SDN/NFV技術發展及開放生態分析

楊帆 中國信息通信研究院通信標準研究所工程師

侯樂青 青海省武警總隊網管中心高級工程師

SDN/NFV技術發展及開放生態分析

楊帆 中國信息通信研究院通信標準研究所工程師

侯樂青 青海省武警總隊網管中心高級工程師

SDN和NFV產業發展迅速，開源項目在推動產業發展和技術創新上發揮了巨大的作用，促進了產業生態的開放。國際上先后成立了多個SDN/NFV相關的開源項目，在網絡操作系統、硬件性能、虛擬化等方面開展創新并逐漸形成事實標準。SDN/NFV標準組織開始向開源開放轉型，尋求各組織之間的協作，但也形成了新的競爭關系。SDN產業聯盟促進國內SDN/NFV開放產業生態發展，協同業界共同解決SDN技術和產業上面臨的問題。

SDN NFV 開源 開放 生態

1 引言

SDN和NFV的誕生使運營商等用戶能夠減少設備廠商對產品的鎖定，通過軟硬件分離及虛擬化，使得采用通用網絡硬件和服務器代替專用的商用網絡設備成為可能，提高網絡基礎設施變更升級和規模擴展的靈活性，同時帶來成本的降低。經過幾年發展，SDN形成了較為完整的產業鏈，出現了豐富的控制器、交換設備、虛擬化等產品和解決方案，并仍在不斷推陳出新，用戶需求也從數據中心網絡擴展到園區網、城域網、接入網與傳送網等多種場景。NFV同樣發展迅速，與SDN緊密結合，給網絡基礎設施帶來革新。Infonetics預計到2018年，全球SDN和NFV的市場規模將超過110億美元。

在SDN和NFV迅速發展的浪潮中，開放和開源逐漸成為產業的熱點。開源項目OpenDaylight聯合市場研究公司GigaomResearch在2014年發布了關于SDN和NFV的運營商開源市場研究報告，指出95%的運營商對開源SDN/NFV產品持積極態度，運營商用戶在SDN/NFV部署中使用開源產品的主要動機是避免廠商鎖定，以及降低網絡設備采購和運維成本。此外，增強網絡軟件功能、降低網絡和網絡軟件的管理難度、提高軟件系統的互操作性等也是開源產品普及的驅動因素。用戶希望使用開源產品降低成本并獲得產品控制權的同時，也希望能獲得像商業產品那樣的技術支持。根據Gigaom報告，很大比例（76%）的運營商希望由設備廠商提供基于開源產品的解決方案。

開源項目在推動產業發展和技術創新上發揮著巨大的作用，促進著產業生態的開放。開源和開放促進了企業組織之間的交流與合作，減少了各自重復性的工作和同質化的競爭，促進產業生態多樣化的健康發展。因此，SDN/NFV不會由單一或少數幾個廠商壟斷技術和市場，而是向著開源開放的趨勢發展，逐漸形成具有行業標準的多樣化生態系統。國際領先的設備商、運營商和互聯網企業先后發起及參與了多個開源項目，很多標準組織也將開放合作作為戰略路線的重要組成部分。

2 相關開源項目

2.1 OpenDaylight

作為Linux基金會旗下的開源項目之一，Open-Daylight致力于開發一個通用的、開放的SDN架構，加速SDN和NFV的創新。OpenDaylight成立以來受到業界的廣泛關注，截至2015年3月已有48個成員單位，其中11個白金會員、2個黃金會員和35個白銀會員（國內廠商主要為白銀會員），主要成員為設備制造商。由于組成關系，OpenDaylight某種程度上代表了設備商的利益，沒有做到真正的開放。而且可能會出于利益問題將部分功能同設備鎖定，而這并不是SDN的初衷。

OpenDaylight已發布Hydrogen和Helium兩個版本，計劃在2015年6月25日發布第三個版本Lithium。根據Helium版本，OpenDaylight架構分為3層，即網絡應用及編排、控制器平臺、數據平面（物理及虛擬網絡設備）。其中，模塊化的控制器平臺作為核心，將需要的網絡功能組成動態的插件集合，這種靈活性有利于開源的開發模式。位于控制器平臺和數據平面之間的南向接口同樣采用了插件式模塊，來支持包括Open-Flow和BGP-LS在內的多種協議，這些模塊被動態加載到服務抽象層（ServiceAbstractionLayer，SAL），SAL將來自上層的調用轉化成適用于底層網絡設備的協議格式。但是，OpenDaylight的領導者思科將OpFlex引入OpenDaylight南向接口，它將設備細節暴露給應用，所以并不能認為是真正的抽象。

2.2 ONOS

ONOS是開放網絡實驗室（ON.Lab）在2014年11月推出的首個開源的SDN網絡操作系統，旨在為服務商和關鍵性網絡提供電信級保證，并幫助服務商將現網設備遷移至白盒設備，降低CapEx和OPEX。ONOS提供了GUI操作界面，以及用于應用開發的北向API，北向抽象層隔離了應用與網絡細節，促進了應用開發的敏捷性。分布式核心可以部署在集群服務器上，為控制平面帶來高可用性、可擴展性和性能等電信級特征和敏捷性。南向接口采用了類似OpenDaylight的模塊化插件形式，支持OpenFlow和傳統協議，南向抽象層將每個網絡單元表示為通用格式的對象，屏蔽了底層網絡設備的細節，這也是能夠使用戶從傳統設備遷移到基于OpenFlow的白盒設備的一個關鍵保證。

截至2015年3月，ONOS有11家成員單位和9家合作單位。AT&T、NTT等運營商以及愛立信、華為等設備商資助并開發ONOS，Internet2、CNIT等科研教育網絡運營機構參與了合作。ONOS本質上相當于SDN控制器，與OpenDaylight構成競爭關系。OpenDaylight的另一個競爭者是開放網絡基金會（ONF），OpenDaylight由思科等設備商創建，主要由設備商主導，削弱了用戶的聲音；而ONF由Google、Facebook、Verizon等SDN用戶創建并主導。ONF作為ONOS的合作方之一支持ONOS的開發，某種意義上是希望替代Open-Daylight框架。

2.3 OPNFV

OpenPlatformforNFV（OPNFV）是一個聚焦于發展NFV的開源平臺項目，它由Linux基金會成立于2014年9月，旨在提供電信級的綜合開源平臺以加速新產品和服務的引入，建立NFV生態鏈，構建事實標準，促進多廠商互通和NFV部署。OPNFV由運營商主導，此外主流的通信廠商、IT廠商、云系統商和器件商也是技術的主要貢獻者。2015年3月，OPNFV已發展52個會員，其中18個白金會員、34個白銀會員，成為業界最重要的NFV開源組織。

OPNFV項目模式是平臺+子項目，由Technical SteeringCommittee（TSC）負責。計劃在2015年4月發布第一版集成基礎平臺，隨后第二個版本中加入子項目。OPNFV將子項目分為4類，即文檔、需求、集成與測試、合作開發，其中合作開發包括了與上游其他開源項目、產業論壇、標準組織等合作的項目。

2015年，OPNFV將跨社區合作做為一個重點，與OpenStack合作開發集成多個開源項目特性的基礎平臺，并將與ETSINFV密切合作開發一致的開放標準；2015年2月，ETSINFV在布拉格舉行的第9次大會的同時，OPNFV在同一地點舉辦Hackfest，并與ETSI NFV討論如何將OpenDaylight、OpenStack、KVM和OpenvSwitch等開源特性集成到OPNFV平臺上。

2.4 OpenStack

為打破Amazon和VMWare等少數公司對公有云、私有云領域技術壟斷，2010年由NASA和Rackspace合作發起了OpenStack開源項目，采用Apache2.0許可授權，為公共云和私有云提供建設與管理軟件，簡化云的部署過程，并為其帶來良好的可擴展性。OpenStack以Python編程語言編寫，支持KVM、Xen、VirtualBox、QEMU、LXC等虛擬化平臺。OpenStack已發布10個版本，其中Icehouse版本有120個組織、1202名代碼貢獻者參與，最新穩定版本是Juno。

OpenStack目前已在IaaS資源管理方面占主導，成為公有云、私有云及混合云管理的“云操作系統”事實標準。國際上有很多使用OpenStack搭建的公有云、私有云以及混合云，如RackspaceCloud、惠普云、MercadoLibre的IT基礎設施云、AT&T的CloudArchitec、戴爾的OpenStack解決方案等。國內企業對OpenStack的興趣也在逐漸增加，京東、阿里巴巴、百度、中興、高德地圖等都參與相關的開發工作。

2.5 OpenComputeProject（OCP）

由Facebook發起的開放計算項目（OCP）基金會旨在為可擴展計算設計和開發高效的服務器、存儲及數據中心硬件，降低能源消耗和成本。OCP董事會成員包括Facebook、微軟、英特爾、高盛等6家公司，到2015年3月，有將近200家公司參與OCP項目，個人會員將近1000人。

不同于其他幾個以軟件為中心的開源項目，OCP專注的領域是硬件設施。目前，OCP有8個子項目，分別是一致性和互操作性、數據中心、硬件管理、高性能計算、網絡、開放機架、服務器、存儲。OCP成員在各子項目領域推出了多種創新技術和產品。Facebook和英特爾基于IntelXeonD系列14nm級處理器，聯合開發了名為Yosemite的SoC芯片，用來支持數據中心里高度并行的任務。另外，Facebook還發布了名為Wedge的架頂式（top-of-rack）交換機設計及其操作系統FBOSS，以及開源主板管理軟件OpenBMC。HP推出了Cloudline服務器，幫助需要運行大規模IT架構的運營商最大化數據中心效能，提升云服務敏捷性。OpenOptics MSA創始成員公司Mellanox和RANOVUS向OCP提交了數據中心互聯的WDM規范，是業界首個奠基性的針對2km100GWDM互通標準，不僅將加速基于硅光子的WDM數據中心解決方案的部署，也為下一代的數據中心互聯方案帶來可升級的架構。CumulusNetworks向OCP貢獻了ACPI平臺描述（ACPIPlatformDescription，APD）規范，作為網絡硬件與操作系統集成的產業標準。

3 標準組織的開放化

3.1 ONF成立開源SDN社區

2011年3月，在斯坦福大學McKeown教授等人的推動下，成立了開放網絡基金會（ONF），致力于開發基于OpenFlow的開放SDN技術及標準，目前發展成為SDN技術重要的標準化組織之一。ONF董事會成員包括德國電信、NTT、Facebook、Google、微軟、Verizon、雅虎及高盛等公司，會員數量已發展到150多個，包括電信運營商、網絡設備供應商、半導體廠商、計算機集成商、軟件公司、超大規模數據中心運營商和企業用戶。

ONF在2014年10月對組織架構進行了梳理，成立4個技術領域，在各領域的設置相應的工作組。其中，技術領域負責協議和轉發模型的定義，業務領域負責架構、北向接口和SDN業務的定義；運營商領域負責運營商的SDN需求的輸入；市場領域負責認證、測試和營銷活動的組織等。

開源工作在ONF逐漸受到重視，ONF將在在各個領域成立開源項目組，支撐各領域的技術研究、標準化和產業推廣。ONF執行主席DanPitt在2014年公開表示，SDN不再是廠商鎖定的SDN，而應該向開放的SDN發展，這也是ONF重點推動的工作。2015年2月，ONF建立OpenSourceSDN開源社區及代碼庫，推動SDN技術的開源合作。此外，ONF正在組織暫名為AnchorStack的開源項目，旨在開發一個集成的和垂直的開源SDN組件集合，為多場景下的SDN解決方案提供核心功能，計劃在2015年5月發布第一個版本。交換機和控制器廠商可以將產品集成到該開源平臺中，運營商和應用開發者可以基于這個平臺開發部署SDN解決方案。

3.2 ETSINFV加強與開源組織合作

NFV標準組織ETSINFV在2015年1月結束為期兩年的第一階段，在2015年2月開始為期兩年的第二階段，著重于推動互聯互通的NFV生態系統，并加強與其他SDN和NFV標準組織的合作，推進相關的標準、產業和開源項目。截止到目前，ETSINFV發布了11個NFV標準文稿，成員擴大到260個企業及組織，其中包括37個運營商，并舉行了9次全會。

在第二階段中，為了滿足建立開放生態系統的工作需求，NFVISG將WG進行重組，組織架構如圖1所示。工作組的重點領域除了繼續保證穩定性、互操作性、可靠性等性能，開展針對互操作性和實現的測試及驗證之外，也著重于加強與其他組織的合作和建立活躍的NFV生態系統。

ETSI NFV推動科研和教學，鼓勵產業界和學術界參與到NFV生態系統中，開展NFV研究項目和NFV教學課程。另外，ETSI NFV與OPNFV緊密合作，致力于創建開放的NFV參考平臺，整合其他開源項目（如OpenDaylight和OpenStack等）的開放硬件和軟件接口。

3.3 IETF尋求開放化轉型

標準組織IETF主要負責互聯網相關技術規范的研發和制定，定義設備間的協議及技術規范。隨著網絡技術的演進，IETF開始希望打破網絡設備的封閉性，增強網絡可編程能力，加速網絡演進，成立了ForCES、ALTO、I2RS、SFC、PCE、SPRING等工作組，其基本思路是在現有網絡協議及架構的基礎上，提供網絡的可編程性，從某種意義上可以看成是SDN的另一種實現方式。與ONF的標準化思路不同，IETF是在現有網絡、設備和技術的技術基礎上，立足于以演進的方式實現集中控制和網絡可編程的目的；而ONF標準化基于流轉發模型來定義控制平面同網絡的通信協議，并擴展到各種網絡場景、業務和可編程性等方面。IETF是網絡協議開發及標準化的重要組織，但在SDN技術的發展及引導方面，IETF并非主導者。在SDN方面，IETF更注重重用現有的協議及架構，來實現網絡的可編程性。

圖1 ETSINFVISG在第二階段的領導和組織結構（來源：ETSIBlog）

IETFJournal指出，IETF等標準組織意識到在開源軟件項目快速發展的形勢下，其在產業上技術格局的相關度和地位在下降。與標準組織制定標準相比，開源項目能夠基于市場需求開發產品并成為市場公認的事實標準，填補相關標準上的空白。在標準組織與開源項目開發標準的速度之間存在明顯差別，二者開發一項標準（后者為事實標準）的耗時比率在2∶1，開源項目成為事實標準的速度幾乎比標準組織快一倍。并且，在標準組織制定標準的過程中，很少能夠保證初創企業、新興廠商和用戶能夠發出聲音，相比之下開源項目更能夠促進市場公平繼而真正滿足市場需求。由此可見，開放與合作是傳統標準組織轉型的趨勢。為了適應技術發展，IETF需要考慮適當的內部重組，提高軟件研發的地位，并加強與開源項目及組織的合作。

4 國內SDN/NFV產業生態發展

國外領先企業與標準組織在開源項目技術架構與創新以及場景應用上走在前面，而我國國內SDN/NFV產業發展也非常迅速，在解決方案和一些應用場景上也有了較為領先的部署及考慮，應用場景也得到進一步明確和豐富并逐漸落地。但是，SDN產業鏈涉及的運營商、互聯網公司、電信設備制造商、軟件開發商以及硬件芯片廠商等各環節基于自身利益的考慮，以及對SDN的理解不盡相同，在采用的技術路線上沒有達成業界共識。國外通過開源模式來整合各方優勢資源推進技術發展，開源項目的推進將會給網絡運營和使用者帶來新的商業挑戰。實力較為雄厚的網絡運營和使用者會基于開源項目成果來研發自己的SDN解決方案，而一些傳統的電信運營商則會依賴設備供應商提供的解決方案建設網絡。但是，不同的廠商基于開源項目成果開發的產品往往會存在不同的私有設計，如何在保持平臺開放性的前提下允許不同的廠家完成自有競爭性的方案對運營商的SDN商業部署將是一個挑戰。

為了解決SDN技術和產業發展面臨的問題，推動SDN產業生態繁榮，SDN產業聯盟在2014年11月成立，是業界首個面向SDN商用的產業聯盟，致力于聚集產業界各方資源，共同推動SDN技術、標準、產品和解決方案的應用推廣。SDN產業聯盟一方面積極與各

諾基亞通信宣布全新客戶運營組織結構

諾基亞通信日前宣布將創建全新的全球客戶運營組織（CustomerOperation）結構。新的客戶運營組織將由七大區域市場組成，于2015年4月1日正式生效。這是諾基亞轉型之旅的一個重要里程碑。此舉意在打造一個更簡單、透明、強大的平臺以推動公司的業務增長。

全新的客戶運營組織旨在推動諾基亞網絡業務的進一步增長，通過建立集中、靈活且可復制的運營模式，與客戶建立更緊密的關系，為客戶提供更出色的支持。全新客戶運營組織包括歐洲區、大中華區、北美區、拉美區、印度區、亞太區和中東非洲區，共七大區域市場，每個市場的負責人都向諾基亞通信首席運營官周德翰（AshishChowdhary）匯報。標準組織和開源項目合作，另一方面整合國內業界資源構建SDN開源生態圈。SDN產業聯盟在關鍵技術、標準化、互聯互通以及測試等方面發揮平臺作用，促進SDN技術應用與業務創新，積極推進SDN相關標準組織制定南北向接口的標準，實現開放的SDN方案。并通過制定互通性測試規范，促進在商用場景下多廠商解決方案的互通。

5 結束語

開放合作是互聯網發展的基本理念和趨勢，SDN和NFV的誕生也是為了打破技術壟斷，形成開放的市場格局，降低技術的成本和門檻，加速技術和產業創新。開源項目在開放的產業生態中發揮了巨大的推動作用，聚集了多方力量協同開發基礎架構并形成事實標準，受到越來越多用戶的青睞。SDN/NFV標準組織同樣意識到開源開放的重要性，開始尋求轉型。開源技術和產品仍面臨諸多挑戰，安全性、可靠性以及缺少廠商的產品支持等都是開源生態中需要解決的問題。SDN產業聯盟會發揮平臺作用，促進國內SDN/NFV開放產業生態的發展，協同業界共同解決互聯互通、技術創新和商用部署等多方面的問題。

1 Carrier SDN and NFV Hardware and Software.Infonetics Research.11,2014

2 SDN,NFV,andOpenSource∶theOperator’Sview.MarkLeary, GigaomResearch.3,2014

3 Introducing ONOS-a SDN Network Operating System for ServiceProviders.ONOSOverviewWhitepaper.11,2014

4 Open Standards,Open Source,Open Loop.David Ward.IETF Journal.3,2015

Analysis ofSDN/NFVTechnology Landscape andOpenEcosystem

The industry of Software- defined Networking (SDN) and Network Functions Virtualization (NFV) is growing fast, while open source projects have made immense impact on boosting industry growth and technology innovation, and promoted the open ecosystem of the industry.Anumber of open source projects on SDN/NFVhave been established globally, creating de-facto standards through innovations on fields including network operating system, hardware performance, and virtualization. Standards development organizations (SDOs) intend to transform towards openness, by seeking for collaborations between open source community and SDOs, which however, introduces new competition. The SDN Industry Alliance has been established to drive the open ecosystem of domestic SDN/NFV industry, and to collaboratively solve problems in technology and industry.

SDN,NFV,opensource,openecosystem

2015-03-30）