前 言

圖靈獎(jiǎng)得主Butler Lampson提出了“一切皆可計(jì)算”的概念，這一概念的實(shí)現(xiàn)不僅得益于數(shù)學(xué)模型的發(fā)展和計(jì)算、存儲(chǔ)能力的提高，也離不開(kāi)虛擬化的思想，它使得通用的計(jì)算機(jī)能夠模擬出幾乎任意一種專(zhuān)用計(jì)算設(shè)備.如今互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展正在讓時(shí)代邁入“萬(wàn)物皆可互聯(lián)”的階段，網(wǎng)絡(luò)不再是簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)傳輸工具，豐富多彩的網(wǎng)絡(luò)功能使得個(gè)性化、定制化、智能化的服務(wù)成為可能，如機(jī)器對(duì)機(jī)器通信、視頻直播服務(wù)、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、移動(dòng)智能可穿戴技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等.使用專(zhuān)用的網(wǎng)絡(luò)中間盒設(shè)備已難以滿足日益增長(zhǎng)的用戶(hù)需求，而通過(guò)虛擬化技術(shù)在通用設(shè)備上實(shí)現(xiàn)高效、靈活、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)功能部署已經(jīng)成為新的趨勢(shì).全球幾大電信運(yùn)營(yíng)商在2012年的SDN和OpenFlow大會(huì)上首次提出了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)的概念.在此后的短短幾年時(shí)間里，NFV影響的范圍已經(jīng)不僅僅局限于電信領(lǐng)域，成為了設(shè)備提供商、云服務(wù)提供商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和學(xué)術(shù)研究人員的新寵兒，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作與研究工作正在迅速開(kāi)展.

在此背景下，我們適時(shí)提出組織本期“網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化”專(zhuān)題，經(jīng)過(guò)公開(kāi)征文及約稿，由特約編輯邀請(qǐng)的約20位計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的專(zhuān)家對(duì)征得的稿件進(jìn)行了嚴(yán)格的評(píng)審，最終遴選出8篇論文入選本專(zhuān)題.包含1篇綜述和7篇研究性論文，其中4篇研究性論文著眼于NFV平臺(tái)的開(kāi)發(fā)和性能提升，包括負(fù)載均衡、故障檢測(cè)、可編程硬件和安全可信路由，另外3篇文章則關(guān)注NFV資源調(diào)度及服務(wù)功能鏈(SFC)的映射編排問(wèn)題，目標(biāo)包括縮短任務(wù)完成時(shí)間、提高SFC可生存性、降低底層網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷(xiāo)等.這些文章在一定程度上反映了當(dāng)前國(guó)內(nèi)學(xué)者在NFV領(lǐng)域的主要研究工作.

NFV自2012年首次提出以來(lái)，在短短的五年多時(shí)間里涌現(xiàn)了大量的研究工作.然而，這些工作從表面上看起來(lái)異常發(fā)散，往往令初次接觸NFV的人好似盲人摸象，難以把握技術(shù)發(fā)展的全貌和趨勢(shì).“網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)研究綜述”(周偉林、楊芫、徐明偉)一文對(duì)NFV體系結(jié)構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化組織、涉及的背景技術(shù)以及帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)進(jìn)行了清晰的闡述，并按照NFV體系結(jié)構(gòu)中兩個(gè)相互正交的維度：數(shù)據(jù)控制平面、邏輯物理實(shí)現(xiàn)，對(duì)已有研究工作進(jìn)行了梳理和分析.基于上述工作，指出了未來(lái)NFV技術(shù)需要在通用平臺(tái)性能、服務(wù)功能鏈映射和放置、安全可靠性方面展開(kāi)進(jìn)一步的研究.這個(gè)展望也與本次專(zhuān)題所選擇的研究論文所關(guān)注的方向不謀而合.

為了使NFV平臺(tái)面對(duì)數(shù)量龐大的用戶(hù)請(qǐng)求和數(shù)據(jù)流量仍然能保持專(zhuān)用設(shè)備級(jí)別的處理性能，負(fù)載均衡是一種重要的技術(shù)手段，它將負(fù)載均勻分發(fā)至處理能力有限的通用服務(wù)器所承載的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能中.“面向網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的高性能負(fù)載均衡機(jī)制”(王煜煒、劉敏、馬誠(chéng)等)一文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于軟件的通用高性能負(fù)載均衡系統(tǒng)，基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的思想，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和調(diào)度策略相分離.該系統(tǒng)與已有的軟件負(fù)載均衡器相比，極大地提升了數(shù)據(jù)包處理與轉(zhuǎn)發(fā)性能.

能否對(duì)故障做出快速響應(yīng)也是衡量NFV平臺(tái)性能的重要因素，現(xiàn)有的大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)鏈路故障檢測(cè)功能通常由中間盒設(shè)備提供或被直接整合到交換設(shè)備中.“面向數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)的鏈路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)即服務(wù)”(王軍曉、齊恒、李克秋等)一文利用了虛擬網(wǎng)絡(luò)功能來(lái)提供鏈路故障實(shí)時(shí)檢測(cè)服務(wù)，所設(shè)計(jì)的基于探測(cè)矩陣優(yōu)化的鏈路故障檢測(cè)方法與已有方案相比，能以更小的帶寬占用和服務(wù)器負(fù)載實(shí)現(xiàn)更快速的故障檢測(cè).

用軟件的方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能在性能上面臨挑戰(zhàn)，靈活可編程的硬件從另一個(gè)角度提供了解決思路.“DrawerPipe：基于FPGA的可重構(gòu)分組處理流水線模型”(厲俊男、楊翔瑞、孫志剛)一文針對(duì)FPGA實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能提出了一種可重構(gòu)的流水線模型，通過(guò)裝載不同的處理模塊組合實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能，并提供了一種協(xié)議無(wú)關(guān)的可編程模塊接口，實(shí)現(xiàn)不同模塊之間的適配.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明DrawerPipe具有可擴(kuò)展性強(qiáng)、線速處理、資源利用率高等優(yōu)點(diǎn)，可用于網(wǎng)絡(luò)功能的快速部署.

NFV需要滿足來(lái)自不同用戶(hù)的多樣化需求，其中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的安全可信是一個(gè)重要的指標(biāo).“基于虛擬拓?fù)涞亩嗉?jí)可信傳輸體系及路由計(jì)算”(陳文龍、趙一榮、肖融等)一文提出了可信管理策略和多級(jí)可信傳輸機(jī)制，采用虛擬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建的虛擬拓?fù)淠艽_保網(wǎng)絡(luò)中的報(bào)文必須通過(guò)不小于其可信級(jí)別的路由器進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā).文章基于Floyd算法思想設(shè)計(jì)了多關(guān)聯(lián)拓?fù)渎窂接?jì)算方法，相比典型的路由算法計(jì)算時(shí)間顯著降低.

為了滿足日益增長(zhǎng)的用戶(hù)需求，NFV需要實(shí)現(xiàn)高效的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理、編排和資源分配.“網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化中延時(shí)感知的資源調(diào)度優(yōu)化方法”(徐冉、王文東、龔向陽(yáng)等)一文針對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能資源分配和保證良好用戶(hù)體驗(yàn)的問(wèn)題提出了解決方案.通過(guò)考慮虛擬網(wǎng)絡(luò)功能在不同資源節(jié)點(diǎn)間傳輸對(duì)任務(wù)完成時(shí)間的影響，設(shè)計(jì)了啟發(fā)式的算法，與已有研究相比性能有較大提升.

NFV編排和SFC映射可以用于實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，也能通過(guò)預(yù)留資源和備份的方式提高網(wǎng)絡(luò)功能的可用性.“一種區(qū)分等級(jí)的可生存服務(wù)功能鏈映射方法”(劉藝、張紅旗、楊英杰等)一文研究了如何兼顧提高SFC可生存能力和降低底層網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷(xiāo)，對(duì)于對(duì)可生存性要求較高的關(guān)鍵SFC采用建立備用路徑和快速切換的方法減少分組丟失，而對(duì)于一般SFC則選擇重新建立路徑.“網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化環(huán)境下安全服務(wù)鏈故障的備份恢復(fù)機(jī)制”(黃睿、張紅旗、常德顯)一文則通過(guò)預(yù)留資源和選擇重映射目標(biāo)來(lái)進(jìn)行故障修復(fù).

本專(zhuān)題征文發(fā)出后得到了廣大研究人員的積極響應(yīng)和踴躍投稿.我們感謝所有作者對(duì)本刊的大力支持！由于專(zhuān)題容量有限，部分優(yōu)秀稿件無(wú)法列入發(fā)表.我們同樣感謝審稿專(zhuān)家對(duì)本專(zhuān)題稿件的認(rèn)真審查和中肯建議！我們還要特別感謝《計(jì)算機(jī)研究與發(fā)展》編委會(huì)和編輯部開(kāi)辟了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的專(zhuān)題，促進(jìn)了相關(guān)前沿技術(shù)的研究和知識(shí)傳播，感謝他們?yōu)楸緦?zhuān)題的編輯和出版付出的辛勤工作！

本專(zhuān)題的出版期望能給廣大研究人員帶來(lái)啟發(fā)和幫助，在審稿過(guò)程中難免出現(xiàn)不盡人意之處，希望各位作者和讀者包容和諒解，希望同行不吝批評(píng)指正.