IMS核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化方案研究

彭莉

【摘 ? ?要】網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟件功能和硬件功能解耦合，從而降低網(wǎng)絡(luò)的投資和運(yùn)營(yíng)成本，提高新業(yè)務(wù)的部署效率。SDN為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的承載網(wǎng)提供了解決方案，確保網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的實(shí)現(xiàn)。主要對(duì)IMS核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化方案進(jìn)行了論述，并基于SDN架構(gòu)提出了IMS核心網(wǎng)虛擬化環(huán)境下的承載網(wǎng)組網(wǎng)方案。

【關(guān)鍵詞】NFV ? ?IMS ? ?SDN

中圖分類號(hào)：TN03 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1006-1010（2014）-22-0060-05

Research on Virtualization Solution of IMS core Network Functions

PENG Li

（Guangzhou Research Institute of China Telecom Co.， Ltd.， Guangzhou 510630， China）

[Abstract]?As network function virtualization （NFV） decouple the software functions and hardware functions of traditional network equipments， it decreases the investment and operating costs to enhance the deployment efficiency of new business. SDN provides a solution to NFV bearer network and ensures the implementation of NFV. In this paper， the solution to NFV of IMS core network is discussed， as well as the networking scheme of the bearer network in the environment of IMS core network visualization based on SDN framework is proposed.

[Key words]NFV ? ?IMS ? ?SDN

1 ? 引言

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV，Network Functions Virtualisation）改變了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的方法：不再采用專用的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，而是利用IT虛擬化技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)的高性能服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備上來(lái)實(shí)現(xiàn)各類網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶前端設(shè)備的功能。原則上，所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的功能都可以被虛擬化并在標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器上運(yùn)行。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN，Software Defined Network）提出了一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)：將1—4層網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，并提供開(kāi)放的接口和實(shí)現(xiàn)可編程化控制。

多媒體業(yè)務(wù)統(tǒng)一控制層IMS網(wǎng)絡(luò)的虛擬化可以提高多媒體業(yè)務(wù)部署的靈活性并降低成本，但同時(shí)也對(duì)承載網(wǎng)帶來(lái)了新的功能需求。SDN架構(gòu)可以滿足該需求，并進(jìn)一步增強(qiáng)IMS虛擬化的能力。

2 ? NFV和SDN概述

2.1 ?NFV體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

由全球領(lǐng)先的7家電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商發(fā)起成立的ETSI網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化行業(yè)規(guī)范工作組（ETSI NFV ISG）是目前業(yè)界一致認(rèn)可的NFV相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系研究的領(lǐng)跑者和主要推動(dòng)者，現(xiàn)已制訂和發(fā)布了NFV虛擬化需求、NFV用戶案例、NFV體系框架等5個(gè)文檔。

在NFV架構(gòu)中，所有的網(wǎng)絡(luò)功能都是以純軟件的方式運(yùn)行于統(tǒng)一分配的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施之上，軟件功能不再和原有的專用硬件平臺(tái)相捆綁。其體系架構(gòu)如圖1所示：

圖1 ? ?NFV體系架構(gòu)

NFV體系架構(gòu)包括虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNFs，Virtualised Network Functions）、NFV基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI，NFV Infrastructure）、NFV管理和業(yè)務(wù)編排（NFV Management and Orchestration）3個(gè)核心工作域，具體如下：

（1）虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNFs）：運(yùn)行在NFVI之上的執(zhí)行指定網(wǎng)絡(luò)功能的軟件，如IMS網(wǎng)絡(luò)中的P/I/S-CSCF、HSS。網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)的功能和狀態(tài)與它是否虛擬化無(wú)關(guān)。物理的網(wǎng)絡(luò)功能和虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能的能力以及對(duì)外的運(yùn)維接口應(yīng)該是相同的。一個(gè)VNF可以由多個(gè)內(nèi)部組件構(gòu)成。在該場(chǎng)景下，同一個(gè)VNF可以部署在多個(gè)虛機(jī)上，也可以運(yùn)行在同一個(gè)虛機(jī)上。前者每個(gè)虛機(jī)只運(yùn)行該VNF的一個(gè)組件。

（2）NFV基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI）：包括硬件和軟件在內(nèi)的提供VNFs部署、管理和執(zhí)行的環(huán)境。硬件資源包括通過(guò)虛擬化層為VNFs提供處理、存儲(chǔ)和連接能力的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源。虛擬化層對(duì)硬件資源進(jìn)行了抽象，并把VNF的軟件功能和底層的硬件解耦合，從而保證硬件資源與VNFs的無(wú)關(guān)性。

（3）NFV管理和業(yè)務(wù)編排：包括業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)、VNF管理系統(tǒng)和NFVI管理系統(tǒng)3部分。其中，業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)負(fù)責(zé)NFV基礎(chǔ)設(shè)施、軟件資源的編排和管理，并在NFV上提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù);VNF管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)VNF生命周期的管理（如建立、更新、擴(kuò)展、終結(jié)）;NFVI管理系統(tǒng)為VNF提供管理和控制其所需的計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)資源的能力。

2.2 ?SDN體系架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)

SDN是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其設(shè)計(jì)理念是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，并實(shí)現(xiàn)可編程化控制。ONF、IETF等各大標(biāo)準(zhǔn)組織都根據(jù)各自的研究領(lǐng)域和技術(shù)觀點(diǎn)對(duì)SDN的技術(shù)進(jìn)行了研究，并制訂相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。雖然各大流派的具體技術(shù)方案不盡相同，但所遵循的總體框架和關(guān)鍵技術(shù)是基本一致的。endprint

典型的SDN體系架構(gòu)分為應(yīng)用層、控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層3部分，具體如圖2所示：

圖2 ? ?SDN體系架構(gòu)

（1）應(yīng)用層：通過(guò)控制層提供的接口獲取網(wǎng)絡(luò)的控制權(quán)，并在其基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)各種業(yè)務(wù)應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

（2）控制層：是網(wǎng)絡(luò)智能的集中，負(fù)責(zé)維護(hù)網(wǎng)絡(luò)的整體狀態(tài)和數(shù)據(jù)平面資源的編排，可根據(jù)用戶不同的需求和全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，靈活動(dòng)態(tài)地為每個(gè)用戶分配資源。SDN控制器具有網(wǎng)絡(luò)的全局視圖，負(fù)責(zé)管理整個(gè)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)下通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信，對(duì)上通過(guò)開(kāi)放接口向應(yīng)用層提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的控制能力。

（3）基礎(chǔ)設(shè)施層：是硬件設(shè)備層，專注于單純的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

3 ? IMS核心網(wǎng)虛擬化方案

IMS網(wǎng)絡(luò)由業(yè)務(wù)層、控制層和接入層組成，不同層面之間采用開(kāi)放的接口協(xié)議，在EPC和其他IP承載網(wǎng)上提供基于SIP協(xié)議的多媒體會(huì)話業(yè)務(wù)的控制能力及業(yè)務(wù)提供能力，包括業(yè)務(wù)層、控制層和接入層在內(nèi)的IMS網(wǎng)絡(luò)各個(gè)層面的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能都可以通過(guò)虛擬化的方式進(jìn)行部署及建設(shè)。由于篇幅限制，本文將重點(diǎn)針對(duì)IMS核心控制層的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化方案進(jìn)行討論。

IMS核心控制層主要完成SIP會(huì)話控制、資源分配、協(xié)議處理、路由、認(rèn)證、計(jì)費(fèi)、業(yè)務(wù)觸發(fā)等功能，控制層的功能實(shí)體包括P-CSCF、I-CSCF、S-CSCF、AGCF、HSS、SLF、MGCF、MGW、BGCF、ENUM/DNS、BAC等。目前這些網(wǎng)絡(luò)實(shí)體都是基于ATCA硬件架構(gòu)實(shí)現(xiàn)，運(yùn)營(yíng)商根據(jù)預(yù)測(cè)的業(yè)務(wù)量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署。

IMS核心網(wǎng)網(wǎng)元功能虛擬化通過(guò)重新設(shè)計(jì)P/I/S-CSCF、HSS等核心網(wǎng)網(wǎng)元的系統(tǒng)和軟件架構(gòu)，使其可以獨(dú)立于底層的硬件設(shè)備而運(yùn)行于通用服務(wù)器平臺(tái)之上。運(yùn)營(yíng)商在部署IMS網(wǎng)絡(luò)時(shí)不需要購(gòu)置專用的硬件平臺(tái)，而是根據(jù)業(yè)務(wù)量的實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)地在云平臺(tái)上加載、安裝、運(yùn)行P/I/S-CSCF等各核心網(wǎng)網(wǎng)元軟件功能模塊。IMS虛擬化邏輯架構(gòu)如圖3所示：

圖3 ? ?IMS虛擬化邏輯架構(gòu)

IMS虛擬化應(yīng)提供以下4個(gè)基本功能：

（1）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）部署的一鍵完成：根據(jù)預(yù)定義好的業(yè)務(wù)模板和腳本，包括P/I/S-CSCF所有IMS核心網(wǎng)元在內(nèi)的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能可以自動(dòng)地在云平臺(tái)上加載安裝。

（2）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）的自動(dòng)擴(kuò)展：虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能KPI運(yùn)行指標(biāo)。一旦監(jiān)測(cè)到虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的負(fù)荷已經(jīng)超過(guò)了警戒值，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)則申請(qǐng)計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源，并使用預(yù)定義好的模板和腳本在新增的虛機(jī)上自動(dòng)安裝相關(guān)的IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能。

（3）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）的自動(dòng)回收：虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能KPI運(yùn)行指標(biāo)。一旦監(jiān)測(cè)到虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的負(fù)荷已經(jīng)低于最低值，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)則通知虛擬網(wǎng)絡(luò)功能準(zhǔn)備關(guān)閉。在虛擬網(wǎng)絡(luò)功能關(guān)閉準(zhǔn)備工作完成后，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)會(huì)收回分配的資源。

（4）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）的自動(dòng)容災(zāi)保護(hù)：當(dāng)運(yùn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)例的虛機(jī)發(fā)生故障時(shí)，一個(gè)新的安裝有同樣虛擬網(wǎng)絡(luò)功能實(shí)例的虛機(jī)會(huì)被自動(dòng)創(chuàng)建，以接管發(fā)生故障的虛機(jī)承擔(dān)的呼叫。

4 ? 基于SDN架構(gòu)的虛擬化IMS核心網(wǎng)承

載網(wǎng)解決方案

4.1 ?IMS核心網(wǎng)虛擬化對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的需求

IMS系統(tǒng)是基于IP承載的應(yīng)用系統(tǒng)，因此IMS網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)網(wǎng)元是通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接的。在現(xiàn)有的IMS網(wǎng)絡(luò)部署中，網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)路由組織都是在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過(guò)程中根據(jù)預(yù)測(cè)的業(yè)務(wù)量和業(yè)務(wù)流量流向配置及設(shè)計(jì)的，每個(gè)網(wǎng)元對(duì)IP承載網(wǎng)帶寬、端口數(shù)、IP地址的需求都是明確和固定不變的。IP承載網(wǎng)只需根據(jù)IMS系統(tǒng)提出的具體帶寬、端口和路由需求提供網(wǎng)絡(luò)連接。除非有IMS網(wǎng)絡(luò)設(shè)備退網(wǎng)，否則其承載網(wǎng)方案都是無(wú)需變化的。

IMS網(wǎng)元功能虛擬化后，各個(gè)網(wǎng)元功能以軟件的形式按用戶容量變化的實(shí)際需要自動(dòng)在通用硬件平臺(tái)上加載或卸載。IMS核心網(wǎng)網(wǎng)元功能間的信令流程以及提供IMS業(yè)務(wù)的終端和核心網(wǎng)網(wǎng)元功能間的信令、業(yè)務(wù)流程仍保持不變。也就是說(shuō)，網(wǎng)元功能虛擬化后各網(wǎng)元功能和終端仍是基于IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行承載的，只是承載的需求發(fā)生了根本性的變化。IMS核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化后對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的需求如下：

（1）IMS核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化后，各網(wǎng)元功能將部署于運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI）中以共享計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)資源。因此，IMS虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能會(huì)同時(shí)部署在多個(gè)數(shù)據(jù)中心里，需實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和數(shù)據(jù)中心之間的網(wǎng)絡(luò)連接。

（2）P/I/S-CSCF、MGCF等IMS網(wǎng)元是用SIP URI進(jìn)行標(biāo)識(shí)的，通過(guò)DNS查詢到下一跳網(wǎng)元的網(wǎng)元標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的IP地址進(jìn)行網(wǎng)元間的逐跳SIP消息路由及尋址。當(dāng)一鍵完成IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的自動(dòng)部署時(shí)，需要給每個(gè)網(wǎng)元分配IP地址和SIP URI，并在IMS域內(nèi)的DNS中自動(dòng)生成各個(gè)網(wǎng)元IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系。

（3）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化自動(dòng)擴(kuò)展IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能時(shí)，部分IMS用戶會(huì)被調(diào)整接入到新的網(wǎng)元中，這要求除了在IMS域內(nèi)的DNS中自動(dòng)生成各個(gè)新生成網(wǎng)元的IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系外，還需在公網(wǎng)的DNS中自動(dòng)加入新增用戶接入網(wǎng)元P-CSCF或BAC的IP地址和域名對(duì)應(yīng)解析關(guān)系。

（4）當(dāng)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化自動(dòng)回收IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能時(shí)，部分IMS用戶會(huì)被調(diào)整接入到別的網(wǎng)元中，這要求需在IMS域內(nèi)的DNS中自動(dòng)刪除被回收網(wǎng)元的IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系，同時(shí)在公網(wǎng)的DNS中自動(dòng)刪除被回收接入網(wǎng)元P-CSCF或BAC的IP地址和域名對(duì)應(yīng)解析關(guān)系，并新增被調(diào)整用戶的SIP URI和其接入網(wǎng)元的IP地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系。endprint

（5）當(dāng)IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行自動(dòng)容災(zāi)保護(hù)時(shí)，部分IMS用戶的業(yè)務(wù)會(huì)被新的網(wǎng)元接管，這要求在IMS域內(nèi)的DNS中將發(fā)生故障網(wǎng)元的SIP URI對(duì)應(yīng)的IP地址更新為新生成網(wǎng)元的IP地址。如果是接入網(wǎng)元發(fā)生容災(zāi)倒換，則還需在公網(wǎng)的DNS中將被接管用戶的SIP URI對(duì)應(yīng)的IP地址改為新生成網(wǎng)元的IP地址。

4.2 ?IMS核心網(wǎng)虛擬化承載網(wǎng)組網(wǎng)方案

IMS核心網(wǎng)的各個(gè)虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能具備自動(dòng)部署、自動(dòng)擴(kuò)展、自動(dòng)回收和容災(zāi)保護(hù)的特性，這要求虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能所在數(shù)據(jù)中心的承載網(wǎng)支持自動(dòng)為IMS虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能建立虛擬專網(wǎng)、分配網(wǎng)絡(luò)資源和IP地址、提供有QoS保證的專用網(wǎng)絡(luò)通道，而且該虛擬專網(wǎng)還應(yīng)能跨域跨數(shù)據(jù)中心。

目前數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和跨數(shù)據(jù)中心的組網(wǎng)方案都不具備上述能力，因此需要重新考慮數(shù)據(jù)中心的承載網(wǎng)方案。

SDN體系架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面相分離，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的自動(dòng)管理，可以很好地實(shí)現(xiàn)上述功能。基于SDN架構(gòu)的組網(wǎng)方案如圖4所示：

該架構(gòu)把物理網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，形成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)。虛擬網(wǎng)絡(luò)以業(yè)務(wù)的方式開(kāi)放給IMS虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，負(fù)責(zé)承載業(yè)務(wù)流，從而屏蔽掉了實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)中心域內(nèi)SDN控制器負(fù)責(zé)管理域內(nèi)的交換機(jī)、路由器等物理節(jié)點(diǎn)設(shè)備，并通過(guò)北向API把物理網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息傳送給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)再根據(jù)收集到的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，整理出整個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)，對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理，并將相關(guān)信息開(kāi)放給虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)和業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)。

IMS核心網(wǎng)虛擬化包括自動(dòng)部署、自動(dòng)擴(kuò)展、自動(dòng)回收和容災(zāi)保護(hù)4個(gè)基本應(yīng)用場(chǎng)景，由于篇幅有限，本文僅針對(duì)自動(dòng)部署和自動(dòng)回收這2種場(chǎng)景進(jìn)行說(shuō)明。自動(dòng)擴(kuò)展場(chǎng)景可參考自動(dòng)部署場(chǎng)景，容災(zāi)保護(hù)場(chǎng)景則參考自動(dòng)擴(kuò)展和回收?qǐng)鼍啊?/p>

（1）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）部署的一鍵完成：虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)把部署IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源的需求提交給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)收到網(wǎng)絡(luò)資源需求時(shí)，根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)資源使用情況為IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能建立專用的VPN，并為相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能分配IP地址。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)將相關(guān)的路由策略通過(guò)SDN控制器下發(fā)給涉及到的交換機(jī)和路由器，并將資源的分配情況反饋給虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)。虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)根據(jù)分配到的資源生成P/S/I-CSCF等IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，同時(shí)在DNS中添加各個(gè)網(wǎng)元IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系。

（2）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）的自動(dòng)回收：待被回收的IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能關(guān)閉后，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)把可回收的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源需求提交給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)，同時(shí)在DNS中刪去回收網(wǎng)元IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)收到回收網(wǎng)絡(luò)資源請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)虛擬專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源使用情況回收相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源和IP地址，并將修改后的路由策略通過(guò)SDN控制器下發(fā)給交換機(jī)和路由器。

5 ? 結(jié)束語(yǔ)

NFV和SDN作為解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的網(wǎng)絡(luò)不能感知應(yīng)用、無(wú)法實(shí)時(shí)靈活部署業(yè)務(wù)、無(wú)法共享基礎(chǔ)設(shè)施資源、運(yùn)營(yíng)成本高等問(wèn)題的新的體系架構(gòu)，得到了業(yè)界的一致認(rèn)可，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。雖然近年來(lái)NFV和SDN技術(shù)發(fā)展十分迅速，但仍處于發(fā)展初期，ONF/IETF/ETSI/OpenSource的大部分技術(shù)方案離規(guī)模部署還需要進(jìn)一步的細(xì)化和驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 004 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Virtualisation Requirements[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[2] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 001 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Use Cases[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[3] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 002 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Architectural Framework[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[4] NFV ETSI ISG. ETSI NFV POC Report-2014 Multi-Vendor on-Boarding of vIMS on a Cloud Management Framework[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2014.

[5] ONF. ONF White Paper-2012 Software-Defined Networking： The New Norm for Networks[S]. Palo Alto： ONF， 2012.endprint

（5）當(dāng)IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行自動(dòng)容災(zāi)保護(hù)時(shí)，部分IMS用戶的業(yè)務(wù)會(huì)被新的網(wǎng)元接管，這要求在IMS域內(nèi)的DNS中將發(fā)生故障網(wǎng)元的SIP URI對(duì)應(yīng)的IP地址更新為新生成網(wǎng)元的IP地址。如果是接入網(wǎng)元發(fā)生容災(zāi)倒換，則還需在公網(wǎng)的DNS中將被接管用戶的SIP URI對(duì)應(yīng)的IP地址改為新生成網(wǎng)元的IP地址。

4.2 ?IMS核心網(wǎng)虛擬化承載網(wǎng)組網(wǎng)方案

IMS核心網(wǎng)的各個(gè)虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能具備自動(dòng)部署、自動(dòng)擴(kuò)展、自動(dòng)回收和容災(zāi)保護(hù)的特性，這要求虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能所在數(shù)據(jù)中心的承載網(wǎng)支持自動(dòng)為IMS虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能建立虛擬專網(wǎng)、分配網(wǎng)絡(luò)資源和IP地址、提供有QoS保證的專用網(wǎng)絡(luò)通道，而且該虛擬專網(wǎng)還應(yīng)能跨域跨數(shù)據(jù)中心。

目前數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和跨數(shù)據(jù)中心的組網(wǎng)方案都不具備上述能力，因此需要重新考慮數(shù)據(jù)中心的承載網(wǎng)方案。

SDN體系架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面相分離，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的自動(dòng)管理，可以很好地實(shí)現(xiàn)上述功能。基于SDN架構(gòu)的組網(wǎng)方案如圖4所示：

該架構(gòu)把物理網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，形成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)。虛擬網(wǎng)絡(luò)以業(yè)務(wù)的方式開(kāi)放給IMS虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，負(fù)責(zé)承載業(yè)務(wù)流，從而屏蔽掉了實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)中心域內(nèi)SDN控制器負(fù)責(zé)管理域內(nèi)的交換機(jī)、路由器等物理節(jié)點(diǎn)設(shè)備，并通過(guò)北向API把物理網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息傳送給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)再根據(jù)收集到的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，整理出整個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)，對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理，并將相關(guān)信息開(kāi)放給虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)和業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)。

IMS核心網(wǎng)虛擬化包括自動(dòng)部署、自動(dòng)擴(kuò)展、自動(dòng)回收和容災(zāi)保護(hù)4個(gè)基本應(yīng)用場(chǎng)景，由于篇幅有限，本文僅針對(duì)自動(dòng)部署和自動(dòng)回收這2種場(chǎng)景進(jìn)行說(shuō)明。自動(dòng)擴(kuò)展場(chǎng)景可參考自動(dòng)部署場(chǎng)景，容災(zāi)保護(hù)場(chǎng)景則參考自動(dòng)擴(kuò)展和回收?qǐng)鼍啊?/p>

（1）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）部署的一鍵完成：虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)把部署IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源的需求提交給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)收到網(wǎng)絡(luò)資源需求時(shí)，根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)資源使用情況為IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能建立專用的VPN，并為相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能分配IP地址。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)將相關(guān)的路由策略通過(guò)SDN控制器下發(fā)給涉及到的交換機(jī)和路由器，并將資源的分配情況反饋給虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)。虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)根據(jù)分配到的資源生成P/S/I-CSCF等IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，同時(shí)在DNS中添加各個(gè)網(wǎng)元IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系。

（2）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）的自動(dòng)回收：待被回收的IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能關(guān)閉后，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)把可回收的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源需求提交給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)，同時(shí)在DNS中刪去回收網(wǎng)元IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)收到回收網(wǎng)絡(luò)資源請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)虛擬專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源使用情況回收相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源和IP地址，并將修改后的路由策略通過(guò)SDN控制器下發(fā)給交換機(jī)和路由器。

5 ? 結(jié)束語(yǔ)

NFV和SDN作為解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的網(wǎng)絡(luò)不能感知應(yīng)用、無(wú)法實(shí)時(shí)靈活部署業(yè)務(wù)、無(wú)法共享基礎(chǔ)設(shè)施資源、運(yùn)營(yíng)成本高等問(wèn)題的新的體系架構(gòu)，得到了業(yè)界的一致認(rèn)可，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。雖然近年來(lái)NFV和SDN技術(shù)發(fā)展十分迅速，但仍處于發(fā)展初期，ONF/IETF/ETSI/OpenSource的大部分技術(shù)方案離規(guī)模部署還需要進(jìn)一步的細(xì)化和驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 004 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Virtualisation Requirements[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[2] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 001 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Use Cases[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[3] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 002 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Architectural Framework[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[4] NFV ETSI ISG. ETSI NFV POC Report-2014 Multi-Vendor on-Boarding of vIMS on a Cloud Management Framework[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2014.

[5] ONF. ONF White Paper-2012 Software-Defined Networking： The New Norm for Networks[S]. Palo Alto： ONF， 2012.endprint

（5）當(dāng)IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行自動(dòng)容災(zāi)保護(hù)時(shí)，部分IMS用戶的業(yè)務(wù)會(huì)被新的網(wǎng)元接管，這要求在IMS域內(nèi)的DNS中將發(fā)生故障網(wǎng)元的SIP URI對(duì)應(yīng)的IP地址更新為新生成網(wǎng)元的IP地址。如果是接入網(wǎng)元發(fā)生容災(zāi)倒換，則還需在公網(wǎng)的DNS中將被接管用戶的SIP URI對(duì)應(yīng)的IP地址改為新生成網(wǎng)元的IP地址。

4.2 ?IMS核心網(wǎng)虛擬化承載網(wǎng)組網(wǎng)方案

IMS核心網(wǎng)的各個(gè)虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能具備自動(dòng)部署、自動(dòng)擴(kuò)展、自動(dòng)回收和容災(zāi)保護(hù)的特性，這要求虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能所在數(shù)據(jù)中心的承載網(wǎng)支持自動(dòng)為IMS虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能建立虛擬專網(wǎng)、分配網(wǎng)絡(luò)資源和IP地址、提供有QoS保證的專用網(wǎng)絡(luò)通道，而且該虛擬專網(wǎng)還應(yīng)能跨域跨數(shù)據(jù)中心。

目前數(shù)據(jù)中心內(nèi)部和跨數(shù)據(jù)中心的組網(wǎng)方案都不具備上述能力，因此需要重新考慮數(shù)據(jù)中心的承載網(wǎng)方案。

SDN體系架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面相分離，實(shí)現(xiàn)了對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的自動(dòng)管理，可以很好地實(shí)現(xiàn)上述功能?；赟DN架構(gòu)的組網(wǎng)方案如圖4所示：

該架構(gòu)把物理網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化，形成一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)。虛擬網(wǎng)絡(luò)以業(yè)務(wù)的方式開(kāi)放給IMS虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，負(fù)責(zé)承載業(yè)務(wù)流，從而屏蔽掉了實(shí)際的物理網(wǎng)絡(luò)。數(shù)據(jù)中心域內(nèi)SDN控制器負(fù)責(zé)管理域內(nèi)的交換機(jī)、路由器等物理節(jié)點(diǎn)設(shè)備，并通過(guò)北向API把物理網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)信息傳送給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)再根據(jù)收集到的物理網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?，整理出整個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜蜖顟B(tài)，對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行管理，并將相關(guān)信息開(kāi)放給虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)和業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)。

IMS核心網(wǎng)虛擬化包括自動(dòng)部署、自動(dòng)擴(kuò)展、自動(dòng)回收和容災(zāi)保護(hù)4個(gè)基本應(yīng)用場(chǎng)景，由于篇幅有限，本文僅針對(duì)自動(dòng)部署和自動(dòng)回收這2種場(chǎng)景進(jìn)行說(shuō)明。自動(dòng)擴(kuò)展場(chǎng)景可參考自動(dòng)部署場(chǎng)景，容災(zāi)保護(hù)場(chǎng)景則參考自動(dòng)擴(kuò)展和回收?qǐng)鼍啊?/p>

（1）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）部署的一鍵完成：虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)把部署IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能對(duì)計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等資源的需求提交給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)收到網(wǎng)絡(luò)資源需求時(shí)，根據(jù)虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)資源使用情況為IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能建立專用的VPN，并為相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)功能分配IP地址。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)將相關(guān)的路由策略通過(guò)SDN控制器下發(fā)給涉及到的交換機(jī)和路由器，并將資源的分配情況反饋給虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)。虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)根據(jù)分配到的資源生成P/S/I-CSCF等IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，同時(shí)在DNS中添加各個(gè)網(wǎng)元IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系。

（2）IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（IMS VNF）的自動(dòng)回收：待被回收的IMS虛擬網(wǎng)絡(luò)功能關(guān)閉后，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理系統(tǒng)把可回收的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源需求提交給虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)，同時(shí)在DNS中刪去回收網(wǎng)元IP地址和SIP URI的對(duì)應(yīng)解析關(guān)系。虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)收到回收網(wǎng)絡(luò)資源請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)虛擬專網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)資源使用情況回收相對(duì)應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源和IP地址，并將修改后的路由策略通過(guò)SDN控制器下發(fā)給交換機(jī)和路由器。

5 ? 結(jié)束語(yǔ)

NFV和SDN作為解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)存在的網(wǎng)絡(luò)不能感知應(yīng)用、無(wú)法實(shí)時(shí)靈活部署業(yè)務(wù)、無(wú)法共享基礎(chǔ)設(shè)施資源、運(yùn)營(yíng)成本高等問(wèn)題的新的體系架構(gòu)，得到了業(yè)界的一致認(rèn)可，是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向。雖然近年來(lái)NFV和SDN技術(shù)發(fā)展十分迅速，但仍處于發(fā)展初期，ONF/IETF/ETSI/OpenSource的大部分技術(shù)方案離規(guī)模部署還需要進(jìn)一步的細(xì)化和驗(yàn)證。

參考文獻(xiàn)：

[1] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 004 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Virtualisation Requirements[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[2] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 001 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Use Cases[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[3] NFV ETSI ISG. ETSI GS NFV 002 V1.1.1-2013 Network Functions Virtualisation （NFV）： Architectural Framework[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2013.

[4] NFV ETSI ISG. ETSI NFV POC Report-2014 Multi-Vendor on-Boarding of vIMS on a Cloud Management Framework[S]. Sophia Antipolis： ETSI， 2014.

[5] ONF. ONF White Paper-2012 Software-Defined Networking： The New Norm for Networks[S]. Palo Alto： ONF， 2012.endprint