目前,諸如防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、內(nèi)容緩存等網(wǎng)絡(luò)功能均被耦合到專用的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備之中,這帶來(lái)了諸多不便。此背景下,當(dāng)下的技術(shù)趨勢(shì)是,業(yè)界正在進(jìn)行變革,以期最終將網(wǎng)絡(luò)功能通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn),而且這些軟件運(yùn)行于通用的網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備之上。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)組織較多,其中一個(gè)實(shí)力較強(qiáng)的是ETSI在由運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)下成立的一個(gè)ISG(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)組)——NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)。本文介紹NFV的基本理念及NFVISG最近的活動(dòng)進(jìn)展,并介紹國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究課題及標(biāo)準(zhǔn)化工作、NFV與SDN的關(guān)系、有線電視網(wǎng)絡(luò)業(yè)界對(duì)NFV及SDN的探索情況。
【關(guān)鍵詞】CDN;NFV;SDN;虛擬化;網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化
1、引言
在今年3月的全球移動(dòng)通信大會(huì)上,由運(yùn)營(yíng)商主導(dǎo)的NFV可謂“數(shù)將來(lái)風(fēng)流技術(shù),還看NFV”。自2012年10月以來(lái),NFV取得了巨大的發(fā)展。
作為通用型服務(wù)器的基本組件,CPU及內(nèi)存的性能遵循著摩爾定律在快速地提高。目前,多核CPU中每一核的處理能力可達(dá)每秒處理上百萬(wàn)個(gè)數(shù)據(jù)包/分組。因此,在通用型服務(wù)器上以軟件形式運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)功能就具備了基礎(chǔ)條件。其可通過(guò)虛擬化來(lái)實(shí)現(xiàn),以達(dá)到靈活、按需使用網(wǎng)絡(luò)資源的目的(這是一種云計(jì)算能力)。在此背景在,NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)被提出,而且得到了全球許多大型網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的響應(yīng)與支持,如圖1所示,他們紛紛在現(xiàn)網(wǎng)中部署試驗(yàn)網(wǎng)進(jìn)行測(cè)試,ETSI還專門成立了NFVISG來(lái)推動(dòng)NFV技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展。
在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之中,網(wǎng)絡(luò)功能與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是超強(qiáng)耦合的關(guān)系,網(wǎng)絡(luò)功能均通過(guò)專門設(shè)計(jì)的、廠商專有的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)。這帶來(lái)了諸多不便:比如這些設(shè)備在性能上的提高,受限于滿足特定/定制化需求而且同時(shí)保持電信級(jí)可靠性的硬件的發(fā)展;又如,當(dāng)運(yùn)營(yíng)商要部署新的業(yè)務(wù)時(shí),須事先部署新設(shè)計(jì)的、具有相關(guān)專用功能的設(shè)備,這會(huì)提高運(yùn)營(yíng)商的業(yè)務(wù)部署成本,還會(huì)帶來(lái)后續(xù)的其他一些問(wèn)題;再如,在這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)體制下,對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的管理、運(yùn)維也有大難題存在。
與之相對(duì)的是,NFV的目標(biāo)就是在通用的硬件設(shè)備上運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)功能,從而通過(guò)大范圍的部署,可降低CAPEX?!疤摂M化”使得網(wǎng)絡(luò)功能可以按需地部署及更新,且極大地方便遠(yuǎn)程管理及維護(hù),可降低OPEX。
2、NFV的應(yīng)用場(chǎng)景
NFVISG所研究的對(duì)象包括固網(wǎng)及移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)平面與控制平面,其中涉及到了現(xiàn)網(wǎng)中所有的網(wǎng)絡(luò)功能:電信級(jí)NAT、BRAS、邊緣路由器、交換機(jī)、OLT、ONU、EPC、IMS、eNodeB、SGSN/GGSN、家庭網(wǎng)關(guān)與機(jī)頂盒中相關(guān)功能、IPsec、深度包檢測(cè)、流分析/協(xié)議處理功能、負(fù)載均衡、CDN、WAN加速、網(wǎng)絡(luò)控制功能、防火墻、入侵檢測(cè)系統(tǒng)、安全功能等。
NFVISG最近發(fā)布的一份技術(shù)文檔里對(duì)NFV的9大應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行了描述:
1)面向網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的IaaS;
2)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能即服務(wù);
3)虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)即服務(wù);
4)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能轉(zhuǎn)發(fā)圖;
5)移動(dòng)核心網(wǎng)及IMS的虛擬化;
6)移動(dòng)基站的虛擬化;
7)家庭網(wǎng)絡(luò)的虛擬化;
8)CDN的虛擬化——虛擬CDN(vCDN);
9)固定接入網(wǎng)功能的虛擬化。
3、NFVISG的相關(guān)活動(dòng)
全球主流的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商AT&T、BT、美國(guó)有線電視實(shí)驗(yàn)室CableLabs、CenturyLink、中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、Colt、DeutscheTelekom、KDDI、KT、NTT、Orange、TelecomItalia、PortugalTelecom、Telefonica、Telstra、Verizon、SK Telecom、Softbank、Sprint、Swisscom、Telefonica、Telenor、Telstra、Vodafone意識(shí)到需要成立一個(gè)共同的論壇組織來(lái)推動(dòng)NFV在全球的發(fā)展。
在2012年10月于德國(guó)達(dá)姆施塔特舉行的“全球SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò))暨Openflow大會(huì)”上,上述主流運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合發(fā)布了相關(guān)的技術(shù)白皮書(shū),并宣布在ETSI之下成立NFVISG,并在2013年的“全球SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò))暨Openflow大會(huì)”發(fā)布了第2.0版技術(shù)白皮書(shū)。2012年11月,NFVISG正式成立,截至目前,其成員單位已經(jīng)超過(guò)了140家,其中包括主流運(yùn)營(yíng)商、通信設(shè)備制造商、信息設(shè)備制造商、軟件開(kāi)發(fā)商等。NFVISG的每次例行會(huì)議,都有200~300人參加,而且會(huì)間的討論很熱烈。
NFVISG并不規(guī)定實(shí)施NFV的具體技術(shù)細(xì)節(jié),而是提供NFV的架構(gòu)及技術(shù)需求,以作為其他標(biāo)準(zhǔn)組織的相關(guān)技術(shù)規(guī)范的基礎(chǔ)。NFVISG中的重要人物也是其他標(biāo)準(zhǔn)組織的成員,他們對(duì)組織間的合作起著促進(jìn)作用。目前NFVISG已經(jīng)發(fā)布了一些技術(shù)文檔,有望被用于其他標(biāo)準(zhǔn)組織的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作。
至于NFV與SDN的關(guān)系,當(dāng)前,已經(jīng)沒(méi)有人故意把SDN和NFV對(duì)立起來(lái),多數(shù)人認(rèn)為SDN和NFV是相輔相成的,ETSI自己也聲稱NFV是對(duì)SDN的高度補(bǔ)充。只有實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能的高度虛擬化,才能保證SDN的水到渠成或者說(shuō)讓SDN輕裝上陣,并讓SDN真正有別于傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)控制分離模式。另外,SDN也是NFV的基礎(chǔ)設(shè)施中針對(duì)網(wǎng)絡(luò)域的一項(xiàng)使能技術(shù),其全局、集中的控制方式能有效支持網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化和池化,有利于實(shí)現(xiàn)多租戶虛擬網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)性與自動(dòng)化需求。其實(shí),NFV提供了整體的虛擬化架構(gòu),而SDN則提供API、控制協(xié)議等具體細(xì)節(jié)。
NFVISG的組成架構(gòu)如圖2所示,最上面設(shè)有技術(shù)指導(dǎo)委員會(huì)TSC,其下設(shè)有主席(對(duì)接技術(shù)主任的工作)及副主席(對(duì)接技術(shù)副主任的工作),下面設(shè)有兩個(gè)專家組EG(負(fù)責(zé)性能的EG與負(fù)責(zé)安全的EG)與4個(gè)工作組WG(虛擬基礎(chǔ)設(shè)施架構(gòu)WG、管理與協(xié)調(diào)WG、軟件架構(gòu)WG、可靠性及可用性WG)。TSC負(fù)責(zé)指導(dǎo)和協(xié)調(diào)各EG與各WG的工作。各EG與各WG的具體分工,有興趣的同仁可以自行去查閱一下。
另外如圖3所示,還設(shè)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商委員會(huì)NOC,用以指導(dǎo)NFVISG的相關(guān)工作,并討論NFVISG相關(guān)活動(dòng)的戰(zhàn)略部署。
NFVISG在每個(gè)季度召開(kāi)一次全體大會(huì),所有140多個(gè)成員單位全部參加。每次全會(huì)設(shè)置一位大會(huì)報(bào)告起草人,完成大會(huì)報(bào)告,并在大會(huì)之后,組織召開(kāi)臨時(shí)會(huì)議來(lái)細(xì)化討論技術(shù)細(xì)節(jié),然后進(jìn)一步完善大會(huì)報(bào)告。由于這些臨時(shí)會(huì)議之后部分成員單位參與,所以大會(huì)報(bào)告起草人也會(huì)把臨時(shí)會(huì)議的成果提交給其余未參會(huì)的成員單位,要求提出意見(jiàn),知道最終獲得所有成員單位的通過(guò)。
在全會(huì)上,各EG與各WG會(huì)各自召開(kāi)現(xiàn)場(chǎng)會(huì)議。平時(shí),各EG與各WG會(huì)各自經(jīng)常召開(kāi)網(wǎng)絡(luò)在線會(huì)議,相互之間也常展開(kāi)聯(lián)席會(huì)議。
NFVISG第一次全會(huì)于2013年元月在ETSI總部召開(kāi),截至目前已召開(kāi)四屆全會(huì),會(huì)議地點(diǎn)不是在歐洲就是在美國(guó),NFVISG決定以后的全會(huì)到其他地區(qū)舉行。
4、NFVISG的活動(dòng)現(xiàn)狀
在第一次全會(huì)上,NFVISG成立了兩個(gè)EG與4個(gè)WG,而且每個(gè)組進(jìn)行了技術(shù)討論。在第一次全會(huì)上,NFVISG的成員單位決定輸出若干份相關(guān)的參考文檔,而且每份文檔里面分別要描述的工作項(xiàng)目WI包括NFV使用場(chǎng)景、NFV架構(gòu)框架、NFV術(shù)語(yǔ)、NFV虛擬化技術(shù)需求。參考文檔以GS(組規(guī)范)的形式輸出,在通過(guò)批準(zhǔn)后,正式對(duì)外發(fā)布,并提交給其他標(biāo)準(zhǔn)組織使用。4份WI及概念驗(yàn)證(PoC)均已以GS形式輸出。
5、展望
5份GS的發(fā)布可進(jìn)一步促進(jìn)各EG與各WG的技術(shù)討論,從而在將來(lái)輸出更多的GS。這些GS可以被其他標(biāo)準(zhǔn)組織使用。NFVISG成員單位還將提交更多的PoC提案。面向大規(guī)模商用的NFV的技術(shù)進(jìn)步將進(jìn)一步加速。
6、國(guó)內(nèi)的相關(guān)研究課題及標(biāo)準(zhǔn)化工作
2014年3月到2015年12月期間,北京郵電大學(xué)與工業(yè)和信息化部電信研究院將牽頭進(jìn)行軟件定義網(wǎng)絡(luò)SDN網(wǎng)管系統(tǒng)研究,旨在跟蹤ONF、ITU-T等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織在SDN網(wǎng)絡(luò)管理研究方面的研究進(jìn)展,重點(diǎn)研究SDN網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)、SDN網(wǎng)絡(luò)管理功能需求、SDN網(wǎng)絡(luò)管理接口功能需求、SDN網(wǎng)絡(luò)管理接口信息模型等方面。研究?jī)?nèi)容適用于建立SDN的網(wǎng)絡(luò)管理。參與單位有北京市天元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)股份有限公司。
2014年3月到2014年12月期間,中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司與中興通訊股份有限公司將牽頭進(jìn)行軟件定義的分組傳送網(wǎng)技術(shù)(S-PTN)研究,涉及S-PTN的PTN轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備、S-PTNController、南北向接口的具體定義以及上層應(yīng)用的具體內(nèi)容。具體技術(shù)內(nèi)容包括:設(shè)備系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、設(shè)備類型、數(shù)據(jù)平面的業(yè)務(wù)要求、QoS功能要求、OAM要求、保護(hù)要求、同步要求、Controller要求,功能及性能要求,以及北向和南向接口要求等。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)將適用于實(shí)現(xiàn)MPLS-TP的轉(zhuǎn)發(fā)的S-PTN系統(tǒng)。參與單位有工業(yè)和信息化部電信研究院、武漢郵電科學(xué)研究院、華為技術(shù)有限公司、上海貝爾股份有限公司、北京郵電大學(xué)。
2014年3月到2015年12月期間,工業(yè)和信息化部電信研究院與中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司將牽頭進(jìn)行基于SDN/NFV的接入網(wǎng)及家庭網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究,對(duì)SDN在接入網(wǎng)及家庭網(wǎng)絡(luò)中的總體技術(shù)要求進(jìn)行研究,包括基于SDN的接入網(wǎng)及家庭網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用需求、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、功能模塊和接口、關(guān)鍵技術(shù)(接入節(jié)點(diǎn)控制技術(shù)、可編程的線路技術(shù)及云化的家庭網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù))以及網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的概念、虛擬化用例、虛擬化技術(shù)框架、虛擬化需求、虛擬化在客戶網(wǎng)絡(luò)和接入網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用等。該課題的研究成果適用于基于SDN的接入網(wǎng)及家庭網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和建設(shè)。參與單位有華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份、貝爾股份有限公司、武漢郵電科學(xué)研究院。
2014年3月到2015年12月期間,工業(yè)和信息化部電信研究院將牽頭進(jìn)行基于軟件定義的超100G光收發(fā)合一模塊技術(shù)研究,主要基于SDN應(yīng)用的超100G光收發(fā)合一模塊關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究,包括超100G技術(shù)發(fā)展背景及應(yīng)用前景分析、基于SDN的超100G光收發(fā)合一模塊實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)、基于SDN的超100G光收發(fā)合一模塊關(guān)鍵光電技術(shù)參數(shù)、基于SDN的模塊控制接口及協(xié)議、基于SDN的超100G光收發(fā)合一模塊的測(cè)試驗(yàn)證方法等。本研究課題主要適用于基于SDN的超100G光收發(fā)合一模塊。參與單位有武漢郵電科學(xué)研究院、中興通訊股份有限公司、深圳新飛通光電子技術(shù)有限公司。
2014年3月到2015年12月期間,中國(guó)電信集團(tuán)公司、中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司、工業(yè)和信息化部電信研究院將牽頭進(jìn)行基于SDN的智能感知系統(tǒng)技術(shù)要求,該標(biāo)準(zhǔn)將適用于感知系統(tǒng)研發(fā)和相關(guān)網(wǎng)絡(luò)建設(shè),主要內(nèi)容包括:1)基于SDN的智能感知系統(tǒng)架構(gòu);2)基于SDN的智能感知系統(tǒng)技術(shù)要求,包括:(1)感知策略管理與分析平臺(tái)(Controler)技術(shù)要求,包括策略定制和管理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)開(kāi)放等方面的要求;(2)感知信息采集設(shè)備(Collecter/Transporter)技術(shù)要求,包括對(duì)固網(wǎng)、移動(dòng)網(wǎng)DPI采集網(wǎng)元的要求;3)接口技術(shù)要求,包括感知策略管理與分析平臺(tái)和感知信息采集設(shè)備之間的接口,以及感知策略管理與分析平臺(tái)對(duì)第三方應(yīng)用的開(kāi)放接口。參與單位有華為技術(shù)有限公司、中興通訊股份有限公司。
2014年3月到2015年12月期間,中國(guó)電信集團(tuán)公司、中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)公司將牽頭進(jìn)行基于SDN及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)的IMS網(wǎng)絡(luò)虛擬化要求的研究。主要研究范圍包括但不限于:IMS網(wǎng)絡(luò)虛擬化的架構(gòu)、虛擬化IMS網(wǎng)絡(luò)的功能技術(shù)要求、虛擬化IMS網(wǎng)絡(luò)的性能技術(shù)要求、虛擬化IMS網(wǎng)絡(luò)的接口技術(shù)要求、虛擬化IMS網(wǎng)絡(luò)協(xié)議技術(shù)要求、虛擬化IMS網(wǎng)絡(luò)可靠性、安全性技術(shù)要求、虛擬化IMS網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)技術(shù)要求、虛擬化IMS網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管技術(shù)要求、虛擬化IMS網(wǎng)絡(luò)計(jì)費(fèi)技術(shù)要求。參與單位有工業(yè)和信息化部電信研究院、中國(guó)聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司,、中興通訊股份有限公司、華為技術(shù)有限公司、諾基亞西門子通信(上海)有限公司、南京愛(ài)立信熊貓通信有限公司、上海貝爾股份有限公司。
7、有線電視網(wǎng)絡(luò)業(yè)界對(duì)SDN及NFV的探索
SDN及NFV對(duì)于SDN有線電視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商而言,無(wú)疑有著深遠(yuǎn)的影響,比如在部署SDN及NFV之后,有線電視基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)就成了“云”的一部分,有線電視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商就可以將網(wǎng)絡(luò)以“網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)”的形式把網(wǎng)絡(luò)靈活出租給其他有線電視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、電信運(yùn)營(yíng)商、虛擬運(yùn)營(yíng)商。
美國(guó)有線電視實(shí)驗(yàn)室CableLabs積極參與SDN及NFV的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化活動(dòng),上文圖3中所示的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商委員會(huì)NOC,CableLabs就是其中的成員。
目前,全球主流ISP正在積極探索試驗(yàn)部署網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化與部署軟件定義網(wǎng)絡(luò)。美國(guó)有線電視網(wǎng)絡(luò)業(yè)界也正探索部署網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化。2013年廣電春季技術(shù)論壇里面專門開(kāi)辟了一個(gè)專場(chǎng)“軟件定義網(wǎng)絡(luò)及有線電視網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)對(duì)”,里面的討論包括在DOCSIS網(wǎng)絡(luò)中采用OpenFlow架構(gòu)、通過(guò)“云”及軟件定義網(wǎng)絡(luò)來(lái)增強(qiáng)有線電視網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的靈活度、將軟件定義網(wǎng)絡(luò)模式應(yīng)用于有線電視網(wǎng)絡(luò)、通過(guò)“網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化”增強(qiáng)DOCSIS服務(wù)能力、可在DOCSIS網(wǎng)絡(luò)部署軟件定義網(wǎng)絡(luò)嗎?基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的cableWi-Fi等。
據(jù)筆者了解,今年的廣電春季技術(shù)論壇還將專門開(kāi)辟一個(gè)專場(chǎng)“重新定義有線電視網(wǎng)絡(luò):SDN、NFV及業(yè)務(wù)加速”,里面的討論將包括把網(wǎng)絡(luò)虛擬化延伸至家庭(網(wǎng)絡(luò))、虛擬化的CPE(用戶駐地設(shè)備)如何提高網(wǎng)絡(luò)性能、SDN于加速業(yè)務(wù)部署方面的優(yōu)勢(shì)、SDN及其對(duì)商業(yè)服務(wù)自動(dòng)化的影響。今年的主題及具體討論的問(wèn)題相比2013年都有所進(jìn)步。其中的精彩,讓我們翹首以待吧!
為了推動(dòng)SDN及NFV在有線電視網(wǎng)絡(luò)的部署,美國(guó)有線電視實(shí)驗(yàn)室CableLabs成立了兩個(gè)相關(guān)的項(xiàng)目組:1)開(kāi)放式網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目組。該項(xiàng)目組主要聚焦于有線電視接入網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備(尤其是CMTS)的虛擬化,以新興的SDN開(kāi)發(fā)工具包來(lái)快速形成虛擬接入網(wǎng)原型系統(tǒng);2)第二個(gè)項(xiàng)目組主要研發(fā)面向低端有線電視網(wǎng)絡(luò)終端的虛擬CPE(比如虛擬機(jī)頂盒)原型系統(tǒng)。
來(lái)源:DVBCN數(shù)字電視中文網(wǎng) 作 者:李遠(yuǎn)東
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