SDN/NFV技術(shù)演進趨勢分析

穆琙博 柴瑤琳

(中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所，北京 100191)

0 引言

在以軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)/網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)技術(shù)為核心的ICT融合技術(shù)的支撐下，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G切片、云化電信網(wǎng)絡(luò)等面向業(yè)務(wù)創(chuàng)新的新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景如雨后春筍般快速發(fā)展。通過構(gòu)建服務(wù)于新業(yè)務(wù)需求的應(yīng)用平臺，SDN/NFV技術(shù)持續(xù)賦能網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)創(chuàng)新，不斷與落地場景的業(yè)務(wù)部署需求相融合，其行業(yè)應(yīng)用和典型場景構(gòu)成了產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要環(huán)節(jié)。

經(jīng)過十幾年的不斷演進，一方面SDN/NFV技術(shù)在概念設(shè)計、方案落地、行業(yè)應(yīng)用等諸多方面形成了實用化的技術(shù)特點，與學(xué)術(shù)界最初提出的原生架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)存在較為明顯的差距；另一方面，隨著以容器為特征的IT技術(shù)的逐步成熟，微服務(wù)、云原生等技術(shù)架構(gòu)開始成為行業(yè)研究的新熱點，新一代SDN/NFV技術(shù)進入快速發(fā)展階段。

本文將圍繞SDN/NFV的技術(shù)演進和典型場景，從行業(yè)應(yīng)用的現(xiàn)狀出發(fā)，分析現(xiàn)階段(即SDN/NFV v1.0階段)SDN/NFV的關(guān)鍵技術(shù)，從技術(shù)架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系、方案實現(xiàn)3個維度剖析產(chǎn)業(yè)發(fā)展面臨的主要挑戰(zhàn)；同時，以開放網(wǎng)絡(luò)基金會(ONF)/歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(ETSI)在新一代SDN/NFV(即SDN/NFV v2.0階段)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)方面的研究進展為基礎(chǔ)，構(gòu)建總體性的參考架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，形成技術(shù)演進發(fā)展趨勢的研判。

1 “萬物互聯(lián)”時代SDN/NFV技術(shù)影響與主要挑戰(zhàn)

1.1 SDN/NFV的行業(yè)應(yīng)用：從網(wǎng)絡(luò)人工智能到云化電信網(wǎng)絡(luò)

根據(jù)IMT-2020(5G)推進組的行業(yè)應(yīng)用預(yù)測，從2020年開始的10年內(nèi)，5G方向的行業(yè)投資將接近6萬億元，涉及制造業(yè)、能源等行業(yè)，間接經(jīng)濟貢獻預(yù)計超過8萬億元，到2030年，移動網(wǎng)絡(luò)連接的設(shè)備總量將超過1000億臺，人類真正進入到“萬物互聯(lián)”的新時代。

在大連接的時代背景下，網(wǎng)絡(luò)人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G切片、云化電信網(wǎng)絡(luò)等新型網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景將逐步成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要組成部分，通過以SDN/NFV為核心的ICT融合技術(shù)賦能業(yè)務(wù)創(chuàng)新，打造創(chuàng)新性應(yīng)用的基礎(chǔ)設(shè)施。

1.1.1 網(wǎng)絡(luò)人工智能

ETSI ENI工作組給出了實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)人工智能的三階段(“虛擬化”“軟件化”“智能化”)發(fā)展計劃[1]。通過全局化、細顆粒度的端到端網(wǎng)絡(luò)資源管理，一方面SDN/NFV技術(shù)能夠為AI分析和決策平臺提供完備的采集數(shù)據(jù)集合，實現(xiàn)更為精細化的智能化處理；另一方面，在網(wǎng)絡(luò)可編程能力的支撐下，AI技術(shù)能對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進行控制反饋，形成管控閉環(huán)。

1.1.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

從現(xiàn)場設(shè)備、邊緣設(shè)備、邊緣云到公有云平臺，當(dāng)前國內(nèi)外主流的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)解決方案均參考SDN/NFV技術(shù)架構(gòu)進行設(shè)計和規(guī)劃。在工業(yè)(以離散制造業(yè)為主)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)平臺方面，SDN/NFV技術(shù)有力地支撐了現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、生產(chǎn)過程控制、邊緣平臺管理等關(guān)鍵方面，賦能了工業(yè)級平臺管理要求。

1.1.3 5G切片

作為5G切片技術(shù)的重要組成部分，第三代合作伙伴計劃(3GPP)、國際電信聯(lián)盟(ITU)等5G國際化標(biāo)準(zhǔn)組織紛紛提出以SDN/NFV技術(shù)來實現(xiàn)端到端5G切片的能力管控。從資源隔離到業(yè)務(wù)自動化開通，網(wǎng)絡(luò)承載平面的控制面集中化管理與網(wǎng)元設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)管控平臺的軟件化能力實現(xiàn)將極大地提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，賦能創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，打造彈性化管理平臺。

1.1.4 云化電信網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)是電信運營網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進發(fā)展的重要共識。隨著電信云試點部署(PoC)工作的不斷迭代，自2016年開始，全球主流電信運營商紛紛加快了云化電信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展速度，定制化打造了以SDN/NFV技術(shù)、云計算技術(shù)、分布式存儲技術(shù)為核心的“電信云平臺”，充分發(fā)揮設(shè)備能力解耦、網(wǎng)絡(luò)資源彈性等技術(shù)性優(yōu)勢，改變運營商“管道化”的發(fā)展現(xiàn)狀，全力構(gòu)建服務(wù)型的電信運營網(wǎng)絡(luò)。

從技術(shù)角度看，盡管SDN/NFV已被公認為支撐下一代網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)鍵性網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，然而聚焦概念設(shè)計、方案落地和技術(shù)演進等多個方面，SDN/NFV技術(shù)仍未完備，存在較大的演進空間。

1.2 SDN技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

盡管SDN技術(shù)已經(jīng)得到了行業(yè)認可，其技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)落地也發(fā)展了十幾年，然而從技術(shù)架構(gòu)、設(shè)備實現(xiàn)到接口能力，仍然面臨一些挑戰(zhàn)。

1.2.1 技術(shù)架構(gòu)：“控制與轉(zhuǎn)發(fā)相分離”的難以實現(xiàn)

自2006年斯坦福大學(xué)提出“軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)”始，“控制與轉(zhuǎn)發(fā)相分離”被行業(yè)視為SDN技術(shù)架構(gòu)的起源設(shè)計，同時也成為推動技術(shù)向前發(fā)展的指導(dǎo)思想。隨著OpenFlow影響力的淡化，當(dāng)前SDN的技術(shù)解決方案與“控制與轉(zhuǎn)發(fā)相分離”特點已經(jīng)漸行漸遠。

1.2.2 設(shè)備實現(xiàn)：OpenFlow-Enable設(shè)備并未普及

從狹義的視角來看，OpenFlow協(xié)議長久以來被視為SDN技術(shù)的代表性技術(shù)實現(xiàn)，從設(shè)計的角度出發(fā)，在OpenFlow-Enable設(shè)備當(dāng)中，借助基于流表的網(wǎng)絡(luò)可編程能力可以有效地實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)集中管控。然而，受限于OpenFlow自身的結(jié)構(gòu)性問題，全球主流的設(shè)備制造商并未規(guī)?；茝VOpenFlow-Enable設(shè)備。

1.2.3 接口能力：南向接口標(biāo)準(zhǔn)化進展緩慢

南向接口標(biāo)準(zhǔn)化和北向接口模型化是SDN接口能力的典型要求，經(jīng)過產(chǎn)業(yè)不懈的努力，SDN北向接口模型化已基本成為行業(yè)發(fā)展的標(biāo)準(zhǔn)共識。但是，SDN的南向接口標(biāo)準(zhǔn)化工作仍然進展緩慢。

1.3 NFV技術(shù)面臨的挑戰(zhàn)

與SDN技術(shù)類似，盡管經(jīng)過了十幾年發(fā)展，NFV技術(shù)在技術(shù)架構(gòu)、設(shè)備實現(xiàn)、接口能力方面也面臨一系列問題。

1.3.1 技術(shù)架構(gòu)：NFV的三層能力解耦尚未實現(xiàn)

盡管ETSI NFV工作組很早就提出了NFV主要模塊的能力解耦，但是主流廠商在設(shè)計解決方案時，并未實現(xiàn)“網(wǎng)元、虛擬化平臺、通用硬件”的三層解耦，僅僅實現(xiàn)了“軟件能力”和“通用硬件”的軟硬解耦。

1.3.2 設(shè)備實現(xiàn)：網(wǎng)元、NFV-I兩個層面的能力存在瓶頸

盡管網(wǎng)元設(shè)備軟件化是NFV技術(shù)體系內(nèi)對于VNF網(wǎng)元的基本能力要求，網(wǎng)元的“巨型化(Monolithic)”實現(xiàn)方式仍然對資源彈性利用造成了嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。這主要是由于廠商的解決方案主要停留在將原有物理化的“硬件能力”直接進行“軟件化”。

NFV-I通用硬件在網(wǎng)絡(luò)能力方面存在缺陷，是另一個長久以來制約NFV產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要障礙。盡管在Intel等芯片廠商的不懈努力下，行業(yè)出現(xiàn)了網(wǎng)卡卸載等諸多替代性解決方案，要實現(xiàn)對硬件形態(tài)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行完全的能力替換，仍然有很多需要攻克的難題。

1.3.3 接口能力：網(wǎng)元與NFV-I之間接口存在互操作性難題

經(jīng)過3個階段的迭代發(fā)展，ETSI NFV工作組順利完成了NFV各主要模塊的接口標(biāo)準(zhǔn)化工作。盡管如此，VNF網(wǎng)元與NFV-I接口之間的互操作性難題仍然制約了產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展。

2 SDN/NFV v1.0技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展

2.1 SDN關(guān)鍵技術(shù)分析

歸納、分析主流的SDN解決方案可見，當(dāng)前SDN技術(shù)在技術(shù)架構(gòu)、設(shè)備實現(xiàn)和接口能力3個方面具備以下關(guān)鍵特點。

2.1.1 開放互操作的體系架構(gòu)

“開放”和“集中”是SDN技術(shù)實現(xiàn)的兩大重要特征。

(1)受限于主流廠商的發(fā)展意愿，現(xiàn)階段的控制層與轉(zhuǎn)發(fā)層的能力解耦存在較大的阻力，在以電信運營商為代表的最終用戶主導(dǎo)的編排器層與異構(gòu)廠商的SDN控制層之間的互操作性成為SDN能力開放的重點。比對經(jīng)典的三層(應(yīng)用層、控制層、轉(zhuǎn)發(fā)層)結(jié)構(gòu)模型，現(xiàn)階段SDN的能力開放重點體現(xiàn)在SDN編排器與SDN控制器之間的能力互操作性上。

(2)面向不同落地場景的業(yè)務(wù)部署需求，集中化的網(wǎng)絡(luò)模型成為劃分SDN技術(shù)實現(xiàn)的基本依據(jù)。由于不同的應(yīng)用場景在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備選取、網(wǎng)絡(luò)拓撲設(shè)計等方面存在較大的差異，SDN的技術(shù)架構(gòu)需要以場景模型的最小顆粒度集中化管理異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。在網(wǎng)絡(luò)資源管理方面，集中化的網(wǎng)絡(luò)模型有助于提高管理效率。

2.1.2 業(yè)務(wù)模型化的設(shè)備實現(xiàn)

從模型化的設(shè)計要求出發(fā)，SDN編排器、SDN控制器和SDN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備形成了各自的技術(shù)發(fā)展特點。

(1)SDN編排器以業(yè)務(wù)模型為驅(qū)動設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)，面向不同的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求，統(tǒng)一進行業(yè)務(wù)需求層面的能力抽象，通過異構(gòu)廠商提供的控制器代理插件，映射形成對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)編程模型發(fā)送給SDN控制器。

(2)SDN控制器以網(wǎng)絡(luò)模型為驅(qū)動設(shè)計系統(tǒng)架構(gòu)，通過南向接口獲取網(wǎng)絡(luò)基本信息(網(wǎng)元狀態(tài)、網(wǎng)絡(luò)鏈路、網(wǎng)絡(luò)配置等)，形成全局化的網(wǎng)絡(luò)視圖，以網(wǎng)絡(luò)模型為最小單位，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)編程，借助南北向接口，向SDN編排器反饋網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，向SDN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備下發(fā)網(wǎng)絡(luò)編程指令。

(3)現(xiàn)階段，SDN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備并未實現(xiàn)控制平面的完全剝離，多模式(Profile)共存的實現(xiàn)方式成為現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備SDN化演進的過渡解決方案，同時Linux-Enable的內(nèi)核支持模式為SDN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備提供了更多彈性擴展的編程空間。

2.1.3 “SDN+”為主導(dǎo)的南北向接口能力

在OpenFlow協(xié)議推進的同時，更為廣泛使用的“SDN+”南向接口得到了行業(yè)的認可，如BGP-LS協(xié)議、PCEP協(xié)議、Netconf/YANG協(xié)議、OpenFlow協(xié)議、Segment Routing協(xié)議。其中，BGP-LS協(xié)議、PCEP協(xié)議、Segment Routing協(xié)議面向設(shè)備和拓撲狀態(tài)進行設(shè)計，Netconf/YANG協(xié)議、OpenFlow協(xié)議面向設(shè)備配置/模型化定義。

在北向接口方面，當(dāng)前以RESTful為代表的北向接口負責(zé)網(wǎng)絡(luò)模型與業(yè)務(wù)模型的信息交互，從實現(xiàn)風(fēng)格上看，以O(shè)penDaylight和ONOS為代表的兩大開源社區(qū)分別從技術(shù)風(fēng)格上實現(xiàn)了定義。

2.2 SDN產(chǎn)業(yè)發(fā)展瓶頸

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度出發(fā)，現(xiàn)階段的SDN在原生架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系、廠商實現(xiàn)3個主要方面存在設(shè)計不合理、體系不完善和實現(xiàn)不一致等問題。

2.2.1 原生架構(gòu)存在設(shè)計問題

SDN原生的三層架構(gòu)模型重點放在了推動網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)“控制與轉(zhuǎn)發(fā)相分離”，其架構(gòu)和接口定義缺少與OpenFlow協(xié)議相一致的管理平面技術(shù)和運維平面技術(shù)，因此廠商在設(shè)計網(wǎng)絡(luò)可編程能力時，缺少統(tǒng)一的配置/管理模型，這使得SDN-Enable設(shè)備的設(shè)備管理和運維成為SDN實現(xiàn)各層交互操作的痛點問題。

另外，OpenFlow協(xié)議未能明確定義網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)據(jù)平面的業(yè)務(wù)流水線(Pipeline)處理規(guī)范，這造成SDN-Enable設(shè)備在數(shù)據(jù)平面設(shè)計時，嚴(yán)重依賴于特定的硬件能力支持，其產(chǎn)業(yè)生態(tài)的發(fā)展受到了芯片能力的制約。

2.2.2 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系不完善

十幾年來，ITU、IETF、ETSI等國際標(biāo)準(zhǔn)化組織在SDN領(lǐng)域持續(xù)開展應(yīng)用性技術(shù)研究工作，通過不斷的標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)探討，推動了SDN技術(shù)發(fā)展成為基礎(chǔ)性的下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。然而，作為技術(shù)架構(gòu)與設(shè)計理念的發(fā)起方，自2015年4月開始，ONF將工作重心轉(zhuǎn)向了以CORD項目為代表的典型場景應(yīng)用，業(yè)界缺少了體系性的標(biāo)準(zhǔn)工作支撐，SDN原生架構(gòu)缺陷難以得到實時的修正。

2.2.3 企業(yè)級解決方案差異化明顯

SDN技術(shù)的發(fā)展，給全球主流設(shè)備提供商帶來新的發(fā)展機遇，也造就了一系列初創(chuàng)企業(yè)，然而機遇與挑戰(zhàn)并存，不同廠商的解決方案也面臨各自的“難題”。

一方面，從SDN“分層解耦”的技術(shù)視角出發(fā)，在以電信運營商為代表的最終用戶的要求之下，通常初創(chuàng)企業(yè)提供的解決方案能夠從各方面技術(shù)指標(biāo)上滿足其需求[3]；而主流廠商需要從成熟產(chǎn)品生產(chǎn)線開始重新設(shè)計，在標(biāo)準(zhǔn)不完善、需求不明確的行業(yè)背景下，推動方案的積極性受影響。

另一方面，從高可靠性、高性能等維度出發(fā)，初創(chuàng)企業(yè)的解決方案受限于試點應(yīng)用時間和實踐部署經(jīng)驗，無法與主流廠商的解決方案保持能力同步。

2.3 NFV關(guān)鍵技術(shù)分析

歸納、分析當(dāng)前主流的NFV解決方案可見，當(dāng)前NFV技術(shù)在技術(shù)架構(gòu)、設(shè)備實現(xiàn)和接口能力3個方面具備以下關(guān)鍵特點。

2.3.1 軟硬件解耦的NFV技術(shù)體系

以“軟件能力”和“通用硬件”為主體的軟硬件解耦是當(dāng)前NFV技術(shù)實現(xiàn)的主要特點，具體來說，就是將以x86為主流的硬件服務(wù)器、存儲設(shè)備(文件存儲/對象存儲/塊存儲)以及Spine/Leaf交換機與Hypervisor平臺及以上的網(wǎng)元功能進行解耦。

2.3.2 功能集成化的設(shè)備實現(xiàn)

盡管ETSI NFV工作組已經(jīng)在NFV主要模塊能力解耦方面開展了一系列的標(biāo)準(zhǔn)化工作，然而主流廠商在設(shè)計NFV編排、NFV網(wǎng)元和NFV-I模塊實現(xiàn)時，仍然采用模塊能力集合的方法進行。

(1)NFV編排：在處理能力方面，NFV編排的設(shè)計實現(xiàn)基于傳統(tǒng)的運營支撐系統(tǒng)(OSS)/業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)(BSS)能力，疊加了虛擬化資源管理的NFV-O能力要求。

(2)NFV網(wǎng)元：國內(nèi)外主流解決方案在NFV網(wǎng)元的設(shè)計方面存在一定的差異，其中，國內(nèi)解決方案大都采用VNF+VNF-M的方式進行能力集成，而國外解決方案則采用NFV-O+VNF-M的方式進行能力集成。

(3)NFV-I：當(dāng)前，國內(nèi)外主流的解決方案均對標(biāo)OpenStack基礎(chǔ)架構(gòu)，采用“KVM+VM”的基礎(chǔ)架構(gòu)模式設(shè)計“NFV-I+VIM”的電信云IaaS平臺。

2.3.3 開源項目牽引的接口能力

一方面，盡管IETF、ETSI、CCSA等國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化組織已經(jīng)在一系列的接口規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)定義方面做了大量的工作，總體上看，當(dāng)前主流的電信云(NFV-I)平臺接口能力設(shè)計，仍然是對標(biāo)OpenStack社區(qū)自定義的RefStack標(biāo)準(zhǔn)體系。這一“事實標(biāo)準(zhǔn)”已經(jīng)成功牽引了電信云的成熟落地。2019年，由OPNFV、GSMA等國際化開源/標(biāo)準(zhǔn)化組織立項了CNTT項目，為電信云的參數(shù)一致性能力要求做了新的設(shè)定。

另一方面，在NFV網(wǎng)元與NFV編排方面，參考ONAP、OSM等開源平臺項目，TOSCA、YANG等信息模型逐步成為主要的接口描述語言，并在開源項目的帶動下，發(fā)展成為新的“事實標(biāo)準(zhǔn)”。

2.4 NFV產(chǎn)業(yè)發(fā)展痛點

從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的角度出發(fā)，現(xiàn)階段的NFV在原生架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)體系、廠商實現(xiàn)3個層面面臨技術(shù)能力缺陷、標(biāo)準(zhǔn)體系不完善、廠商實現(xiàn)不一致等問題。

2.4.1 從接口到架構(gòu)：技術(shù)能力缺陷

當(dāng)前，原生架構(gòu)復(fù)雜化、模塊化的能力存在瓶頸、接口體系不完善等是NFV v1.0技術(shù)層面面臨的主要問題。

(1)原生架構(gòu)復(fù)雜化

原生的NFV技術(shù)架構(gòu)立足于網(wǎng)絡(luò)功能、網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的模塊化解耦，ETSI NFV工作組定義的NFV體系架構(gòu)涵蓋了NFV-I、VNF、OSS/BSS、VIM、VNF-M、NFV-O六大基本組件，這給系統(tǒng)集成帶來了極大的挑戰(zhàn)。

(2)模塊能力存在瓶頸

? NFV網(wǎng)元層面：當(dāng)前，基于虛擬機形態(tài)(VM)的NFV網(wǎng)元僅僅實現(xiàn)了物理網(wǎng)元功能的軟件化封裝，未能擺脫網(wǎng)絡(luò)功能“有狀態(tài)”的掣肘，資源占用過大，無法進行按需部署，難以有效地支撐解耦的架構(gòu)型設(shè)計要求。

? NFV-I設(shè)備層面：通用服務(wù)器的網(wǎng)卡轉(zhuǎn)發(fā)能力一直是制約NFV規(guī)?；渴鹱钪匾哪芰ζ款i，這主要是因為以CPU的方式響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)處理是造成低效率的重要原因。

(3)接口體系不完善

? NFV-I/NFV網(wǎng)元接口：在OpenStack社區(qū)的支持下，當(dāng)前這個接口的標(biāo)準(zhǔn)定義重點參考了RefStack項目的接口體系。然而，區(qū)別于傳統(tǒng)電信級接口標(biāo)準(zhǔn)體系的定義和范圍，這種原生的IT化接口能力無法完全覆蓋電信級業(yè)務(wù)的部署要求。

? NFV網(wǎng)元/NFV編排接口：由ONAP、OSM等開源編排項目依托典型的應(yīng)用部署場景定義標(biāo)準(zhǔn)化的接口標(biāo)準(zhǔn)體系，功能描述簡單而抽象，并未涉及業(yè)務(wù)處理邏輯，有待進一步完善。

2.4.2 標(biāo)準(zhǔn)體系不完善

一方面，雖然早從2013年起，ETSI就組織行業(yè)開展了R1階段的NFV標(biāo)準(zhǔn)研究，然而強調(diào)技術(shù)架構(gòu)和部署應(yīng)用的R3直到2019年上半年才完成定稿，產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求與標(biāo)準(zhǔn)化工作出現(xiàn)脫節(jié)；另一方面，面對云原生、容器化和5G-SBA架構(gòu)的倒逼，2019年5月，ETSI NFV工作組開啟了R4的標(biāo)準(zhǔn)化工作，其工作進展又一次落后于Kubernetes等開源組織的工作。

2.4.3 廠商實現(xiàn)不一致

雖然NFV技術(shù)吸引了傳統(tǒng)設(shè)備提供商、云服務(wù)提供商、芯片廠商等上下游企業(yè)的極大關(guān)注，然而，傳統(tǒng)通信設(shè)備廠商對于“功能解耦”和“能力開放”的抵觸、云服務(wù)提供商在技術(shù)架構(gòu)方面的封閉、通用設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)性能等方面的能力瓶頸等諸多問題，需要綜合產(chǎn)學(xué)研用諸多力量，開展有針對性的產(chǎn)業(yè)生態(tài)建設(shè)工作，從業(yè)務(wù)驅(qū)動入手，結(jié)合ICT技術(shù)的前沿動態(tài)，不斷推動NFV技術(shù)進一步發(fā)展。

3 SDN/NFV v2.0技術(shù)展望

3.1 新一代SDN的參考架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

面對SDN原生結(jié)構(gòu)上的設(shè)計缺陷，2019年4月，ONF在Linux基金會舉行的ONS NA峰會上正式發(fā)布了NG-SDN發(fā)展計劃[2]，宣告SDN技術(shù)進入到v2.0時代。

SDN v2.0的技術(shù)架構(gòu)如圖1所示，在原有的網(wǎng)絡(luò)分層模型基礎(chǔ)上，新一代的SDN技術(shù)強調(diào)了管理平面、運維平面的技術(shù)能力要求。從模塊設(shè)計上來看，工具箱(Tool Kit)模塊的引入，為網(wǎng)絡(luò)可驗證和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成提供了重要支撐。在技術(shù)架構(gòu)之外，SDN v2.0細化了SDN-Enable設(shè)備和SDN接口能力的技術(shù)要求。

圖1 SDN v2.0技術(shù)架構(gòu)

3.1.1 協(xié)議無關(guān)的設(shè)備實現(xiàn)

一方面，新一代的SDN-Enable設(shè)備不局限于對網(wǎng)元設(shè)備的控制平面進行集中管理，更多強調(diào)了需要定義統(tǒng)一的管控平面；另一方面，考慮到OpenFlow-Enable設(shè)備不具備普適性，當(dāng)前，協(xié)議無關(guān)成為新的技術(shù)要求，網(wǎng)元的數(shù)據(jù)平面要求Pipeline可定義即可。

3.1.2 豐富的接口能力要求

在SDN v2.0技術(shù)體系中，正式引入了P4Runtime作為Pipeline的實現(xiàn)方式，通過gNMI接口和gNOI接口能力，SDN v2.0規(guī)范了配置協(xié)議和運維管理協(xié)議，構(gòu)建了更為完備的技術(shù)能力要求。

3.2 新一代NFV的參考架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

經(jīng)過近十年的技術(shù)演進，現(xiàn)階段NFV v1.0的技術(shù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展實現(xiàn)面臨原生架構(gòu)復(fù)雜化、基礎(chǔ)設(shè)施能力存在瓶頸、網(wǎng)元功能設(shè)計不清晰、接口體系不完善等技術(shù)難題，亟需產(chǎn)業(yè)界上下游圍繞新技術(shù)方向的技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展需求，積極開展相應(yīng)的研究工作。

聚焦NFV在技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)方面的缺陷，2019年5月，ETSI NFV正式啟動了NFV R4的標(biāo)準(zhǔn)化工作，這標(biāo)志著NFV技術(shù)正式進入v2.0時代。NFV v2.0技術(shù)架構(gòu)如圖 2所示，從分層結(jié)構(gòu)模型來看，新一代的NFV在原有的“KVM+VM”基礎(chǔ)模型之上，增加了“CaaS+Container”的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，著重關(guān)注了云原生帶來的基礎(chǔ)設(shè)施能力升級。

圖2 NFV v2.0技術(shù)架構(gòu)

NFV v2.0從技術(shù)架構(gòu)、NFV網(wǎng)元/NFV-I設(shè)備和NFV接口能力這3個方面對新一代的NFV技術(shù)進行了能力細化。

3.2.1 云原生的技術(shù)/標(biāo)準(zhǔn)體系

一方面，為高效支撐5G等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)工作，新一代NFV技術(shù)架構(gòu)需要完全兼容5G-SBA的能力要求，打造面向容器的基礎(chǔ)設(shè)施；另一方面，NFV技術(shù)架構(gòu)需要全面整合下一代NFV-O的能力要求，圍繞端到端的服務(wù)運維，引入完整的數(shù)據(jù)分析功能，全面支持自動化運維。

3.2.2 輕量化/高性能的NFV設(shè)備實現(xiàn)

NFV設(shè)備分為NFV網(wǎng)元和NFV-I設(shè)備兩大類型，當(dāng)前，輕量化和高性能是NFV設(shè)備實現(xiàn)的兩大主要特點。鑒于現(xiàn)階段“Monolithic”的網(wǎng)元能力瓶頸，新的NFV網(wǎng)元將重新定義網(wǎng)元的功能邏輯，以“輕量化”“無狀態(tài)”為容器網(wǎng)絡(luò)功能(CNF)的首要設(shè)計思路，建設(shè)彈性化、面向云原生的網(wǎng)元功能。

3.2.3 面向按需服務(wù)的接口能力

在接口設(shè)計方面，新一代NFV技術(shù)體系要求在NFV-I與NFV網(wǎng)元之間的接口、虛擬化層與基礎(chǔ)設(shè)施層之間的能力接口之上實現(xiàn)能力擴展，全面支持面向CNF的接口能力。比如，對標(biāo)K8S定義的Kubevirt接口體系和CNI模型的接口能力要求進行定義擴展，使之全面配合NFV整體技術(shù)架構(gòu)的設(shè)計和要求。

4 SDN/NFV技術(shù)發(fā)展趨勢

截止到2019年12月，SDN v2.0領(lǐng)域的熱點話題包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的白盒化實現(xiàn)、自頂向下的網(wǎng)絡(luò)可編程、新一代運維管理技術(shù)、集成驗證4個方面；NFV v2.0領(lǐng)域的熱點話題重點聚焦云原生與微服務(wù)、新一代運維管理技術(shù)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面的建模、自動化生命周期管理4個方面。業(yè)界圍繞新一代SDN/NFV技術(shù)能力要求的研討，重點關(guān)注了從設(shè)備到架構(gòu)的技術(shù)范疇。下一步的SDN/NFV技術(shù)演進將從技術(shù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)編排、設(shè)備瓶頸、網(wǎng)絡(luò)模型4個方向發(fā)力。

4.1 技術(shù)架構(gòu)與功能的頂層設(shè)計

SDN/NFV v2.0的技術(shù)架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計能否發(fā)揮新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)優(yōu)勢是技術(shù)演進的核心問題。

4.2 新型業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)與管控自動化

SDN-O/NFV-O與傳統(tǒng)的OSS/BSS協(xié)同、融合式發(fā)展，將賦能網(wǎng)絡(luò)智能，提高網(wǎng)絡(luò)編程能力。

4.3 網(wǎng)元設(shè)備處理能力

從網(wǎng)絡(luò)芯片到網(wǎng)絡(luò)模型，按照不同的應(yīng)用部署場景分別進行設(shè)計，重點在網(wǎng)絡(luò)卸載模型的場景化適配，將持續(xù)得到業(yè)界的關(guān)注。

4.4 模型化網(wǎng)絡(luò)技術(shù)演進

依托開源社區(qū)，場景化的網(wǎng)絡(luò)模型將成為網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速落地的重要手段。

5 對我國產(chǎn)業(yè)發(fā)展的啟示和建議

總體上看，SDN/NFV將迎來全新的發(fā)展機遇，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)界應(yīng)該從以下幾方面全面發(fā)力。

5.1 抓住技術(shù)演進的關(guān)鍵時機，支持實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)突破

充分發(fā)揮財政資金引領(lǐng)、國家專項課題設(shè)置等重要作用，加大對基礎(chǔ)技術(shù)架構(gòu)、解耦模型設(shè)計、智能化業(yè)務(wù)編排、通用設(shè)備網(wǎng)絡(luò)芯片等關(guān)鍵技術(shù)和產(chǎn)品的研發(fā)支持力度，推進第二代SDN/NFV技術(shù)的測試驗證和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，支持實現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的突破。

5.2 聚焦基礎(chǔ)電信運營場景，構(gòu)建協(xié)同、統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

加強國內(nèi)基礎(chǔ)電信運營商的技術(shù)協(xié)同和交流，重視SDN/NFV技術(shù)的頂層設(shè)計，對標(biāo)國際先進水平，結(jié)合國內(nèi)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需求，加快推進符合國內(nèi)電信級服務(wù)能力要求的系列技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。

5.3 推動SDN/NFV等先進技術(shù)開展規(guī)模試點驗證，分階段組織現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境的規(guī)模部署

配合國內(nèi)基礎(chǔ)電信運營商開展云網(wǎng)融合的發(fā)展戰(zhàn)略[4]，在全國范圍內(nèi)加快SDN/NFV等先進技術(shù)的商用試部署，堅持“以試點測試迭代技術(shù)需求”，全面覆蓋核心網(wǎng)、承載網(wǎng)和接入網(wǎng)的虛擬化能力要求，努力打造“接入云”“控制云”和“轉(zhuǎn)發(fā)云”，助力運營商實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的發(fā)展目標(biāo)。

5.4 啟動人才培訓(xùn)計劃，加強用戶側(cè)人員培養(yǎng)和技能培訓(xùn)

進一步建立完善的SDN/NFV人才培訓(xùn)機制，配套面向?qū)I(yè)基礎(chǔ)和技能的培訓(xùn)項目，提高產(chǎn)業(yè)相關(guān)人員特別是用戶側(cè)人才的專業(yè)水平，全面應(yīng)對專業(yè)人才缺乏的重大問題。

5.5 重視第三方平臺化工作，打造產(chǎn)業(yè)生態(tài)

充分利用開源社區(qū)等ICT技術(shù)交流平臺，積極組織國內(nèi)開展第三方平臺化工作，發(fā)揮產(chǎn)學(xué)研綜合優(yōu)勢，打造先進的產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

6 結(jié)束語

近年來，作為信息通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的關(guān)鍵核心，SDN/NFV技術(shù)有力地支撐了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、5G切片、云化電信網(wǎng)絡(luò)等智能化應(yīng)用走向成熟。隨著國家進入“十四五”發(fā)展階段，智慧醫(yī)療、數(shù)字交通等創(chuàng)新應(yīng)用不斷涌現(xiàn)，SDN/NFV技術(shù)也面臨著升級演進的發(fā)展訴求。在v2.0發(fā)展時代，SDN/NFV技術(shù)將聚焦技術(shù)架構(gòu)、業(yè)務(wù)編排、設(shè)備瓶頸、網(wǎng)絡(luò)模型等多個維度，全面提升技術(shù)能力，更好地為國家發(fā)展新型基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字基礎(chǔ)設(shè)施做好支撐。