長和應用（網絡使用者越多，網絡的價值越高），營運商需要依靠技術進步來持續提高性能并降低成本。與 20世紀的公共網絡相比，目前能夠提供進階服務的全 IP網絡從根本上改變了諸多要求。在移動裝置功能、社交媒體以及可用内容和應用創造價值的推動下，任何時候的可用服務或應用數量都增長了幾個數量級，且服務也在持續演進。
為了跟上新應用的步伐，并能在流量不斷增長和收入不斷降低的情況下提供可靠的網絡服務，我們需要一種新型網絡方法。幾十年來，傳統電信網絡設計和實作方案都采用了嘗試驗證的方法。
當新的網絡需求确定時，營運商釋出招标書（RFP，RequestForProposal）。供應商采用符合互操作性标準的專有解決方案進行響應，然後每個網絡營運商選擇符合其要求的解決方案。網絡是通過将功能實體的實體實作方案進行互連來建構的。如今的電信網絡部署了超過250種不同的網絡功能—交換機、路由器、接入節點、複用器、網關和伺服器等。這些網絡的大多數功能都是作為獨立裝置來實作的具有獨特硬體和軟體的實體“盒子”，它可實作上述功能且符合标準接口，易于實作與其他“盒子”的互操作。通常情況下，為了便于操作，網絡營運商更喜歡由一家或兩家供應商來提供給定類型裝置（如路由器）。裝置供應商通常使用自定義硬體來優化成本/性能；軟體與硬體配合，産品可以被認為是“封閉的”。這會導緻供應商相對固定，且由于大多數已部署裝置很少進行替換，因而導緻平台也相對固定，随着技術進步而更新的選擇非常有限。
圖1.1定性描述了10年間成本的變化情況。為便于說明，機關成本表示執行一項網絡功能的成本（如1GBIP業務的分組處理成本）。由于平台相對固定，因而任何成本變化要麼來自使用更便宜部件對硬體重新進行插件級設計，要麼來自供應商為確定市場地位而提供的優惠價格。另外，以部件技術進步（摩爾定律）和競争性市場動态變化為特征的技術進步促進了機關成本的快速下降，更加符合流量快速增長催生的各種需求。目前網絡設計和實作面臨的第二個問題是，面對流量的激增，網絡規劃人員需要部署遠超過需求的容量（因為除了簡單的插件附件外挂之外，擴充部署容量可能會需要消耗幾個月的時間），進而導緻使用率降低。
圖1.1 成本變化
我們需要從以硬體為中心的網絡設計方法轉向以軟體為中心的網絡設計方法。在可能的情況下，部署的硬體應該是标準化和商品化硬體（如雲硬體），且可以獨立更新，以便在技術發展時受益。網絡功能實體應該主要通過在商用硬體上運作軟體來實作。硬體可以在多個網絡功能實體之間進行共享，因而可以實作使用率最大化。網絡容量以流暢的方式進行更新，并在需要時連續部署新型硬體資源和網絡功能軟體。此外，SDN的實作将提供三大主要優勢：（1）控制平面與資料平面分離，支援更高的操作靈活性；（2）實體層通過軟體進行控制，支援實時容量配置；（3）采用與實時網絡資料相結合的先進高效算法進行全局集中式SDN控制，支援在路由、流量工程、服務提供、故障恢複等方面實作更好的多層網絡資源優化性能。這種新型網絡設計方法（如圖 1.2所示）的資本支出和持續營運成本較低，能夠更加靈活地應對流量激增和故障情況，且具備更強的建立新服務的能力。
圖1.2 ⽹絡轉換