SDN/NFV與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向

摘要：認(rèn)為軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）是組網(wǎng)技術(shù)，它可用于已有的網(wǎng)絡(luò)，也可用于新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)。指出第4代網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向，信息通信技術(shù)（ICT）技術(shù)的融合使其在組網(wǎng)技術(shù)上發(fā)生了重大的變化。通過研究網(wǎng)絡(luò)的分代和第4代網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，認(rèn)為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、融合ICT信息基礎(chǔ)設(shè)施和第5代移動(dòng)通信使網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入4.0時(shí)代。

關(guān)鍵詞： SDN；NFV；下一代網(wǎng)；未來網(wǎng)絡(luò)

從美國(guó)2002年提出研究下一代網(wǎng)起，至今已有14年的時(shí)間?？偟膩碚f，在下一代網(wǎng)的研究方面，沒有取得多少實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展，務(wù)虛的多，務(wù)實(shí)的少。下一代網(wǎng)的研究沒有目標(biāo)，沒有指標(biāo)，人們自由自在地想，海闊天空地做，對(duì)目前沒有多少指導(dǎo)意義。

另一方面，由軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）構(gòu)成的新組網(wǎng)技術(shù)由于其實(shí)用性，發(fā)展迅速，正在進(jìn)入商用階段。但我們必須認(rèn)清：新組網(wǎng)技術(shù)在已有網(wǎng)絡(luò)和新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)中都可以使用，組網(wǎng)技術(shù)僅改變網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建方法和組織形態(tài)，不能改變網(wǎng)絡(luò)的性能。

1 網(wǎng)絡(luò)的分代

在網(wǎng)絡(luò)的研究上，移動(dòng)通信技術(shù)的研究給出了很好的范例。移動(dòng)通信網(wǎng)的研究從一開始就采用分代研究，平均以10年1代的速度迅速推進(jìn)，至今已經(jīng)到了第5代（5G），每代任務(wù)具體，目標(biāo)明確，進(jìn)展順利。

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，可以說是反面例子。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究的基礎(chǔ)理論沒有共識(shí)，實(shí)際是在盲人摸象，各說各的，各干各的。借鑒移動(dòng)通信技術(shù)的研究方法，我們采用分代研究的策略，從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)理論出發(fā)對(duì)網(wǎng)絡(luò)分代，開展任務(wù)具體、目標(biāo)明確的研究。

至今為止，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)分為3代[1]。

（1）第1代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是模擬通信技術(shù)。模擬通信的早期是端到端的金屬實(shí)線連接，用于電話和電報(bào)。隨著用戶的增加，所有用戶之間都用實(shí)線連接是極不經(jīng)濟(jì)的，網(wǎng)絡(luò)也將極為復(fù)雜，交換技術(shù)的引入，有效解決了這個(gè)問題。隨著通信網(wǎng)越來越大，通信距離越來越長(zhǎng)，完全采用實(shí)線連接，代價(jià)太高，于是引進(jìn)了頻分復(fù)用技術(shù)（FDM），F(xiàn)DM是采用載波調(diào)制技術(shù)，通過不同載波攜帶各自的有效信息來實(shí)現(xiàn)復(fù)用，在一條實(shí)線上，攜帶數(shù)路、數(shù)十路、甚至數(shù)千路模擬信息，從而有效地提供傳輸效率，這就是第1代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。第1代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)是FDM+交換（通過人工或自動(dòng)交換設(shè)備）。

（2）第2代網(wǎng)絡(luò)是基于時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)的數(shù)字通信技術(shù)。模擬通信技術(shù)由于其中繼噪聲倍增，且單位赫茲的傳輸效率低下，在第2代就采用了數(shù)字通信技術(shù)。第2代網(wǎng)絡(luò)采用的TDM技術(shù)，通過用不同的時(shí)隙承載不同的用戶通信信息，來實(shí)現(xiàn)用戶間通信的復(fù)用。TDM技術(shù)在程控電話交換系統(tǒng)和同步傳送網(wǎng)（SDH）中，得到了極為成功的應(yīng)用，迄今為止SDH仍然是廣泛使用，提供點(diǎn)到點(diǎn)的同步數(shù)據(jù)專線。作為TDM技術(shù)的用戶接入技術(shù)，綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)（ISDN）和數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)網(wǎng)（DDN）也曾廣泛使用，其中DDN至今還在應(yīng)用?；赥DM的數(shù)字通信技術(shù)設(shè)計(jì)嚴(yán)謹(jǐn)，體系完整，完成了作為一代通信技術(shù)的使命，目前正在逐步過渡，預(yù)期還有相當(dāng)一段過渡期。

（3）第3代網(wǎng)絡(luò)是基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組數(shù)據(jù)通信技術(shù)。TDM技術(shù)只能用于面向連接的場(chǎng)合，一旦連接建立，在通信的兩側(cè)用戶之間就建立起一條交換性虛電路，在連接存在期間，通信資源是獨(dú)占的。TDM技術(shù)對(duì)通信資源的利用率是不高的，基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組數(shù)據(jù)通信技術(shù)是為提高通信網(wǎng)資源的利用率提出的。在分組通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中，通信信息將被打成一個(gè)一個(gè)的數(shù)據(jù)包（分組），數(shù)據(jù)包（分組）是分組通信數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的基本單元，通過數(shù)據(jù)包的傳送實(shí)現(xiàn)通信。數(shù)據(jù)包（分組）在通信信道上傳送就占有通信網(wǎng)資源，數(shù)據(jù)包（分組）不在通信信道上傳送就不占用通信網(wǎng)資源。只要網(wǎng)絡(luò)的通信資源從統(tǒng)計(jì)意義上能滿足通信業(yè)務(wù)的資源要求，就能保證業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組數(shù)據(jù)通信技術(shù)可以提高網(wǎng)絡(luò)通信資源的利用率。

2 第3代網(wǎng)絡(luò)與IPv4

發(fā)展第3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的一個(gè)推手是電信業(yè)務(wù)的發(fā)展，我們期望通過使用統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組數(shù)據(jù)通信技術(shù)，大幅度提高網(wǎng)絡(luò)通信資源的利用率。典型的電信第3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有：X.25、幀中繼（F.R）和異步傳輸模式（ATM）。發(fā)展第3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的另一個(gè)推手是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，其動(dòng)力是為解決異機(jī)種計(jì)算機(jī)之間互聯(lián)。異機(jī)種計(jì)算機(jī)間互聯(lián)的要求是能夠?qū)崿F(xiàn)聯(lián)網(wǎng)計(jì)算機(jī)間隨時(shí)隨地的進(jìn)程通信，為此要求計(jì)算機(jī)的端到端是處于長(zhǎng)連接狀態(tài)。異機(jī)種計(jì)算機(jī)之間互聯(lián)的這一要求，開拓了分組數(shù)據(jù)通信網(wǎng)不面向連接的工作模式的應(yīng)用。傳輸控制協(xié)議（TCP）/IP提供了進(jìn)程通信能力，提供了從未有過的網(wǎng)絡(luò)連接能力，并且連接數(shù)沒有限制。TCP/IP是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重大突破和創(chuàng)新，原有的通信技術(shù)完全無法和它抗衡。由此，IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅完全統(tǒng)治了網(wǎng)絡(luò)層，而且分組傳送網(wǎng)也都采用的是IP Base的技術(shù)。只有移動(dòng)通信網(wǎng)從技術(shù)本質(zhì)上沒有IP化[2]。

到目前為止，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展了3代，主流的應(yīng)用都已經(jīng)采用第3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，主要是IP網(wǎng)絡(luò)（IPv4）。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，第3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)不能滿足發(fā)展的需要，網(wǎng)絡(luò)將進(jìn)入4.0時(shí)代。

3 網(wǎng)絡(luò)4.0與IPv6

第3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的主體是IP技術(shù)（IPv4），IPv4的“無心插柳”造就了互聯(lián)網(wǎng)，使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)生翻天覆地的變化。但是，IPv4畢竟不是為互聯(lián)網(wǎng)設(shè)計(jì)的，隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，會(huì)暴露出一些問題。首先是地址問題，IPv4只有32 bit的地址空間（約43億個(gè)地址），根本無法滿足發(fā)展的需要。早在20世紀(jì)90年代初，國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）就看到了這個(gè)問題，并開始下一代互聯(lián)網(wǎng)（IPng）的制訂工作，IPv6的工作就此展開。RFC1550給出IPv6的具體的目標(biāo)，IPv6需要解決擴(kuò)展性問題、安全性問題、移動(dòng)性和服務(wù)質(zhì)量問題等。

IPv6實(shí)質(zhì)性地開啟了網(wǎng)絡(luò)4.0時(shí)代，但是IPv6沒有實(shí)現(xiàn)它預(yù)期的目標(biāo)，除了解決地址的擴(kuò)展性問題外，與IPv4相比沒有實(shí)質(zhì)性的改變。在IPv6發(fā)展初期，為了用戶能去使用IPv6，工作的著力點(diǎn)一直在解決IPv4和IPv6的互通問題上，期望用戶使用IPv6和IPv4感覺相同，即用戶是“無感知”的。但僅憑地址空間增加，其他性能沒有相應(yīng)增強(qiáng)，很難有強(qiáng)勁的商業(yè)驅(qū)動(dòng)力，IPv6的發(fā)展遇到瓶頸。要發(fā)展IPv6必須增強(qiáng)其商業(yè)驅(qū)動(dòng)力，要讓用戶明顯感到IPv6比IPv4好得多，IPv6能做IPv4做不到的事，即用戶必須“有感”，感覺越強(qiáng)則發(fā)展的動(dòng)力越強(qiáng)，只有這樣才會(huì)有IPv6真正的順利發(fā)展[3]。發(fā)展IPv6的工作重點(diǎn)應(yīng)該是實(shí)質(zhì)性地提升IPv6的性能，而不是停留在現(xiàn)階段技術(shù)水平上。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、融合ICT信息基礎(chǔ)設(shè)施和第5代移動(dòng)通信是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨的三大應(yīng)用場(chǎng)景，是第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)必須支持的場(chǎng)景，目前的IP網(wǎng)顯然沒有這樣的能力。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要求網(wǎng)絡(luò)能夠支持：智能化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制和產(chǎn)業(yè)化服務(wù)；融合ICT信息基礎(chǔ)設(shè)施要求網(wǎng)絡(luò)有能力將云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等IT基礎(chǔ)設(shè)施提供給廣泛用戶，從而要求云內(nèi)網(wǎng)、云間網(wǎng)和云到用戶網(wǎng)是一體化網(wǎng)絡(luò)；第5代移動(dòng)通信要求網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上有重大突破，到第4代為止的移動(dòng)通信網(wǎng)從技術(shù)本質(zhì)上沒有IP化，數(shù)據(jù)分組技術(shù)還僅局限于網(wǎng)關(guān)之內(nèi)的所謂“骨干網(wǎng)”區(qū)域，網(wǎng)關(guān)到用戶間的通信從技術(shù)本質(zhì)來說，還是基于TDM 技術(shù)的“隧道”。網(wǎng)絡(luò)的這種架構(gòu)，難以滿足第5代移動(dòng)通信問題已經(jīng)確定場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能和能力的要求。

目前IP已經(jīng)被“神化”， 無人敢碰，無人敢改，明知IP網(wǎng)存在問題，但大家不是直面去解決問題，而是用“打補(bǔ)丁”的辦法“繞過”問題，結(jié)果是網(wǎng)絡(luò)越來越復(fù)雜，效率越來越低。IP被神化是一個(gè)非常奇怪的問題，IP是網(wǎng)絡(luò)間互連的協(xié)議的英語（Internet Protocal）縮寫，是為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議，從定義來看，沒有任何可以神化的成分；從技術(shù)本質(zhì)來看，IP網(wǎng)是分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的一種，采用不面向連接的工作模式，也沒有任何可以神化的成分。至于說TCP/IP，則是提供了空前開放的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為業(yè)務(wù)開發(fā)者提供極佳的開發(fā)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)（這是主流看法）。其實(shí)，自分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的誕生，就創(chuàng)造了分組數(shù)據(jù)的業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)分離的模型，為業(yè)務(wù)開發(fā)者提供了提供極佳的業(yè)務(wù)開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，并非始自IP。TCP提供進(jìn)程通信能力是一個(gè)極為重要的創(chuàng)新，但是TCP對(duì)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)的唯一要求是：必須工作在不面向連接的工作模式下，TCP/IP也好，TCP/XX也好，將具有同樣的能力。因此，作為第4代網(wǎng)絡(luò)不應(yīng)該僅是“為計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)相互連接進(jìn)行通信而設(shè)計(jì)的協(xié)議”，應(yīng)該是能夠滿足信息技術(shù)發(fā)展的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。

4 第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

與前3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不同，第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)因?yàn)镮CT技術(shù)融合的發(fā)展，在組網(wǎng)技術(shù)上發(fā)生了重大的變化。這樣一來，在第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究中，就需要考慮兩個(gè)體系架構(gòu)：網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)和組網(wǎng)體系架構(gòu)。目前，在這方面的概念是模糊的，人們往往將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組網(wǎng)架構(gòu)混為一談。從技術(shù)本質(zhì)上來說，組網(wǎng)體系架構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和組織形態(tài)，網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)的性能，它們使用的技術(shù)也是不同的。目前，業(yè)界過分夸大組網(wǎng)技術(shù)的作用，而忽略了網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的技術(shù)本質(zhì)和作用。

4.1 組網(wǎng)技術(shù)

在第3代通信技術(shù)之前，組網(wǎng)方式都是采用實(shí)體設(shè)備組網(wǎng)，即網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)元都是實(shí)體網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。隨著ICT技術(shù)的融合，網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式也發(fā)生了變化，除了有實(shí)體組網(wǎng)方式外，還產(chǎn)生了虛擬組網(wǎng)方式。

（1）虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

在第3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之前，所有網(wǎng)絡(luò)使用的網(wǎng)元都是實(shí)體網(wǎng)元，在網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D上看到的網(wǎng)元設(shè)備，在現(xiàn)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)中就存在一個(gè)路由器，它的硬件和軟件是存在于同一個(gè)設(shè)備中的。同樣在第3代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之前，使用的所有網(wǎng)絡(luò)也都是實(shí)體網(wǎng)絡(luò)，即你在網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋱D上看到一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，在現(xiàn)實(shí)中就存在這樣一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中的所有網(wǎng)元都是實(shí)體設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)元間的連接，都是實(shí)體線或由傳送網(wǎng)提供的虛擬專線。

在第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，在組網(wǎng)技術(shù)上引入了虛擬組網(wǎng)技術(shù)。虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)包括：虛擬網(wǎng)元技術(shù)和虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。虛擬網(wǎng)元在設(shè)備的性能上，與同等的實(shí)體網(wǎng)元沒有差別，其差別在于構(gòu)成網(wǎng)元設(shè)備的硬件和軟件是分離的，虛擬網(wǎng)元中的硬件資源來自“云化”數(shù)據(jù)中心的IT資源池中的一個(gè)虛擬機(jī)（VM）或者一個(gè)虛擬容器，將相關(guān)軟件加載到VM或一個(gè)虛擬容器中就構(gòu)成虛擬網(wǎng)元；虛擬網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)的性能上，與同等的實(shí)體網(wǎng)絡(luò)也沒有差別，其差別是構(gòu)成虛擬網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元是虛擬網(wǎng)元，將虛擬網(wǎng)元連接成虛擬網(wǎng)絡(luò)的是一個(gè)叫業(yè)務(wù)功能鏈的技術(shù)，虛擬網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元和網(wǎng)元間連接都只是邏輯意義上的存在。

（2）NFV

NFV是電信界近年來少有的杰作，它從電信網(wǎng)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需要出發(fā)，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)中已經(jīng)相當(dāng)成熟的虛擬機(jī)技術(shù)提出的，它的出現(xiàn)立刻就得到電信界的廣泛響應(yīng)，并很快付諸實(shí)踐。

NFV通過將實(shí)體網(wǎng)元設(shè)備的功能抽象和軟硬件解耦，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件，網(wǎng)元設(shè)備所需要的IT資源可以充分靈活共享，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署，實(shí)現(xiàn)根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動(dòng)部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化后，可以采用標(biāo)準(zhǔn)的x86服務(wù)器、存儲(chǔ)和交換設(shè)備構(gòu)成云化數(shù)據(jù)中心，取自云化數(shù)據(jù)中心的IT資源構(gòu)成的虛擬機(jī)來取代網(wǎng)元設(shè)備中的硬件。其好處是：硬件為規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化的基于x86的IT資源設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)IT資源的充分靈活共享；開放的應(yīng)用程序編程接口（API），也能提供更多、更靈活的組網(wǎng)能力[4]。

在VM上安裝相應(yīng)的網(wǎng)元設(shè)備的軟件，就構(gòu)成虛擬網(wǎng)元設(shè)備，只要VM分配到的IT資源與實(shí)體機(jī)硬件能力相同，虛擬網(wǎng)元設(shè)備與實(shí)體網(wǎng)元的性能就是相同的。按設(shè)定的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過虛擬專線（或網(wǎng)絡(luò)隧道構(gòu)成的專線）將虛擬網(wǎng)元設(shè)備連接起來，就可以構(gòu)成虛擬網(wǎng)絡(luò)，將虛擬網(wǎng)元連接成虛擬網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)稱為業(yè)務(wù)功能鏈技術(shù)。在NFV中，業(yè)務(wù)功能鏈?zhǔn)且粋€(gè)很重要的功能，它通過網(wǎng)絡(luò)的管理平面來配置，通過入口加標(biāo)記來實(shí)現(xiàn)。NFV的作用是實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)元和虛擬組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建和組織形態(tài)發(fā)生了變化，但不改變網(wǎng)絡(luò)的性能。

（3）SDN

SDN是美國(guó)斯坦福大學(xué)于2007年提出的概念，初始的設(shè)計(jì)是以O(shè)penFlow協(xié)議為基礎(chǔ)，通過動(dòng)態(tài)流表技術(shù)來建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新平臺(tái)。產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和產(chǎn)業(yè)的既得利益，使得目前的SDN偏離原始設(shè)計(jì)理念。SDN是英文的縮寫，不同的利益集團(tuán)根據(jù)各自不同的利益出發(fā)，給出了多種不同的解釋，歸結(jié)起來SDN有3種說法：第1種說法為software defined networking，這是目前SDN技術(shù)發(fā)展的主流，networking的中文意義是組網(wǎng)，因此SDN應(yīng)為軟件定義組網(wǎng)技術(shù)。其技術(shù)本質(zhì)有兩點(diǎn)：其一是原來節(jié)點(diǎn)間經(jīng)控制面實(shí)現(xiàn)的動(dòng)態(tài)路由，節(jié)點(diǎn)各自生成路由轉(zhuǎn)發(fā)表的分散式動(dòng)態(tài)路由技術(shù)，改成由控制器集中計(jì)算路由，通過管理面給轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備下發(fā)路由轉(zhuǎn)發(fā)表的集中式路由體系，這就是常說的控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離技術(shù)，這里所謂的控制僅針對(duì)路由體系而言，與網(wǎng)絡(luò)所需的其他控制功能無關(guān)；其二是網(wǎng)管智能化，利用控制器的集中管理和控制優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的管理和控制能力，實(shí)現(xiàn)通信資源的快速部署，或基于實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動(dòng)部署、彈性伸縮等。第2種說法為software driven network，該說法是由思科公司提出的，目的是建立業(yè)務(wù)網(wǎng)和承載網(wǎng)之間的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)層對(duì)網(wǎng)絡(luò)的配置等方面的驅(qū)動(dòng)。這件事情有著很重要的意義，但實(shí)現(xiàn)起來難度很大，原因是被控網(wǎng)絡(luò)往往是不可驅(qū)動(dòng)的，要實(shí)現(xiàn)軟件驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，需要重新設(shè)計(jì)被控網(wǎng)絡(luò)。第3種說法為software defined networks，是當(dāng)年斯坦福一開始提出來的原始理念，它可以用來設(shè)計(jì)和建設(shè)網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新平臺(tái)。上述3種說法，形成SDN的發(fā)展的3個(gè)階段，目前它還處于發(fā)展的第1階段，即組網(wǎng)階段，由于它的主要優(yōu)勢(shì)來自集中管理和控制，對(duì)小網(wǎng)而言在技術(shù)上是可行的，對(duì)大網(wǎng)而言是否可行還需要商用實(shí)踐加以證明。一般來說，過分的集中的技術(shù)在大網(wǎng)中往往是不可行的。

（4）混合組網(wǎng)技術(shù)

混合組網(wǎng)涉及兩個(gè)方面的問題：實(shí)體組網(wǎng)和虛擬組網(wǎng)的混合；SDN和NFV的混合。其中NFV更多在于調(diào)配和管理IT資源，SDN更多在于調(diào)配和管理CT資源，由于兩者的側(cè)重面不同需要協(xié)同配合。

圖1是一種混合組網(wǎng)體系架構(gòu)，圖右邊的藍(lán)框內(nèi)是采用虛擬組網(wǎng)技術(shù)的組網(wǎng)架構(gòu)，左邊的白框內(nèi)是采用實(shí)體組網(wǎng)技術(shù)的組網(wǎng)架構(gòu)。

4.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)的性能。第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)力點(diǎn)在哪里？ IPv6給出了一個(gè)很好的答案，發(fā)力點(diǎn)應(yīng)該在設(shè)計(jì)新的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。IPv6與IPv4不兼容，對(duì)IPv4網(wǎng)絡(luò)而言，IPv6就是一個(gè)新的數(shù)據(jù)網(wǎng)。IPv6設(shè)計(jì)者給出了明確的目標(biāo)，諸如要解決安全問題、服務(wù)質(zhì)量問題、可擴(kuò)展性問題和移動(dòng)性問題等，只是因?yàn)樵O(shè)計(jì)上的問題和另外一些很難說出來的原因，IPv6沒有實(shí)現(xiàn)原定的設(shè)計(jì)目標(biāo)，但它的啟示是明確的。第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的核心是設(shè)計(jì)一個(gè)新的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，它可以使網(wǎng)絡(luò)能力有很大的提升，能滿足相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)通信信息業(yè)發(fā)展的需求。

從技術(shù)層面來說，新型分組數(shù)據(jù)網(wǎng)是對(duì)已有技術(shù)的繼承，但需要有所創(chuàng)新和突破。分組數(shù)據(jù)網(wǎng)是從X.25網(wǎng)開始，這是19世紀(jì)70年代設(shè)計(jì)并投入大規(guī)模商用的第一個(gè)分組數(shù)據(jù)網(wǎng)。X.25的設(shè)計(jì)初期，有兩種工作方式：一種是面向連接的工作方式（虛電路）；另一種是不面向連接的工作方式（數(shù)據(jù)報(bào)）。由于當(dāng)時(shí)所有的通信業(yè)務(wù)中，全部是面向連接的業(yè)務(wù)，找不到使用不面向連接工作方式的通信業(yè)務(wù)，因此在1984年以后，在X.25的協(xié)議中只剩下面向連接一種工作方式（虛電路）。后續(xù)發(fā)展的電信分組數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)中，如幀中繼（F.R）和ATM都是采用面向連接的工作方式。

出于異機(jī)種計(jì)算機(jī)互連需要的計(jì)算機(jī)網(wǎng)，也使用分組數(shù)據(jù)網(wǎng)技術(shù)。異機(jī)種計(jì)算機(jī)互連要實(shí)現(xiàn)進(jìn)程間通信，進(jìn)程間通信需要長(zhǎng)連接，IP網(wǎng)就是在這樣的背景下產(chǎn)生的，IP網(wǎng)解決了與網(wǎng)絡(luò)相連接的所有設(shè)備之間的、端到端的長(zhǎng)連接。計(jì)算機(jī)間還要進(jìn)行進(jìn)程通信，這就是TCP協(xié)議設(shè)計(jì)的初衷，TCP/IP協(xié)議的誕生解決了異機(jī)種計(jì)算機(jī)進(jìn)程通信問題。在TCP/IP協(xié)議產(chǎn)生后的20余年中，除了用于計(jì)算機(jī)互連外（當(dāng)然很成功），IP網(wǎng)在通信上沒有找到實(shí)質(zhì)性的用途。直到1993年Web技術(shù)的出現(xiàn)，IP網(wǎng)才震驚世界。Web業(yè)務(wù)是一種面向進(jìn)程通信的業(yè)務(wù)，它的業(yè)務(wù)特性與IP網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)特性是非常適配的，從Web開始，接著是Web Base業(yè)務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)就以不可思議的速度飛速發(fā)展起來了。在IP網(wǎng)進(jìn)入大規(guī)模商用后，互聯(lián)網(wǎng)專家關(guān)注到IP網(wǎng)在服務(wù)質(zhì)量上存在嚴(yán)重的問題，該問題已經(jīng)成為發(fā)展瓶頸，為此Inter-Serv技術(shù)被提出來了，它采用類似于面向連接的技術(shù)，提出了軟連接的概念，所謂“軟連接”是在通信鏈路中不斷（一定時(shí)間間隔）發(fā)送鏈路連接維持信號(hào)，維持信號(hào)一旦沒有該連接即告拆斷。與Inter-Serv配套的通信協(xié)議是資源預(yù)留協(xié)議（RSVP），在一個(gè)規(guī)模十分有限的網(wǎng)絡(luò)中，RSVP是可用的，但網(wǎng)絡(luò)規(guī)模增大問題就來了，其可擴(kuò)展性極差，Inter-Serv在IP網(wǎng)中沒有規(guī)模使用。Inter-Serv不行，業(yè)界又提出了一個(gè)新的概念，這就是Diff-Serv。Diff-Serv是按類分配網(wǎng)絡(luò)中的資源，以此達(dá)到服務(wù)質(zhì)量保證的目的，結(jié)果也沒有取得成功，因?yàn)樵诖缶W(wǎng)中網(wǎng)絡(luò)資源管理是一件極為復(fù)雜的事情，不是簡(jiǎn)單的IP協(xié)議能搞得定的。Inter-Serv、Diff-Serv是在IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議基礎(chǔ)之上的改良技術(shù)，它們與IP網(wǎng)技術(shù)思路是一致的，與IP網(wǎng)是一體的，沒有改變IP網(wǎng)的特征，因而還是IP網(wǎng)的組成部分。由于都沒有取得成功，就引起了互聯(lián)網(wǎng)專家對(duì)在IP網(wǎng)上采用改良技術(shù)來解決IP網(wǎng)服務(wù)質(zhì)量問題的懷疑，以至最后認(rèn)為采用不面向連接的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)無法解決服務(wù)質(zhì)量問題，要解決服務(wù)質(zhì)量問題必須另找出路。

在第3代網(wǎng)絡(luò)和第4代網(wǎng)之間還有一個(gè)3.5代網(wǎng)絡(luò)，原因是它只是一個(gè)過渡層，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不夠構(gòu)成一代，這個(gè)過渡層能解決一些問題，也帶來更大的問題。第3.5代網(wǎng)絡(luò)是IP+多協(xié)議標(biāo)簽交換（MPLS），這是很奇怪的半代，也是很無奈的半代。眾所周知，IP網(wǎng)是一個(gè)工作在不面向連接工作方式下的分組數(shù)據(jù)網(wǎng)，正因?yàn)椴幻嫦蜻B接的網(wǎng)絡(luò)特性和進(jìn)程通信是適配的，IP網(wǎng)才得以在互聯(lián)網(wǎng)中大展身手。但I(xiàn)P網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量始終是個(gè)問題，無法得到解決。Inter-Serv、Diff-Serv均未能解決問題，于是專家們又回過頭用“面向連接”工作方式的MPLS做以嘗試。雖然我們經(jīng)常說IP+MPLS，其實(shí)兩者之間是沒有太大的關(guān)系，從邏輯上看兩者是完全獨(dú)立的。在IP網(wǎng)上的若干節(jié)點(diǎn)，擁有IP網(wǎng)的全部能力，又具有MPLS的全部能力，將這兩項(xiàng)功能（IP、MPLS）放在一個(gè)物理設(shè)備中，它的IP網(wǎng)部分和IP網(wǎng)連接構(gòu)成一個(gè)IP網(wǎng)的整體，它的MPLS部分則可以提供PE點(diǎn)到PE點(diǎn)的專線。當(dāng)然，這將會(huì)很大程度上提升節(jié)點(diǎn)設(shè)備的復(fù)雜度，但更本質(zhì)的是MPLS是面向連接的，它存在面向連接工作方式所固有的N平方問題，因此只能用于解決網(wǎng)絡(luò)局部的問題，不能解決全局問題。特別是將這兩種本質(zhì)上相抵沖的技術(shù)用在一處，產(chǎn)生了一種很奇怪的網(wǎng)絡(luò)體系。在3.5代網(wǎng)絡(luò)中還使用了（疊加了）不少其他技術(shù)，但都不構(gòu)成主流。在3.5代網(wǎng)絡(luò)中，主要引入的是MPLS，因?yàn)樵诰植磕芙鉀Q一些問題，因此20年來，整個(gè)通信網(wǎng)主要就是依靠IP+MPLS結(jié)構(gòu)在支撐。圖2是目前網(wǎng)絡(luò)的典型架構(gòu)。

該網(wǎng)絡(luò)總體上是一個(gè)IP網(wǎng)，具有“盡力而為”的傳輸能力，無虛擬網(wǎng)能力、服務(wù)質(zhì)量保證，不安全，不可信等。在MPLS覆蓋區(qū)，因?yàn)槭遣捎妹嫦蜻B接的工作方式，性能有實(shí)質(zhì)性的改進(jìn)。因?yàn)镹平方問題（連接數(shù)的數(shù)量），圖2的MPLS區(qū)域只能是以孤立的方式存在，不能連成一個(gè)完整的網(wǎng)絡(luò)。第3.5代網(wǎng)絡(luò)總體上是IP網(wǎng)上打了各種各樣的補(bǔ)丁所構(gòu)成，最大的補(bǔ)丁是MPLS。

那么，第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是什么技術(shù)呢？鑒于未來網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)一定是變速率的業(yè)務(wù)，要與變速率業(yè)務(wù)相適配，第4代網(wǎng)仍將會(huì)是采用基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組數(shù)據(jù)技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與業(yè)務(wù)特性相適配兩者才能得到同步發(fā)展，未來網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)的主體一定是面向進(jìn)程通信的業(yè)務(wù)，因此，第4代網(wǎng)絡(luò)將必定要采用與進(jìn)程通信特性相適配的、不面向連接的工作方式。由于沒有看到新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，也沒有看到新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在近期出現(xiàn)的可能性。盡管在全球范圍內(nèi)，業(yè)界在進(jìn)行大量的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的理論研究，但經(jīng)綜合分析和研究，新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出現(xiàn)的概率非常低。從務(wù)實(shí)和實(shí)際需要出發(fā)，與第3代相同，第4代網(wǎng)仍將會(huì)是采用基于統(tǒng)計(jì)復(fù)用的分組數(shù)據(jù)技術(shù)和不面向連接的工作方式。目前的IP網(wǎng)是符合這個(gè)條件的，那么能不能從IP網(wǎng)再走下去，來實(shí)現(xiàn)第4代網(wǎng)絡(luò)？20多年來，業(yè)界一直不斷在進(jìn)行探索和嘗試，如采用Inter-Serv和Diff-Serv，結(jié)果很不理想；而改用面向連接的MPLS雖然局部有改善，但結(jié)果也很不理想。簡(jiǎn)單的從IP網(wǎng)作改造已不可能突破，第4代網(wǎng)必須引入新的設(shè)計(jì)理念和新的體系架構(gòu)才有可能有新的突破和發(fā)展。第4代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的目標(biāo)是：解決安全可信、可管可控、服務(wù)質(zhì)量、移動(dòng)性、虛擬網(wǎng)和可擴(kuò)展性等問題，實(shí)質(zhì)性地提升網(wǎng)絡(luò)的性能。

5 結(jié)束語

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)要求網(wǎng)絡(luò)能夠支持：智能化制造、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同、個(gè)性化定制和產(chǎn)業(yè)化服務(wù)；融合ICT信息基礎(chǔ)設(shè)施要求網(wǎng)絡(luò)有能力將云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等IT基礎(chǔ)設(shè)施提供給廣泛用戶，從而要求云內(nèi)網(wǎng)、云間網(wǎng)和云到用戶網(wǎng)是一體化網(wǎng)絡(luò)；第5代移動(dòng)通信在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上有突破性要求，全網(wǎng)需要實(shí)現(xiàn)“IP化（數(shù)據(jù)分組化）”。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、融合ICT信息基礎(chǔ)設(shè)施和第5代移動(dòng)通信使網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入4.0時(shí)代。

參考文獻(xiàn)

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