關(guān)于NFV與SDN的基本概念及應(yīng)用思考

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司，北京 100032）

關(guān)于NFV與SDN的基本概念及應(yīng)用思考

孫金霞，孫紅芳，韋芳

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司，北京 100032）

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)與應(yīng)用層出不窮，本文主要針對(duì)近期熱議的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)兩項(xiàng)新技術(shù)的基本概念、相互關(guān)系及應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行描述，結(jié)合各自特征分析對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與維護(hù)可能帶來(lái)的影響，并提出相關(guān)建議。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；軟件定義網(wǎng)絡(luò)；控制與承載分離

自2013年以來(lái)，熱度最高、出現(xiàn)最為頻繁的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)縮略語(yǔ)非SDN和NFV莫屬，在各種國(guó)際通信大會(huì)（例如2014年2月巴塞羅那MWC（Mobile World Congress）、5月 TMF（TeleManagement Forum）會(huì)議）上，部分設(shè)備提供商已經(jīng)提供并演示相應(yīng)的模型機(jī)產(chǎn)品。

NFV、SDN到底是什么，二者之間有何關(guān)系，他們會(huì)給傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)的網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、運(yùn)營(yíng)與維護(hù)帶來(lái)哪些影響，下面將結(jié)合兩種技術(shù)的基本概念、突出特征，進(jìn)行具體的分析。

1 基本概念

1.1 NFV的基本概念

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV，Network Function Virtual）由運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟提出，核心思想是采用IT虛擬化技術(shù)，將傳統(tǒng)的電信設(shè)備軟件與硬件解耦，硬件可基于通用的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)功能，以達(dá)到降低成本，提升管理和維護(hù)效率，增強(qiáng)系統(tǒng)靈活性的目的。

簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，NFV是實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備云化的技術(shù)，主要是針對(duì)目前網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容及業(yè)務(wù)提供通過(guò)不斷增長(zhǎng)專屬硬件設(shè)備來(lái)部署，導(dǎo)致成本較高、靈活性和彈性不足、部署周期較長(zhǎng)等問(wèn)題。NFV旨在利用標(biāo)準(zhǔn)的IT虛擬化技術(shù)，把多種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備類型融合到數(shù)據(jù)中心。

抽象來(lái)講，NFV將現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備逐個(gè)軟硬件一體化建設(shè)的模式，變更為網(wǎng)元功能虛擬化軟件，并通過(guò)虛擬資源統(tǒng)一調(diào)度管理系統(tǒng)，落地到集中的云資源池（服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)等）實(shí)現(xiàn)，具體示意如圖1所示，其中：

網(wǎng)絡(luò)功能層：即由軟件實(shí)現(xiàn)的虛擬化功能網(wǎng)元，可以是IMS、EPC等核心網(wǎng)元設(shè)備。

圖1 傳統(tǒng)電信網(wǎng)設(shè)備與NFV架構(gòu)下通信設(shè)備的實(shí)現(xiàn)方式對(duì)比

虛擬資源層：實(shí)現(xiàn)虛擬機(jī)的生成、調(diào)度、刪除等功能。

硬件資源層：即云化系統(tǒng)中的X86服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、IOS等IT類設(shè)備。

1.2 SDN基本概念

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，Software Defined Network）管理的對(duì)象主要針對(duì)IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，如路由器、以太網(wǎng)交換機(jī)等，而不是主機(jī)設(shè)備，軟件定義即表明可以通過(guò)軟件對(duì)網(wǎng)絡(luò)的資源、拓?fù)洹⒉呗?、路由等?nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)定義，SDN的特點(diǎn)如下。

（1）控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離：網(wǎng)絡(luò)設(shè)備分離為單獨(dú)的控制設(shè)備及轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備功能實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單化，控制與轉(zhuǎn)發(fā)間遵循標(biāo)準(zhǔn)的Openflow協(xié)議，而當(dāng)前IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制、轉(zhuǎn)發(fā)集成在一起，協(xié)議為私有協(xié)議。

（2）控制集中：全網(wǎng)的控制集中到一點(diǎn)，通過(guò)控制器可以控制全網(wǎng)，而當(dāng)前的IP設(shè)備，控制分離在各臺(tái)設(shè)備上。

（3）可編程：控制器提供可編程的API，通過(guò)軟件可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的控制、管理、調(diào)度。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)多通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的管理協(xié)議SNMP進(jìn)行管理。

SDN轉(zhuǎn)發(fā)與傳統(tǒng)路由器轉(zhuǎn)發(fā)的對(duì)比如圖2所示。

SDN主要應(yīng)用在使用IP設(shè)備、涉及到多資源管理、調(diào)度的場(chǎng)景，典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括：

（1）IDC的租戶管理：SDN可實(shí)現(xiàn)對(duì)IDC內(nèi)的交換機(jī)等資源進(jìn)行虛擬邏輯化，可支撐海量用戶，且用戶可對(duì)租用的資源進(jìn)行靈活管理、實(shí)現(xiàn)虛擬遷移。

（2）廣域網(wǎng)流量管理：通過(guò)部署靈活的轉(zhuǎn)發(fā)策略，實(shí)現(xiàn)多條鏈路的流量均衡，提升鏈路資源利用率，實(shí)現(xiàn)資源使用最大化。

2 NFV與SDN之間的關(guān)系

從以上基本概念可以看出，SDN和NFV都采用了控制與承載分離的思想，并都試圖通過(guò)軟件定義的形式實(shí)現(xiàn)基本控制功能。兩者最基本的區(qū)別及關(guān)聯(lián)關(guān)系體現(xiàn)在以下幾方面。

圖2 SDN轉(zhuǎn)發(fā)與傳統(tǒng)路由器轉(zhuǎn)發(fā)的對(duì)比

（1）NFV的核心關(guān)鍵詞是網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化；SDN的核心關(guān)鍵詞是軟件定義網(wǎng)絡(luò)。也就是說(shuō)NFV的落腳點(diǎn)在傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元功能實(shí)現(xiàn)的變革上，而SDN的落腳點(diǎn)體現(xiàn)在IP網(wǎng)絡(luò)策略及路由轉(zhuǎn)發(fā)的軟件集中控制上。

（2） NFV與SDN沒(méi)有直接的關(guān)系，二者的著眼點(diǎn)不盡相同，其應(yīng)用場(chǎng)景在很大程度上是不重合的，只是在少部分應(yīng)用上有交集，也就是說(shuō)兩者有一定的互補(bǔ)性，但并不相互依賴。例如SDN的控制器（Controller）可以部署在NFV架構(gòu)上，可以通過(guò)SDN控制NFV架構(gòu)中各虛擬網(wǎng)元之間的IP數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)的集中控制。

（3） NFV可以不依賴于SDN部署，SDN技術(shù)不是NFV架構(gòu)中必須部署的技術(shù)。但對(duì)于規(guī)模不斷擴(kuò)展的云數(shù)據(jù)中心，可以采用SDN技術(shù)控制和均衡各虛擬機(jī)資源，以便更好的連接和控制這些虛擬機(jī)，最終使數(shù)據(jù)中心更加可控。

（4） 針對(duì)IP大網(wǎng)，如果逐步采用SDN架構(gòu)，其相應(yīng)的SDN控制器（Controller）也可以設(shè)置在NFV架構(gòu)的云平臺(tái)上。

總的來(lái)看，NFV和SDN技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生革命性的變化，兩種技術(shù)之間沒(méi)有相互依存的關(guān)系，但在局部應(yīng)用上有一定的交集和互補(bǔ)性。

3 對(duì)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)的影響分析

3.1 NFV對(duì)組網(wǎng)的影響

根據(jù)目前與各設(shè)備提供商交流的情況，現(xiàn)階段NFV技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)（CS、IMS、EPC等）的路由組織和局?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)置原則總體上沒(méi)有影響。主要原因如下。

（1）NFV對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中各類功能網(wǎng)元的在網(wǎng)形態(tài)有較大的改變，即由傳統(tǒng)軟硬一體化網(wǎng)元變?yōu)榛诮y(tǒng)一云平臺(tái)的NFV虛擬功能網(wǎng)元，每個(gè)功能網(wǎng)元在邏輯上與傳統(tǒng)網(wǎng)元的功能及地位完全相同。

（2）NFV中各個(gè)虛擬功能網(wǎng)元與傳統(tǒng)網(wǎng)元一樣有容量上限的限制，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容需要新增邏輯網(wǎng)元的形式實(shí)現(xiàn)。例如某廠家現(xiàn)有版本基于NFV架構(gòu)的CSCF設(shè)備（IMS系統(tǒng)中核心網(wǎng)元）滿容量為200萬(wàn)用戶。

（3）NFV虛擬功能網(wǎng)元的對(duì)外接口及鏈路配置仍然需要，只是由原來(lái)的實(shí)體接口/鏈路變?yōu)樘摂M的接口/鏈路。

（4）NFV虛擬功能網(wǎng)元之間的容災(zāi)仍需在業(yè)務(wù)層面考慮并實(shí)現(xiàn)，NFV架構(gòu)主要考慮站點(diǎn)內(nèi)虛擬機(jī)、云資源中硬件資源的內(nèi)部可靠性。即網(wǎng)元間組Pool、異地容災(zāi)備份等網(wǎng)絡(luò)級(jí)的安全性要求仍需要依據(jù)原業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)層面的機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

雖然NFV架構(gòu)下電信網(wǎng)絡(luò)的邏輯組網(wǎng)結(jié)構(gòu)、路由組織和局?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)置原則總體不變，但是由于新增虛擬資源管理等內(nèi)容，因此在數(shù)據(jù)配置與管理方面需要新增加針對(duì)虛擬機(jī)編號(hào)、地址、端口等的管理，目前具體需要管理的內(nèi)容由于大量接口及功能國(guó)際規(guī)范未完成而尚不明確。

3.2 SDN對(duì)組網(wǎng)的影響

SDN如在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，以下兩個(gè)方面對(duì)組網(wǎng)會(huì)產(chǎn)生影響。

（1）總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)生變化：網(wǎng)絡(luò)從功能上分離成控制、轉(zhuǎn)發(fā)兩個(gè)層面，需要新增控制與轉(zhuǎn)發(fā)層面的組網(wǎng)。在轉(zhuǎn)發(fā)層面，與當(dāng)前的IP網(wǎng)絡(luò)及IDC內(nèi)部相類似，仍可依照規(guī)模及功能分為接入、匯聚、核心3個(gè)層面。

（2）節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源：通過(guò)資源靈活調(diào)度，可以均衡使用并節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源，轉(zhuǎn)發(fā)層面的端口、鏈路數(shù)量比當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的需求要相對(duì)少一些。

4 對(duì)維護(hù)的影響分析

4.1 維護(hù)體系結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化

NFV引入將對(duì)現(xiàn)有維護(hù)體系產(chǎn)生較大影響?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)一般按照分專業(yè)維護(hù)的模式（例如無(wú)線、交換、數(shù)據(jù)、承載、傳輸?shù)龋總€(gè)專業(yè)維護(hù)的相關(guān)網(wǎng)元包括硬件、軟件、網(wǎng)絡(luò)配置、業(yè)務(wù)質(zhì)量等方面的內(nèi)容。NFV引入后，維護(hù)體系的變化主要體現(xiàn)在：

圖3 NFV引入后維護(hù)體系結(jié)構(gòu)的變化

（1） 各實(shí)體功能網(wǎng)元演變?yōu)橐攒浖螒B(tài)存在的虛擬網(wǎng)元，傳統(tǒng)分專業(yè)維護(hù)依然存在，但是不再針對(duì)設(shè)備硬件進(jìn)行維護(hù)。

（2） 新增加NFV云維護(hù)專業(yè)：針對(duì)各數(shù)據(jù)中心NFV架構(gòu)的虛擬資源管理（包括相應(yīng)的調(diào)度軟件、云資源池硬件、云站點(diǎn)IP網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)）。

維護(hù)體系的變化情況如圖3所示。

4.2 各專業(yè)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方式發(fā)生變化

NFV架構(gòu)對(duì)于電信網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)影響較大，從機(jī)房、設(shè)備管理、故障處理、質(zhì)量保障、人員技能等方面均提出全新的要求，對(duì)具體某個(gè)業(yè)務(wù)專業(yè)來(lái)講，其變化具體如表1所示。

4.3 更有利于集中化的管控

NFV的靈魂是將軟件從現(xiàn)有廠家各異的硬件平臺(tái)中剝離出來(lái)，隨著IT計(jì)算能力的不斷增強(qiáng)，理論上講，單個(gè)虛擬網(wǎng)元的能力會(huì)快速增加，更加有利于網(wǎng)元的集中化部署和管控。在SDN網(wǎng)絡(luò)中，控制器可實(shí)現(xiàn)對(duì)全網(wǎng)

資源、運(yùn)行情況的管理、控制，涵蓋了當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)管功能，維護(hù)的相關(guān)工作通過(guò)控制器管理實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，控制器提供了豐富API編程，可以部署靈活的維護(hù)管理任務(wù)，快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的各類維護(hù)需求。

4.4 網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容與業(yè)務(wù)部署更加靈活快速

由于網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容和業(yè)務(wù)部署采用軟件加載

到相應(yīng)的虛擬機(jī)中的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，一般情況下不涉及硬件擴(kuò)容、割接等工作，因此理論上講，可以更加快速、高效的實(shí)現(xiàn)。

4.5 需新增NFV網(wǎng)管支撐系統(tǒng)，并與現(xiàn)有網(wǎng)管系統(tǒng)連接

按照NFV標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)，為便于虛擬資源的動(dòng)態(tài)管理，特別定義了NFV網(wǎng)管支撐域，實(shí)現(xiàn)虛擬資源管理和調(diào)度、虛擬網(wǎng)元的生命周期管理等功能，該網(wǎng)管支撐域分別由NFVO（Network Function Virtual Orchestrator）、VNFM（Virtual Network Function Management）、VIM（Virtual Infrastructure Management）組成，如圖4所示。

（1） NFVO：實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的資源管理與調(diào)度。

（2） VNFM：實(shí)現(xiàn)虛擬化網(wǎng)元生命周期管理，包括虛擬網(wǎng)元的生成、變更、刪除等。

表1 NFV引入后對(duì)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方式的影響

（3）VIM：實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬化資源、硬件資源池的統(tǒng)一管理。

圖4 NFV網(wǎng)絡(luò)管理域架構(gòu)示意圖

5 相關(guān)建議

目前SDN技術(shù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定成熟度略高于NFV，SDN控制層與轉(zhuǎn)發(fā)層間的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議Openflow已經(jīng)制定完成，主流廠家均承諾支持，而NFV的相關(guān)接口規(guī)范國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)尚未明確。

但是，總體來(lái)看，通信網(wǎng)絡(luò)IT化趨勢(shì)十分明顯，部分設(shè)備廠家已經(jīng)在不同場(chǎng)合大量演示NFV、SDN技術(shù)功能，中國(guó)移動(dòng)研究院也在實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合部分廠家進(jìn)行了部分NFV、SDN功能的測(cè)試。因此，預(yù)計(jì)在近幾年廠家將逐漸推出商用產(chǎn)品。

為有利于網(wǎng)絡(luò)組織與維護(hù)的平滑過(guò)渡，建議網(wǎng)絡(luò)維護(hù)部門需積極跟蹤技術(shù)走向，并提前做好相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備工作，相關(guān)建議如下。

（1）人才培養(yǎng)與儲(chǔ)備非常關(guān)鍵：目前網(wǎng)絡(luò)維護(hù)戰(zhàn)線精通IT維護(hù)的專家極少，傳統(tǒng)電信思維多、互聯(lián)網(wǎng)思維少。需要提前進(jìn)行技術(shù)與人才的戰(zhàn)略性培養(yǎng)與儲(chǔ)備。

（2）積極跟蹤NFV、SDN等技術(shù)走向，更深層次掌握對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、性能及維護(hù)模式帶來(lái)的影響以及相關(guān)的應(yīng)對(duì)措施。

（4）一旦通信網(wǎng)絡(luò)采用NFV技術(shù)后，虛擬資源管理與調(diào)度的軟件性能預(yù)期將與業(yè)務(wù)質(zhì)量保障緊密相關(guān)，需結(jié)合公司后期可能開(kāi)展的現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)工作，明確具體質(zhì)量要求并開(kāi)展性能測(cè)試，嚴(yán)格把關(guān)。

（5）SDN控制器提供的API目前不在標(biāo)準(zhǔn)組織定義的范圍中，為各控制器廠家自行定義。SDN的應(yīng)用效果與基于API開(kāi)發(fā)的APP引用息息相關(guān)，這是當(dāng)前SDN應(yīng)用中應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題之一。

（6） 各種通信接口、網(wǎng)管接口必須提前標(biāo)準(zhǔn)化，在試點(diǎn)、部署初期即應(yīng)采用開(kāi)放的接口方式，避免后期喪失自主控制能力。

Basic concept and application thinking about NFV and SDN

SUN Jin-xia, SUN Hong-fang, WEI Fang
(China Mobile Group Co., Ltd., Beijing 100032, China)

In recent years, new network technology and application emerged in endlessly. This paper focused on the recent hot word in internet: the network function virtualization and the software def ned network, described their basic concepts, analysed the relationship between the two new technology and application scenario, f nally combined with their respective characteristics and the likely impact of communication network structure and maintenance, put forward related suggestions.

NFV; SDN; control and bearing separation

TN915

A

1008-5599（2014）08-0001-05

2014-07-01

孫金霞：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)部副總經(jīng)理，長(zhǎng)期從事全網(wǎng)各專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理與指導(dǎo)等工作。孫紅芳：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)部高級(jí)項(xiàng)目經(jīng)理，長(zhǎng)期從事交換網(wǎng)、IMS、LTE核心網(wǎng)等專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理與技術(shù)跟蹤。韋 芳：中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司網(wǎng)絡(luò)部項(xiàng)目經(jīng)理，長(zhǎng)期從事數(shù)據(jù)網(wǎng)、IP承載網(wǎng)等專業(yè)網(wǎng)絡(luò)的維護(hù)管理與技術(shù)跟蹤。