網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)在廣電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的應(yīng)用研究

陳 坤

江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司 江蘇 南京 210000

一、前言

隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新興信息技術(shù)業(yè)務(wù)應(yīng)用的規(guī)模落地，新業(yè)務(wù)應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)的需求越來越高，靈活性、易擴(kuò)展和簡單易用成為運(yùn)營商未來網(wǎng)絡(luò)必須具備的基本能力，網(wǎng)絡(luò)虛擬化新技術(shù)在行業(yè)內(nèi)逐步被認(rèn)同并快速發(fā)展。廣電網(wǎng)絡(luò)因其業(yè)務(wù)特性，在組網(wǎng)方式和理念上仍采用傳統(tǒng)的模式，已經(jīng)凸顯出對資源調(diào)度和配置的靈活性不足、對新業(yè)務(wù)/應(yīng)用的開通部署慢、對網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營維護(hù)的要求高等問題，本文通過對網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)(SDN/NFV)的分析研究，為廣電數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)模式的轉(zhuǎn)型尋找適合的思路和理念。

二、網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)介紹

目前業(yè)內(nèi)主流的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)有：

(1) SDN技術(shù)。SDN，即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，它誕生于校園網(wǎng)，是一種網(wǎng)絡(luò)虛擬化(Network Virtualization，NV)技術(shù)，其利用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議(例如OpenFlow)把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制層面從數(shù)據(jù)層面中分離出來，并以軟件方式實(shí)現(xiàn)。

(2)NFV技術(shù)。NFV，即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，它由服務(wù)供應(yīng)商創(chuàng)建，旨在通過IT虛擬化技術(shù)，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的大容量服務(wù)器、存儲和交換機(jī)承載各種各樣的網(wǎng)絡(luò)軟件功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的靈活配置，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一化、通用化以及適配性，加快網(wǎng)絡(luò)部署和調(diào)整的速度，降低業(yè)務(wù)部署的復(fù)雜度。

三、SDN/NFV技術(shù)帶來的改變

網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)目標(biāo)是以軟件為中心，采用SDN/NFV關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建可運(yùn)營的統(tǒng)一業(yè)務(wù)管理平臺，將傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)機(jī)房向數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)型，逐步實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)IT化、設(shè)備軟件化、硬件標(biāo)準(zhǔn)化。

(1)網(wǎng)絡(luò)云化。傳統(tǒng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中通常采用大量專用硬件設(shè)備，采用的技術(shù)相對單一且管理和調(diào)度是分離的。這種架構(gòu)已難以支撐和滿足日新月異的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、業(yè)務(wù)快速部署、服務(wù)創(chuàng)新等方面的需求，而NFV將云計(jì)算技術(shù)引入到電信網(wǎng)絡(luò)中來，能夠大幅提升網(wǎng)絡(luò)的靈活性，有利于新業(yè)務(wù)的開發(fā)和部署，提升網(wǎng)絡(luò)的管理和維護(hù)效率；因此，逐漸形成以“功能軟件化”、“業(yè)務(wù)統(tǒng)一編排”和“硬件云資源池”為主要特征的網(wǎng)絡(luò)云化體系。

(2)大大提升網(wǎng)絡(luò)的管理和可編排能力。SDN為越來越復(fù)雜及高度虛擬的網(wǎng)絡(luò)提供了所需的管理和編排工具。對于運(yùn)營商而言，SDN可以創(chuàng)建與頻譜和網(wǎng)絡(luò)資源分配相關(guān)的效率，以及與人工成本直接相關(guān)的人工操作水平。對于運(yùn)營商服務(wù)的企業(yè)而言，SDN帶來了所需的固有靈活性和可擴(kuò)展性，企業(yè)從創(chuàng)建新服務(wù)中獲益。

(3)大大提升網(wǎng)絡(luò)性能擴(kuò)展能力。根據(jù)ETSI的定義，NFV的目標(biāo)是通過發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)IT虛擬化技術(shù)來改變網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的方式。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)相比，NFV將以更低的成本提供具有更高可擴(kuò)展性、彈性和適應(yīng)性的高性能網(wǎng)絡(luò)。NFV是SDN的高度補(bǔ)充。NFV通過降低設(shè)備成本和降低功耗，可以降低運(yùn)營商CAPEX和OPEX，NFV還可以減少部署時(shí)間，并且提供更大的靈活性，可以擴(kuò)展或縮小服務(wù)。

四、虛擬化新技術(shù)存在的不足

全球幾乎所有主流運(yùn)營商、設(shè)備商、互聯(lián)網(wǎng)公司都在進(jìn)行SDN/NFV的研究和部署,各大相關(guān)國際組織也在全力推進(jìn)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，但SDN/NFV還處于技術(shù)應(yīng)用的起步階段，在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中大規(guī)模推廣應(yīng)用還面臨多方面的挑戰(zhàn)。具體有：

(1)接口/協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)化面臨的挑戰(zhàn)。SDN的標(biāo)準(zhǔn)化組織ONF強(qiáng)調(diào)，Openflow不再是唯一的南向接口，北向接口以RESTful為主，各接口通過IT思路，利用模型/模板的方式實(shí)現(xiàn)，廠家只需公布自己的模型就能夠?qū)崿F(xiàn)互通及控制。VMware和Openstack都是SDN在應(yīng)用層的實(shí)現(xiàn)體系，它們彼此獨(dú)立，各有優(yōu)勢，好比手機(jī)操作系統(tǒng)的安卓和IOS；因此，SDN標(biāo)準(zhǔn)體系是否能夠統(tǒng)一，有無統(tǒng)一的必要性還存在很大爭議。

(2)安全性挑戰(zhàn)。SDN網(wǎng)絡(luò)的核心控制器作為網(wǎng)絡(luò)集中化控制的實(shí)現(xiàn)部分，可能存在負(fù)載過大、單點(diǎn)失效、易受網(wǎng)絡(luò)攻擊等安全性問題，這需要建立一整套的隔離、防護(hù)和備份等機(jī)制確保整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。但目前來說，尚缺乏系統(tǒng)的解決方案。

(3)SDN集中控制理念的控制架構(gòu)體系沒有統(tǒng)一?？刂萍軜?gòu)層次的劃分及控制層面的組成需要進(jìn)一步研究明確。SDN控制平面掌握全局網(wǎng)絡(luò)的資源，十分重要，控制面的性能直接影響整體網(wǎng)絡(luò)的性能。不同專業(yè)類別的網(wǎng)絡(luò)需要根據(jù)需求由專業(yè)和通用控制器組成。在控制器實(shí)現(xiàn)方式上，存在著網(wǎng)絡(luò)不同域中控制器的層次架構(gòu)不相同的情況，例如移動核心網(wǎng)中采用的是三層架構(gòu)而在數(shù)據(jù)中心采用單層架構(gòu)。目前，南向接口存在多種選擇，如OpenFlow、BGP、SNMP等，北向接口可以根據(jù)不同的場景選擇不同的接口，對于剛剛展開研究的東西向接口更沒有統(tǒng)一的共識。

五、新技術(shù)在廣電雙向網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用前景

因?yàn)镾DN提出了數(shù)據(jù)面與控制面解耦概念，實(shí)現(xiàn)控制與轉(zhuǎn)發(fā)的分離，對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)有顛覆性的改變，所以全國的廣電運(yùn)營商根據(jù)其自身網(wǎng)絡(luò)特性，大都對其都采取觀望態(tài)度，隨著各電信運(yùn)營商對SDN/NFV的深入理解和技術(shù)跟進(jìn)，電信運(yùn)營商已經(jīng)改變了觀望的態(tài)度，已經(jīng)開始將SDN/NFV看做未來發(fā)展的重點(diǎn)，并加大了對其的研發(fā)力度。

考慮到廣電運(yùn)營商的規(guī)模，在無法進(jìn)行獨(dú)立研發(fā)的情況下，可與傳統(tǒng)硬件廠商進(jìn)行合作。隨著SDN和NFV在業(yè)界備受關(guān)注，這些傳統(tǒng)的硬件廠商希望在自己已有優(yōu)勢的基礎(chǔ)上使用SDN并結(jié)合特定的場景(如云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò))繼續(xù)提供相應(yīng)的系統(tǒng)和解決方案，以實(shí)現(xiàn)向網(wǎng)絡(luò)軟件廠商和網(wǎng)絡(luò)解決方案提供商的轉(zhuǎn)型。目前幾種典型的解決方案如下:

1)發(fā)布相應(yīng)的支持開源的SDN控制器，利用標(biāo)準(zhǔn)的南向接口如XMPP管理、控制疊加網(wǎng)絡(luò)，以降低對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的影響，加快提供相應(yīng)服務(wù)的能力，來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化。

2)提出相應(yīng)的軟件解決方案，使其能夠通過改進(jìn)對應(yīng)的虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對平臺的管理并能夠支持多種虛擬化產(chǎn)品。

3)主導(dǎo)開源項(xiàng)目如ONOS、OpenDaylight等，通過主導(dǎo)相關(guān)控制器的發(fā)展、開放相應(yīng)的硬件接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的交互。而目前在SDN的核心控制器實(shí)現(xiàn)軟件上，發(fā)展趨勢呈多元化。

六、小結(jié)

未來信息的發(fā)展必將面向以SDN/NFV為核心的云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，SDN/NFV等新技術(shù)對產(chǎn)業(yè)，對企業(yè)自身內(nèi)部都有可能產(chǎn)生顛覆性的影響。但同時(shí)我們可以以此為契機(jī)，從網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、管理理念、技術(shù)儲備等方面對自身進(jìn)行重塑。