關(guān)于SDN和NFV的發(fā)展趨勢(shì)研究

萬(wàn)河

摘 要：經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）逐漸度過(guò)概念炒作階段。世界權(quán)威調(diào)研公司Infonetics報(bào)告顯示，2015年之后SDN/NFV開始進(jìn)入商用部署階段，2016-2019年SDN/NFV陸續(xù)進(jìn)入發(fā)展期。另?yè)?jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)TBR（Technology Business Research）的最新調(diào)查報(bào)告顯示，有越來(lái)越多的企業(yè)客戶開始嘗試SDN，預(yù)計(jì)到2020年，SDN將真正成為主流。TBR預(yù)計(jì)到2021年，全球SDN和NFV市場(chǎng)支出將超1580億美元，年複合增長(zhǎng)率高達(dá)116%。隨著未來(lái)幾年業(yè)務(wù)發(fā)生變化，全球運(yùn)營(yíng)商正加速網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，以SDN+NFV開啟智能化。

關(guān)鍵詞：通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；軟件定義網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；發(fā)展趨勢(shì)

中圖分類號(hào)：TN915.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）11-0036-02

1 引言

SDN起源于大學(xué)校園網(wǎng)路內(nèi)部，當(dāng)研究人員在實(shí)驗(yàn)新的協(xié)定時(shí)，必須一再變更網(wǎng)路裝置內(nèi)的軟體，因此需要一種新的方法。同時(shí)，電子商務(wù)公司對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)路緩慢的創(chuàng)新步調(diào)感到失望，因而開始投資SDN以便能夠在他們的超大規(guī)模資料中心建立所需的擴(kuò)展與控制能力。

相對(duì)于SDN源起于研究人員和資料中心架構(gòu)師，NFV最初則是由一些大型的服務(wù)供應(yīng)商建立，他們將硬體為中心轉(zhuǎn)移到以軟體為中心。以軟件為基礎(chǔ)的功能將可以加速新網(wǎng)路服務(wù)部署，帶動(dòng)營(yíng)收成長(zhǎng)同時(shí)降低營(yíng)運(yùn)成本。簡(jiǎn)單地說(shuō)，SDN是一種管控網(wǎng)路的新方法，是去控制網(wǎng)路硬件；而NFV則是一種接受控制的新類型網(wǎng)路基礎(chǔ)設(shè)置，是將原本的特殊硬件與功能改為軟件功能，建置在一般商用伺服器的硬件上。

SDN和NFV之間有著一些關(guān)鍵差異性，不過(guò)二者卻有四個(gè)共通點(diǎn)易造成人們的混淆。首先，二者都是起源于用戶需要更大彈性與互通性，而不是為了尋求某種特別的技術(shù)。其次是時(shí)間點(diǎn)，也就是這兩種概念幾乎是在同一時(shí)期問(wèn)世。第三是并存，它們可以，而且實(shí)際上也被放在一起使用。最后，NFV和SDN都會(huì)搭配一些其他的新技術(shù)使用。儘管如此，仍有一些特徵可以區(qū)分這二項(xiàng)技術(shù)，而且這些差異性是值得探討的。

其中一項(xiàng)關(guān)鍵的差別是，SDN將管理網(wǎng)路的控制面（Control Plane）與傳送封包的轉(zhuǎn)送面（Forwarding Plane）分離開來(lái)，讓IT對(duì)于網(wǎng)路行為與效能擁有更大的控制能力。SDN藉由集中化控制和可程式設(shè)計(jì)以達(dá)到期望的行為，解決快速成長(zhǎng)和分散化網(wǎng)路在管理上所涉及的複雜性。重要的是，基于標(biāo)淮的控制面與資料面脫勾（Decoupling），意謂著SDN允許在軟件和硬件方面做出個(gè)別的採(cǎi)購(gòu)決策。

相對(duì)地，NFV將那些傳統(tǒng)上與特殊化專屬硬件（例如路由器、防火牆和應(yīng)用遞送控制器等）相關(guān)聯(lián)的網(wǎng)路程序轉(zhuǎn)換成可以在標(biāo)淮商用硬件（大多為x86伺服器）執(zhí)行的虛擬化軟件平臺(tái)。這些功能可以視需要而在網(wǎng)路內(nèi)移動(dòng)，以及向上或向下擴(kuò)展，不會(huì)如同安裝新硬件裝置那樣造成延誤與成本負(fù)擔(dān)。再者，NFV促成快速且低成本的功能升級(jí)，因此可以達(dá)到快速的服務(wù)創(chuàng)新（只需要數(shù)個(gè)月或數(shù)季，而非數(shù)年或數(shù)十年）。與SDN相同，NFV架構(gòu)也允許軟硬件分開採(cǎi)購(gòu)。

NFV模式不但允許使用功能強(qiáng)大且低成本的伺服器硬件，而且讓運(yùn)營(yíng)商和企業(yè)能夠比現(xiàn)在更快速、更經(jīng)濟(jì)地部署或更新服務(wù)。採(cǎi)納NFV之后，就不用再像以往那樣花費(fèi)數(shù)星期或數(shù)個(gè)月，才能完成跨越廣大地理區(qū)域的大型網(wǎng)路專屬硬件升級(jí)。NFV允許轉(zhuǎn)移到新的系統(tǒng)架構(gòu)，促成新的網(wǎng)路設(shè)計(jì)、增加靈活性和彈性。

2 SDN與NFV架構(gòu)與優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)介

2.1 SDN架構(gòu)與優(yōu)勢(shì)簡(jiǎn)介

SDN主要的概念是將傳統(tǒng)的網(wǎng)路區(qū)分為三層，分別為Application、Control 及 Infrastructure Layer（或稱Data Layer），其中Application Layer是指應(yīng)用及服務(wù)的部分； Control Layer是網(wǎng)路控制的核心，一般又稱SDN Controller，其中包含有許多的控制模組（Control Program/Bundle）；底層的部分就是66 ICT Journal No.161一般熟知的硬體交換機(jī)（Switch）設(shè)備。在SDN架構(gòu)中，所有Switch設(shè)備皆被SDN Controller集中控制，SDN Controller負(fù)責(zé)維護(hù)所有的網(wǎng)路架構(gòu)，利用軟體來(lái)定義網(wǎng)路，網(wǎng)路中所有的資料傳輸路徑，皆透過(guò)軟體來(lái)定義。所以，SDN也為一可程式化（Programmable）網(wǎng)路，因?yàn)镾DN可程式化的特性，開放式API的概念也因應(yīng)而生。透過(guò)此開放式API即可達(dá)到不同廠商所開發(fā)之SDN Controller，皆可控制不同廠牌的SDN Switch，繁複的網(wǎng)路設(shè)定工作也可集中在SDN Controller完成，大幅簡(jiǎn)化網(wǎng)路管理工作。在SDN架構(gòu)中，存在兩個(gè)開放式API，第一個(gè)為在 Application與Control Layer之間的北橋介面（Northbound API），目前北橋介面并未有共通的標(biāo)淮存在，相關(guān)標(biāo)淮組織也正努力制訂此API介面。而 Control與Infrastructure Layer之間則透過(guò)南橋介面（Southbound API）溝通，國(guó)際標(biāo)淮組織開放式網(wǎng)路基金會(huì)（ONF）[1]所制訂的OpenFlow就是廣為接受的標(biāo)淮南橋介面。

2.2 網(wǎng)路功能虛擬化（NFV）之發(fā)展

網(wǎng)路功能虛擬化（NFV）為近來(lái)網(wǎng)路技術(shù)發(fā)展的一個(gè)重要議題。電信網(wǎng)路經(jīng)過(guò)一百年快速的發(fā)展，已經(jīng)從專屬網(wǎng)路（Circuit Switch）演進(jìn)到封包網(wǎng)路（Packet Switch），而核心網(wǎng)路的發(fā)展更是越來(lái)越複雜。目前網(wǎng)路設(shè)備的發(fā)展又以硬體主，容易有相容性與互通性問(wèn)題，客製化程度極高，導(dǎo)致開發(fā)的難度與成本也相當(dāng)高。因此，用軟體實(shí)現(xiàn)網(wǎng)路功能虛擬化并採(cǎi)用標(biāo)淮伺服器與交換器硬體之NFV技術(shù)逐漸抬頭，有機(jī)會(huì)解決上述問(wèn)題，也因而成為全球電信運(yùn)營(yíng)商與網(wǎng)路服務(wù)商關(guān)注的焦點(diǎn)。核心網(wǎng)路中的重要網(wǎng)路設(shè)備的組成功能元素均是系統(tǒng)網(wǎng)路軟體，因此是否能夠與SDN的發(fā)展結(jié)合，達(dá)成分工合作，加速服務(wù)的發(fā)展，受到不少矚目。

NFV與SDN的關(guān)聯(lián)性又是如何呢？SDN與NFV并沒(méi)有絕對(duì)的相依關(guān)系，但若能互助合作，將會(huì)發(fā)揮更大的效益。且ETSI在推動(dòng)NFV時(shí)與ONF保持密切的合作關(guān)系，也將能助益整體的發(fā)展。至于NFV能夠達(dá)成什么功能呢？目前發(fā)展的趨勢(shì)可以下列情境應(yīng)用說(shuō)明：

（1）交換器元件，如BNG（Broadband Network Gateway）、CG-NAT、Router。

（2）行動(dòng)核心網(wǎng)路元件：如 HLR/HSS、MME、SGSN、GGSN/PDN-GW、RNC。

（3）訊務(wù)分析：如 DPI（Deep Packet Inspection）、QoE（Quality of Experiences）量測(cè)。

（4）下世代網(wǎng)路訊令（NGN）：如 SBCs （Session Border Controller）、IMS（IP Multimedia Subsystem）。

（5）核心網(wǎng)路功能：如AAA伺服器、PCRF（Policy Control and Charging Function）。

（6）網(wǎng)路應(yīng)用服務(wù)：如CDNs、Cache伺服器、負(fù)載平衡伺服器（Load Balancer）。

3 SDN與NFV國(guó)際標(biāo)淮組織標(biāo)淮制訂趨勢(shì)探討

關(guān)于SDN與NFV，目前有多個(gè)國(guó)際標(biāo)淮制訂組織正在制訂相關(guān)標(biāo)淮：首先是目前最活躍的開放式網(wǎng)路基金會(huì)（ONF），其致力于SDN的標(biāo)淮化與商業(yè)化，包含OpenFlow Southbound API、OpenFlow配置和管理協(xié)定的OpenFlow-Config、Carrier/Wireless SDN、Migration等等相關(guān)標(biāo)淮；負(fù)責(zé)制訂有線電信網(wǎng)路標(biāo)淮之Broadband Forum（BBF）也開始進(jìn)行有線接取網(wǎng)路導(dǎo)入SDN架構(gòu)的相關(guān)標(biāo)淮制訂；歐洲電信標(biāo)淮化協(xié)會(huì)（ETSI）則負(fù)責(zé)NFV的需求與架構(gòu)等等相關(guān)標(biāo)淮；網(wǎng)際網(wǎng)路最主要的標(biāo)淮組織Internet Engineering Task Force（IETF）也很早就投入SDN相關(guān)標(biāo)淮制訂，透過(guò)延伸既有的標(biāo)淮來(lái)支援SDN架構(gòu)，例如ALTO（Application-Layer Traffic Optimization）與I2RS（Interface to the Routing System）標(biāo)淮等等；ITU-T近期也開始SDN的相關(guān)研究，例如SG13成立Y.FNsdn研究SDN功能需求和架構(gòu)、SG11則負(fù)責(zé)制訂Q.SBAN研究軟體定義的寬頻接入網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景及訊令需求、Q.Supplement-SDN研究SDN的訊令架構(gòu)等等，以及SG15探討SDN應(yīng)用在傳輸網(wǎng)（Transport Network）的相關(guān)議題；Optical Internetworking Forum（OIF）也在制訂光傳送網(wǎng)（Optical Transport Network，OTN）導(dǎo)入SDN架構(gòu)的相關(guān)標(biāo)淮。接著將針對(duì)最為活躍的SDN標(biāo)淮組織 ONF其所制訂的標(biāo)淮內(nèi)容與趨勢(shì)，以及ETSI所制訂的NFV相關(guān)標(biāo)淮做較詳細(xì)的介紹。

4 結(jié)語(yǔ)

從Google在Data Center中採(cǎi)用SDN架構(gòu)，得到良好的效益驗(yàn)證后，引起SDN相關(guān)技術(shù)蓬勃快速的發(fā)展，校園網(wǎng)路與企業(yè)網(wǎng)路的實(shí)際應(yīng)用案例也逐漸增多。即便是電信運(yùn)營(yíng)商，也逐漸開始採(cǎi)用SDN與NFV進(jìn)行相關(guān)的研究與Field Trail，期望可以解決電信網(wǎng)路剪刀效應(yīng)與網(wǎng)路管理日趨複雜的問(wèn)題。多個(gè)國(guó)際標(biāo)淮制訂組織ONF、ETSI、IETF、ITU-T與BBF也積極在進(jìn)行SDN與NFV的相關(guān)標(biāo)淮制訂。然而，SDN與NFV是否可以大量興起以及被大量使用，仍有幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)需要努力。首先SDN與NFV需要更多成熟的大型成功案例，單一個(gè)Google採(cǎi)用SDN的成功案例并不足夠，更多的成功應(yīng)用案例，才可以促使使用者看到SDN與NFV帶來(lái)的價(jià)值，才有機(jī)會(huì)促使SDN與NFV被廣泛使用。再者，SDN需要有殺手級(jí)的應(yīng)用以更加凸顯SDN的價(jià)值，以及觸發(fā)SDN被大量應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。此外，SDN網(wǎng)路的布建避免不了與傳統(tǒng)網(wǎng)路混合布建，因此SDN網(wǎng)路與傳統(tǒng)網(wǎng)路網(wǎng)通將會(huì)共存，這個(gè)SDN混合式網(wǎng)路管理的難度相當(dāng)?shù)母撸绾伪M快推出相關(guān)的管理技術(shù)與平臺(tái)，并實(shí)際布建驗(yàn)證，也將是影響SDN能否快速普及的重要因素。

參考文獻(xiàn)

[1]ONF： Open Networking Foundation，

[2]NFV White paper： "Network Functions Virtualisation， An Introduction， Benefits， Enablers， Challenges & Call for Action. Issue 1".

[3]NFV White paper： "Network Functions Virtualisation， An Introduction， Benefits， Enablers， Challenges & Call for Action. Issue 1".