網(wǎng)絡功能虛擬化技術(shù)研究

崔文博++侯大海

[摘 要]SDN/NFV技術(shù)可讓網(wǎng)絡實現(xiàn)“資源可全局調(diào)度、能力可全面開放、容量可彈性伸縮、架構(gòu)可靈活調(diào)整”，能夠有效降低CAPEX/OPEX，并更好地滿足客戶需求，本文主要介紹了NFV的架構(gòu)和NFV層次。

[關(guān)鍵詞]NFV；虛擬化；SDN

doi：10.3969/j.issn.1673 - 0194.2017.16.090

[中圖分類號]TP393.01 [文獻標識碼]A [文章編號]1673-0194（2017）16-0-02

1 傳統(tǒng)網(wǎng)絡問題

目前，運營商的網(wǎng)絡建設(shè)及業(yè)務正面臨著越來越多的挑戰(zhàn)，既要面對OTT競爭，又要承受降低投資成本（CAPEX）以及運營成本（OPEX）的壓力，同時還要滿足消費者體驗需求的互聯(lián)網(wǎng)化，為不同用戶提供差異化服務。運營商正面臨流量成本與收入的剪刀差持續(xù)擴大、增量不增收的窘境，轉(zhuǎn)型已刻不容緩。網(wǎng)絡架構(gòu)重構(gòu)已成為網(wǎng)絡可持續(xù)發(fā)展的必然要求。

2 NFV架構(gòu)

2012年11月，13個運營商在ETSI組織下成立了一個組織NFV-ISG，致力于推動“網(wǎng)絡功能虛擬化”，發(fā)布了NFV白皮書，提出了NFV的目標和行動計劃。

NFV（Network Function Virtualization），指的是網(wǎng)絡功能虛擬化技術(shù)，即用軟件來安裝、控制、操作那些運行在通用硬件上的網(wǎng)絡功能，融合了云和虛擬化技術(shù)，使新一代網(wǎng)絡業(yè)務擁有更好的伸縮性和自動化能力。ETSI NFV標準架構(gòu)如圖1所示。

NFV主要包括三部分架構(gòu)：NFVI、VNF、MANO。

第一部分，NFVI（NFV Infrastructure）包含物理硬件和虛擬硬件以及虛擬化層（hypervisor，如vSwitch、KVM、XEN等）。物理設(shè)備主要包括COTS（commercial-off-the-shelf）服務器、交換機、存儲設(shè)備等。COTS服務器主要指標準的X86服務器；交換機主要為了實現(xiàn)服務器之間以及服務器與外網(wǎng)的互聯(lián)；存儲設(shè)備主要滿足網(wǎng)絡數(shù)據(jù)存儲需求。由于目前SDN不夠成熟，不能滿足NFV的需求，因此用戶需要通過交換機來實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)需求。隨著SDN的發(fā)展，SDN融入NFV網(wǎng)絡，替換現(xiàn)有交換機將是必然趨勢。NFVI可以跨越若干個物理位置進行部署，此時，為這些物理站點提供數(shù)據(jù)連接的網(wǎng)絡也稱為NFVI的一部分。目前，一部分IT公司可以提供NFV所需物理服務器，包括華為的E9000、F8000，HP的H7000，IBM的標準服務器，浪潮的標準服務器等，而虛擬化層軟件可以選擇的也較多。

第二部分，VNF指的是具體的虛擬網(wǎng)絡功能，可以提供的網(wǎng)絡服務是軟件，可以理解為手機的APP。目前，VNF的功能仍主要由CT公司提供。華為、中興、愛立信、諾西等均可以提供VNF軟件。目前，VNF軟件主要是實現(xiàn)核心網(wǎng)包括EPC和IMS的虛擬化，并利用云化系統(tǒng)將NFVI提供的虛擬化資源整合為虛擬設(shè)備，然后在虛擬設(shè)備的上安裝Guset OS以及相應的功能軟件。對應VNF，傳統(tǒng)的基于硬件的網(wǎng)元可稱為PNF，VNF和PNF可以單獨組網(wǎng)或混合組網(wǎng)，提供特定場景下所需的E2E網(wǎng)絡服務。NFV、VNF看似相似實則含義截然不同。NFV是一種虛擬化的網(wǎng)絡架構(gòu)，解決了將網(wǎng)絡功能垂直 部署在通用服務器上的問題；而VNF則是一種網(wǎng)絡服務。

第三部分，MANO（Management and Orchestration），指的是NFV的管理和編排，由NFVO（NFV Orchestrator）、VNFM（VNF Manager）以及VIM（Virtualised infrastructure manager）三部分共同組成。其向上接入OSS/BSS，向下可以連接管理物理設(shè)備，中間還可以管理虛擬化設(shè)備。Orchestration的本意是管弦樂團，在NFV架構(gòu)中，NFVO更像是樂隊指揮，控制著整個樂團的各個樂器的組成以及配合。各個VNF、PNF就是樂團中的某種樂器，只能根據(jù)樂隊的指揮命令完成自己的職責，也只有在指揮的控制下，整個樂團才能夠在正確的時間做正確的事情，才能發(fā)揮應有作用。

3 NFV層次

NFV被分為了NFVI層和VNF層，因此每層需要不同的管理組件。

VIM用于管理NFVI層，包括管理物理硬件以及虛擬硬件。VIM可以獲得硬件的維護信息，同時VIM還負責VNF的虛擬資源分配，包括虛擬計算資源、虛擬存儲資源以及虛擬網(wǎng)絡資源。開源的Openstack及非開源的VMWare均具備VIM功能，部分廠家根據(jù)自己的理解增強了VIM功能。

VNFM用于管理VNF層，主要是VNF的生命周期管理，如包括VNF的創(chuàng)建及刪除、Scale in/out、監(jiān)控VNF的狀態(tài)、image onboard、系統(tǒng)安裝、軟件部署等。在創(chuàng)建VNF前，VNFM會讀取VNFD（VNF描述文件），根據(jù)VNFD文件中的資源說明創(chuàng)建VNF，創(chuàng)建后則根據(jù)VNFD文件中的策略來管理VNF。

NFVO用于管理整個網(wǎng)絡業(yè)務的生命周期，包括管理NS的生命周期，通過與VNFM的協(xié)作可以協(xié)調(diào)VNF生命周期的管理，通過與VIM的協(xié)作可以協(xié)調(diào)NFVI各類資源的管理。NFVO不僅管理了整個網(wǎng)絡資源，還負責管理各類資源之間的連接，通過統(tǒng)一管理確保各類資源分配以及連接最優(yōu)化。NFVO主要基于NSD（網(wǎng)絡服務描述）實現(xiàn)，NSD中包含Service chain、NFV以及性能目標等信息。

4 SDN和NFV的區(qū)別

4.1 SDN與NFV的關(guān)鍵點

SDN與NFV的核心及關(guān)鍵點如表1所示。

4.2 SDN與NFV關(guān)注的層次不同

SDN與NFV關(guān)注的OSI層次模型如圖2所示。對比OSI模型，SDN主要是處理OSI模型中的2～3層，而NFV則主要處理OSI的4～7層。

SDN改變的是網(wǎng)絡的基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)，包括以太網(wǎng)交換機、路由器等數(shù)據(jù)路由設(shè)備。NFV改變的是業(yè)務網(wǎng)絡架構(gòu)，比如負載均衡、防火墻、網(wǎng)絡優(yōu)化控制器等。

5 結(jié) 語

NFV不但可以在Capex/Opex上幫助運營商減少消耗，同時也是5G時代網(wǎng)絡組成的重要技術(shù)。5G時代不僅僅是人與人的互聯(lián)，還是人與物的互聯(lián)、物與物的互聯(lián)。5G網(wǎng)絡的需求多樣，并且應用場景非常廣泛，不能像原來那樣基于軟硬件高度耦合的方式來解決問題。未來的5G網(wǎng)絡是面向全連接的網(wǎng)絡，必然需要網(wǎng)絡支持切片，滿足多樣化需求，而要實現(xiàn)這一點，運營商就必須引入NFV技術(shù)，采用通用處理器構(gòu)建資源池的方式實現(xiàn)軟硬件的解耦合。endprint