網絡虛擬化技術在廣電網絡系統中的應用研究

陳 坤

江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司 江蘇 南京 210000

一、前言

隨著云計算、大數據等新興信息技術業務應用的規模落地，新業務應用對網絡的需求越來越高，靈活性、易擴展和簡單易用成為運營商未來網絡必須具備的基本能力，網絡虛擬化新技術在行業內逐步被認同并快速發展。廣電網絡因其業務特性，在組網方式和理念上仍采用傳統的模式，已經凸顯出對資源調度和配置的靈活性不足、對新業務/應用的開通部署慢、對網絡運營維護的要求高等問題，本文通過對網絡虛擬化技術(SDN/NFV)的分析研究，為廣電數據網絡模式的轉型尋找適合的思路和理念。

二、網絡虛擬化技術介紹

目前業內主流的網絡虛擬化技術有：

(1) SDN技術。SDN，即軟件定義網絡，它誕生于校園網，是一種網絡虛擬化(Network Virtualization，NV)技術，其利用標準協議(例如OpenFlow)把網絡設備的控制層面從數據層面中分離出來，并以軟件方式實現。

(2)NFV技術。NFV，即網絡功能虛擬化，它由服務供應商創建，旨在通過IT虛擬化技術，采用業界標準的大容量服務器、存儲和交換機承載各種各樣的網絡軟件功能，實現網絡能力的靈活配置，提高網絡設備的統一化、通用化以及適配性，加快網絡部署和調整的速度，降低業務部署的復雜度。

三、SDN/NFV技術帶來的改變

網絡虛擬化技術目標是以軟件為中心，采用SDN/NFV關鍵技術，構建可運營的統一業務管理平臺，將傳統的網絡機房向數據中心轉型，逐步實現數據中心網絡IT化、設備軟件化、硬件標準化。

(1)網絡云化。傳統數據網絡中通常采用大量專用硬件設備，采用的技術相對單一且管理和調度是分離的。這種架構已難以支撐和滿足日新月異的互聯網應用、業務快速部署、服務創新等方面的需求，而NFV將云計算技術引入到電信網絡中來，能夠大幅提升網絡的靈活性，有利于新業務的開發和部署，提升網絡的管理和維護效率；因此，逐漸形成以“功能軟件化”、“業務統一編排”和“硬件云資源池”為主要特征的網絡云化體系。

(2)大大提升網絡的管理和可編排能力。SDN為越來越復雜及高度虛擬的網絡提供了所需的管理和編排工具。對于運營商而言，SDN可以創建與頻譜和網絡資源分配相關的效率，以及與人工成本直接相關的人工操作水平。對于運營商服務的企業而言，SDN帶來了所需的固有靈活性和可擴展性，企業從創建新服務中獲益。

(3)大大提升網絡性能擴展能力。根據ETSI的定義，NFV的目標是通過發展標準IT虛擬化技術來改變網絡運營商構建網絡的方式。與傳統網絡設備構建的網絡相比，NFV將以更低的成本提供具有更高可擴展性、彈性和適應性的高性能網絡。NFV是SDN的高度補充。NFV通過降低設備成本和降低功耗，可以降低運營商CAPEX和OPEX，NFV還可以減少部署時間，并且提供更大的靈活性，可以擴展或縮小服務。

四、虛擬化新技術存在的不足

全球幾乎所有主流運營商、設備商、互聯網公司都在進行SDN/NFV的研究和部署,各大相關國際組織也在全力推進有關的標準發展，但SDN/NFV還處于技術應用的起步階段，在運營商網絡中大規模推廣應用還面臨多方面的挑戰。具體有：

(1)接口/協議標準化面臨的挑戰。SDN的標準化組織ONF強調，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/模板的方式實現，廠家只需公布自己的模型就能夠實現互通及控制。VMware和Openstack都是SDN在應用層的實現體系，它們彼此獨立，各有優勢，好比手機操作系統的安卓和IOS；因此，SDN標準體系是否能夠統一，有無統一的必要性還存在很大爭議。

(2)安全性挑戰。SDN網絡的核心控制器作為網絡集中化控制的實現部分，可能存在負載過大、單點失效、易受網絡攻擊等安全性問題，這需要建立一整套的隔離、防護和備份等機制確保整個系統的安全穩定運行。但目前來說，尚缺乏系統的解決方案。

(3)SDN集中控制理念的控制架構體系沒有統一。控制架構層次的劃分及控制層面的組成需要進一步研究明確。SDN控制平面掌握全局網絡的資源，十分重要，控制面的性能直接影響整體網絡的性能。不同專業類別的網絡需要根據需求由專業和通用控制器組成。在控制器實現方式上，存在著網絡不同域中控制器的層次架構不相同的情況，例如移動核心網中采用的是三層架構而在數據中心采用單層架構。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一的共識。

五、新技術在廣電雙向網絡中的應用前景

因為SDN提出了數據面與控制面解耦概念，實現控制與轉發的分離，對于傳統網絡有顛覆性的改變，所以全國的廣電運營商根據其自身網絡特性，大都對其都采取觀望態度，隨著各電信運營商對SDN/NFV的深入理解和技術跟進，電信運營商已經改變了觀望的態度，已經開始將SDN/NFV看做未來發展的重點，并加大了對其的研發力度。

考慮到廣電運營商的規模，在無法進行獨立研發的情況下，可與傳統硬件廠商進行合作。隨著SDN和NFV在業界備受關注，這些傳統的硬件廠商希望在自己已有優勢的基礎上使用SDN并結合特定的場景(如云數據中心網絡)繼續提供相應的系統和解決方案，以實現向網絡軟件廠商和網絡解決方案提供商的轉型。目前幾種典型的解決方案如下:

1)發布相應的支持開源的SDN控制器，利用標準的南向接口如XMPP管理、控制疊加網絡，以降低對傳統網絡設備的影響，加快提供相應服務的能力，來實現網絡的虛擬化。

2)提出相應的軟件解決方案，使其能夠通過改進對應的虛擬網絡設備，實現對平臺的管理并能夠支持多種虛擬化產品。

3)主導開源項目如ONOS、OpenDaylight等，通過主導相關控制器的發展、開放相應的硬件接口實現網絡能力的交互。而目前在SDN的核心控制器實現軟件上，發展趨勢呈多元化。

六、小結

未來信息的發展必將面向以SDN/NFV為核心的云計算網絡，SDN/NFV等新技術對產業，對企業自身內部都有可能產生顛覆性的影響。但同時我們可以以此為契機，從網絡組網、管理理念、技術儲備等方面對自身進行重塑。