核心網(wǎng)NFV DC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)目標(biāo)與原則探討

程思遠(yuǎn)

【摘要】 運(yùn)營(yíng)商N(yùn)FV數(shù)據(jù)中心（NFV Data Center，NFV DC）是運(yùn)營(yíng)商電信類設(shè)備與應(yīng)用的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)流通的中心，是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)交換最集中的地方。隨著核心網(wǎng)各解決方案以及無線、業(yè)務(wù)軟件解決方案的全面云化部署，為NFV DC的組網(wǎng)方案設(shè)計(jì)帶來了較高的要求，本文基于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)NFV DC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和原則進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】 NFV網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 數(shù)據(jù)中心 云計(jì)算

一、引言

在技術(shù)發(fā)展與市場(chǎng)需求雙重驅(qū)動(dòng)下，NFV…DC與云計(jì)算建設(shè)浪潮正呈現(xiàn)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢(shì)。云計(jì)算以其卓越的創(chuàng)新性和前瞻性，給IT行業(yè)、互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)和通信行業(yè)在技術(shù)和商業(yè)模式方面帶來了深刻影響，被廣泛視為信息產(chǎn)業(yè)的下一次革命，已越來越成為信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中的趨勢(shì)和必然選擇。目前，IT、互聯(lián)網(wǎng)和通信行業(yè)運(yùn)營(yíng)商紛紛調(diào)整戰(zhàn)略，進(jìn)入云計(jì)算領(lǐng)域，將其作為新業(yè)務(wù)發(fā)展戰(zhàn)略方向?；谠朴?jì)算的NFV…DC，將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源作為服務(wù)，向客戶提供更具競(jìng)爭(zhēng)力的個(gè)性化、專業(yè)化互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，使云NFV…DC業(yè)務(wù)成為運(yùn)營(yíng)商N(yùn)FV…DC新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)，為運(yùn)營(yíng)商N(yùn)FV…DC提供了新的商業(yè)模式。那么在大規(guī)模建設(shè)NFV…DC網(wǎng)絡(luò)的前提下，我們要基于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)NFV…DC網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)的目標(biāo)和原則進(jìn)行研究，以期在成本控制、網(wǎng)絡(luò)影響和實(shí)施進(jìn)度上使網(wǎng)絡(luò)有更平滑的過渡。

二、運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)面臨挑戰(zhàn)

傳統(tǒng)NFV…DC數(shù)據(jù)中心，缺乏統(tǒng)一開放的平臺(tái)，無法實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度、支撐多樣化應(yīng)用。業(yè)務(wù)部署需要從底層做起，基礎(chǔ)配置復(fù)雜，新業(yè)務(wù)上線周期長(zhǎng)，增值服務(wù)成本過高，運(yùn)營(yíng)商及企業(yè)用戶希望通過引入云計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施與業(yè)務(wù)應(yīng)用平臺(tái)的升級(jí)改造，從而實(shí)現(xiàn)降低TCO、提升企業(yè)核心業(yè)務(wù)部署與運(yùn)行效率的核心目標(biāo)。但是當(dāng)前面臨如下挑戰(zhàn)：

1、將分布式的、異構(gòu)的基礎(chǔ)設(shè)施資源以云服務(wù)的方式提供和消費(fèi)。

數(shù)據(jù)中心內(nèi)遍布不同廠家的服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)和安全硬件，操作系統(tǒng)涉及Unix、Linux、Windows，大大增加了云服務(wù)抽象和統(tǒng)一化的難度。同時(shí)不同應(yīng)用所需的云服務(wù)能力如容災(zāi)、備份需求也各不相同。

2、針對(duì)已運(yùn)行多年且正在服務(wù)的數(shù)據(jù)中心需要在現(xiàn)有基礎(chǔ)上逐步改造建設(shè)。

在逐步改造的過程中需要既能滿足當(dāng)前業(yè)務(wù)要求，又能夠保障數(shù)據(jù)中心的持續(xù)演進(jìn)。

3、由于基礎(chǔ)設(shè)施資源池云化所帶來的大顆粒（基礎(chǔ)設(shè)施集成了更多硬件，上層集成了更多應(yīng)用）和統(tǒng)一管控的特征，數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)設(shè)施云化建設(shè)面臨如何有效解決云服務(wù)產(chǎn)品和解決方案供應(yīng)商的Vendor-Lock-In問題。

針對(duì)如上挑戰(zhàn)，設(shè)備供應(yīng)商通過引入開放兼容、接口標(biāo)準(zhǔn)化的OpenStack，提供兼容性強(qiáng)的解決方案，為用戶提供云操作系統(tǒng)。其主要技術(shù)是通過虛擬化企業(yè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源，為運(yùn)營(yíng)商提供統(tǒng)一的資源管理與調(diào)度策略。

主流解決方案與物理硬件解耦，實(shí)現(xiàn)靈活的資源共享，提高資源利用率、降低管理成本。其架構(gòu)如圖1所示…：

使用該解決方案，可以幫助用戶實(shí)現(xiàn)：

在數(shù)據(jù)中心初建時(shí)，統(tǒng)一管理數(shù)據(jù)中心內(nèi)分布式、異構(gòu)的物理設(shè)備，實(shí)現(xiàn)云化。當(dāng)數(shù)據(jù)中心需要云化改造和擴(kuò)容時(shí)，無須擔(dān)心采購(gòu)的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)、安全等物理資源或者虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施的Vendor-Lock-In問題。在數(shù)據(jù)中心新建、分步改造和擴(kuò)容建設(shè)的時(shí)候，企業(yè)可以通過標(biāo)準(zhǔn)的OpenStack…API總線，與滿足OpenStack標(biāo)準(zhǔn)接口的第三方廠商對(duì)接。

三、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求

NFV…DC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要滿足以下主要需求：

1、支持多種類型的接入用戶

1）互聯(lián)網(wǎng)用戶，即訪問互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的終端用戶，包括個(gè)人用戶和外部企業(yè)的互聯(lián)網(wǎng)用戶；

2）桌面云用戶，即訪問桌面云的終端用戶，包括互聯(lián)網(wǎng)桌面云用戶和數(shù)據(jù)中心內(nèi)部桌面云用戶；

3）數(shù)據(jù)中心運(yùn)維管理員，主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)、系統(tǒng)等的維護(hù)，例如：UC的開發(fā)人員，應(yīng)用系統(tǒng)維護(hù)人員；

4）數(shù)據(jù)中心運(yùn)營(yíng)人員，如負(fù)責(zé)套餐定制、審批、業(yè)務(wù)下發(fā)等工作。

2、支持IPsec…VPN、SSL…VPN、MPLS…VPN等多種安全訪問方式。

3、提供完整的安全策略控制體系以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心安全控制。從業(yè)務(wù)角度，網(wǎng)絡(luò)按功能劃分區(qū)域，各個(gè)功能區(qū)之間在保證正常的業(yè)務(wù)流量與效率的同時(shí)，嚴(yán)格進(jìn)行訪問控制。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部和外部應(yīng)實(shí)現(xiàn)安全隔離，不同業(yè)務(wù)區(qū)、應(yīng)用服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器區(qū)域之間實(shí)現(xiàn)安全隔離，保障業(yè)務(wù)系統(tǒng)的安全性。

4、具備快速收斂、高轉(zhuǎn)發(fā)性能、易維護(hù)、易管理和節(jié)能環(huán)保等特性，這就需要簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，降低網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜度。

5、具備高可靠性、高可用性。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)能有效避免單點(diǎn)故障，在設(shè)備選擇和關(guān)鍵設(shè)備互聯(lián)時(shí)，應(yīng)提供充分的關(guān)鍵設(shè)備冗余、重要業(yè)務(wù)模塊冗余和鏈路冗余，骨干網(wǎng)絡(luò)應(yīng)當(dāng)達(dá)到電信級(jí)可靠性。

6、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備選型需要具備高擴(kuò)展性，不僅滿足當(dāng)前需要，也能滿足未來業(yè)務(wù)擴(kuò)展需求。…

7、滿足網(wǎng)絡(luò)虛擬化需求。核心/匯聚交換機(jī)和接入交換機(jī)通過交換機(jī)集群虛擬化或堆疊技術(shù)分別虛擬成一臺(tái)邏輯設(shè)備，減少設(shè)備節(jié)點(diǎn)、簡(jiǎn)化配置。

8、滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)虛擬化需求。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)區(qū)中的防火墻、應(yīng)用負(fù)載均衡等業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)設(shè)備要支持虛擬化，以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的安全管理界限劃分和故障隔離。

四、設(shè)計(jì)目標(biāo)

為適應(yīng)不斷變化的業(yè)務(wù)需求，滿足NFV…DC的規(guī)模化發(fā)展，提升行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，保持行業(yè)領(lǐng)先，運(yùn)營(yíng)商普遍對(duì)NFV…DC的建設(shè)做出新的規(guī)劃：依托云計(jì)算平臺(tái)，建立低能耗、高收益、自動(dòng)化的NFV…DC數(shù)據(jù)中心，提供有競(jìng)爭(zhēng)力的個(gè)性化、專業(yè)化服務(wù)，增加NFV…DC業(yè)務(wù)盈利點(diǎn)。endprint

為保證NFV…DC的可持續(xù)發(fā)展，提高運(yùn)營(yíng)能力，云計(jì)算NFV…DC數(shù)據(jù)中心的建設(shè)目標(biāo)主要包含以下方面：

1、傳統(tǒng)業(yè)務(wù)和云計(jì)算業(yè)務(wù)融合創(chuàng)新。構(gòu)建統(tǒng)一的云計(jì)算平臺(tái)，提供豐富的IaaS、PaaS、SaaS應(yīng)用服務(wù)，加大云計(jì)算增值業(yè)務(wù)的比重，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)模式的轉(zhuǎn)變和突破。

2、構(gòu)筑可演進(jìn)的NFV…DC動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)架構(gòu)。構(gòu)建規(guī)?；脑朴?jì)算資源共享平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)計(jì)算資源平臺(tái)根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)擴(kuò)展，為互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供海量數(shù)據(jù)交換能力，為業(yè)務(wù)的可持續(xù)發(fā)展提供保障。

3、建立統(tǒng)一高效的運(yùn)營(yíng)管理平臺(tái)。建立統(tǒng)一管理平臺(tái)，對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施、IT設(shè)備等資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)度和自動(dòng)管控，簡(jiǎn)化管理、提高運(yùn)營(yíng)效率、降低運(yùn)營(yíng)成本。

4、構(gòu)建完整有效的安全防護(hù)系統(tǒng)。建立完整的安全監(jiān)管體系，保障NFV…DC安全運(yùn)營(yíng)，將安全作為一種服務(wù)提供給NFV…DC客戶，增強(qiáng)客戶對(duì)NFV…DC信任度。

5、實(shí)現(xiàn)綠色高效、節(jié)能減排的統(tǒng)一規(guī)劃。通過對(duì)NFV…DC云計(jì)算方案的統(tǒng)一規(guī)劃，建立高密度、低能耗、綠色高效的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心。

五、設(shè)計(jì)原則

5.1可靠性

NFV…DC是互聯(lián)網(wǎng)中數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)流通的中心，承載大量的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，整個(gè)系統(tǒng)的可靠性十分重要。網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)中采用冗余網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備和鏈路的冗余；關(guān)鍵設(shè)備選用高可靠性產(chǎn)品，可實(shí)現(xiàn)單板、模塊熱拔插、控制模塊和電源冗余；減少網(wǎng)絡(luò)層級(jí)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從組網(wǎng)架構(gòu)上提高可靠性。

5.2安全性

NFV…DC數(shù)據(jù)中心承載各種復(fù)雜的業(yè)務(wù)，特別是數(shù)據(jù)互聯(lián)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，極其容易受到攻擊，安全保證至關(guān)重要。數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)具備有效的安全控制，按業(yè)務(wù)、按權(quán)限進(jìn)行分區(qū)邏輯隔離，對(duì)特別重要的業(yè)務(wù)采取物理隔離，如以服務(wù)器為中心的業(yè)務(wù)、IP存儲(chǔ)備份、管理網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行邏輯隔離，管理網(wǎng)絡(luò)采取物理隔離。

5.3可擴(kuò)展性

NFV…DC的主要業(yè)務(wù)是提供資源和專業(yè)服務(wù)，為滿足不斷變化和擴(kuò)展的業(yè)務(wù)需求，NFV…DC必須具備靈活的可擴(kuò)展性。NFV…DC網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)應(yīng)遵循TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)，采用多層次設(shè)計(jì)方式，系統(tǒng)可分為網(wǎng)絡(luò)路由核心層、核心匯聚交換層、業(yè)務(wù)接入層。每個(gè)層次應(yīng)采用可擴(kuò)展性的模塊化設(shè)計(jì)，可依據(jù)NFV…DC業(yè)務(wù)需求和發(fā)展進(jìn)行靈活擴(kuò)展；云平臺(tái)通過虛擬化技術(shù)，將資源池化，上層應(yīng)用與底層設(shè)備之間松散耦合，保證系統(tǒng)最大的靈活性和可擴(kuò)展性；云平臺(tái)的資源動(dòng)態(tài)調(diào)度功能，可以保證業(yè)務(wù)應(yīng)用根據(jù)工作負(fù)荷需求自動(dòng)伸縮，保證性能與服務(wù)水平。

5.4多業(yè)務(wù)性

傳統(tǒng)NFV…DC業(yè)務(wù)與云計(jì)算新業(yè)務(wù)的有效結(jié)合，為NFV…DC用戶提供豐富的個(gè)性化、多樣性服務(wù)選擇，提高云計(jì)算NFV…DC的競(jìng)爭(zhēng)力。為滿足業(yè)務(wù)多樣性，NFV…DC動(dòng)態(tài)基礎(chǔ)架構(gòu)要求能夠統(tǒng)一管理調(diào)配資源、動(dòng)態(tài)按需擴(kuò)展，滿足大量的突發(fā)請(qǐng)求，根據(jù)客戶的不同需求按需提供、按需收費(fèi)。

5.5可管理性和維護(hù)性

NFV…DC數(shù)據(jù)中心規(guī)模巨大，設(shè)備眾多，組網(wǎng)復(fù)雜，因此應(yīng)充分考慮NFV…DC系統(tǒng)的可維護(hù)性，做到統(tǒng)一規(guī)劃、集中管理，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)自動(dòng)化，從而實(shí)現(xiàn)NFV…DC的低成本、高效率運(yùn)營(yíng)。

5.6綠色節(jié)能

NFV…DC整體網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)從機(jī)房供電、散熱、機(jī)房布局、設(shè)備選型等多個(gè)方面考慮降低能耗

六、結(jié)束語

現(xiàn)階段NFV在規(guī)劃、建設(shè)方面還存在若干亟待解決的問題，本文希望基于以上提出的問題和建設(shè)目標(biāo)、原則，在實(shí)踐中逐步推進(jìn)規(guī)劃、建設(shè)的關(guān)鍵流程，助力后續(xù)NFV的商用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]中國(guó)移動(dòng)通信有限公司研究院，中國(guó)移動(dòng)技術(shù)愿景2020+白皮書.2015

[2]李晨，段曉東，陳煒等.SDN和NFV的思考與實(shí)踐[J].電信科學(xué).2014（8）

[3]李晨，段曉東，黃璐.基于SDN和NFV的云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[J].電信網(wǎng)技術(shù).2014（06）

[4]…NFV…ETSI…ISG，ETSI…GS…NFV…004…V1.1.1-2013…NFV：Virtualization…Requirements【S】，2013endprint