...FV关键技术发展趋势分析
万河
摘 要：经过多年发展，软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）逐渐度过概念炒作阶段。世界权威调研公司Infonetics报告显示，2015年之后SDN/NFV开始进入商用部署阶段，2016-2019年SDN/NFV陆续进入发展期。另据调研机构TBR（Technology Business Research）的最新调查报告显示，有越来越多的企业客户开始尝试SDN，预计到2020年，SDN将真正成为主流。TBR预计到2021年，全球SDN和NFV市場支出将超1580亿美元，年複合增长率高达116%。随著未来几年业务发生变化，全球运营商正加速网络重构，以SDN+NFV开启智能化。
关键词：通信网络技术；软件定义网；网络功能虚拟化；发展趋势
中图分类号：TN915.0 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）11-0036-02
1 引言
SDN起源于大学校园网路内部，当研究人员在实验新的协定时，必须一再变更网路装置内的软体，因此需要一种新的方法。同时，电子商务公司对于传统网路缓慢的创新步调感到失望，因而开始投资SDN以便能够在他们的超大规模资料中心建立所需的扩展与控制能力。
相对于SDN源起于研究人员和资料中心架构师，NFV最初则是由一些大型的服务供应商建立，他们将硬体为中心转移到以软体为中心。以软件为基础的功能将可以加速新网路服务部署，带动营收成长同时降低营运成本。简单地说，SDN是一种管控网路的新方法，是去控制网路硬件；而NFV则是一种接受控制的新类型网路基础设置，是将原本的特殊硬件与功能改为软件功能，建置在一般商用伺服器的硬件上。
SDN和NFV之间有著一些关键差异性，不过二者却有四个共通点易造成人们的混淆。首先，二者都是起源于用户需要更大弹性与互通性，而不是为了寻求某种特别的技术。其次是时间点，也就是这两种概念几乎是在同一时期问世。第三是并存，它们可以，而且实际上也被放在一起使用。最后，NFV和SDN都会搭配一些其他的新技术使用。儘管如此，仍有一些特徵可以区分这二项技术，而且这些差异性是值得探讨的。
其中一项关键的差别是，SDN将管理网路的控制面（Control Plane）与传送封包的转送面（Forwarding Plane）分离开来，让IT对于网路行为与效能拥有更大的控制能力。SDN藉由集中化控制和可程式设计以达到期望的行为，解决快速成长和分散化网路在管理上所涉及的複杂性。重要的是，基于标淮的控制面与资料面脱勾（Decoupling），意谓著SDN允许在软件和硬件方面做出个别的採购决策。
相对地，NFV将那些传统上与特殊化专属硬件（例如路由器、防火牆和应用递送控制器等）相关联的网路程序转换成可以在标淮商用硬件（大多为x86伺服器）执行的虚拟化软件平台。这些功能可以视需要而在网路内移动，以及向上或向下扩展，不会如同安装新硬件装置那样造成延误与成本负担。再者，NFV促成快速且低成本的功能升级，因此可以达到快速的服务创新（只需要数个月或数季，而非数年或数十年）。与SDN相同，NFV架构也允许软硬件分开採购。
NFV模式不但允许使用功能强大且低成本的伺服器硬件，而且让运营商和企业能够比现在更快速、更经济地部署或更新服务。採纳NFV之后，就不用再像以往那样花费数星期或数个月，才能完成跨越广大地理区域的大型网路专属硬件升级。NFV允许转移到新的系统架构，促成新的网路设计、增加灵活性和弹性。
2 SDN与NFV架构与优势简介
2.1 SDN架构与优势简介
SDN主要的概念是将传统的网路区分为三层，分别为Application、Control 及 Infrastructure Layer（或称Data Layer），其中Application Layer是指应用及服务的部分； Control Layer是网路控制的核心，一般又称SDN Controller，其中包含有许多的控制模组（Control Program/Bundle）；底层的部分就是66 ICT Journal No.161一般熟知的硬体交换机（Switch）设备。在SDN架构中，所有Switch设备皆被SDN Controller集中控制，SDN Controller负责维护所有的网路架构，利用软体来定义网路，网路中所有的资料传输路径，皆透过软体来定义。所以，SDN也为一可程式化（Programmable）网路，因为SDN可程式化的特性，开放式API的概念也因应而生。透过此开放式API即可达到不同厂商所开发之SDN Controller，皆可控制不同厂牌的SDN Switch，繁複的网路设定工作也可集中在SDN Controller完成，大幅简化网路管理工作。在SDN架构中，存在两个开放式API，第一个为在 Application与Control Layer之间的北桥介面（Northbound API），目前北桥介面并未有共通的标淮存在，相关标淮组织也正努力制订此API介面。而 Control与Infrastructure Layer之间则透过南桥介面（Southbound API）沟通，国际标淮组织开放式网路基金会（ONF）[1]所制订的OpenFlow就是广为接受的标淮南桥介面。
2.2 网路功能虚拟化（NFV）之发展
网路功能虚拟化（NFV）为近来网路技术发展的一个重要议题。电信网路经过一百年快速的发展，已经从专属网路（Circuit Switch）演进到封包网路（Packet Switch），而核心网路的发展更是越来越複杂。目前网路设备的发展又以硬体主，容易有相容性与互通性问题，客製化程度极高，导致开发的难度与成本也相当高。因此，用软体实现网路功能虚拟化并採用标淮伺服器与交换器硬体之NFV技术逐渐抬头，有机会解决上述问题，也因而成为全球电信运营商与网路服务商关注的焦点。核心网路中的重要网路设备的组成功能元素均是系统网路软体，因此是否能够与SDN的发展结合，达成分工合作，加速服务的发展，受到不少瞩目。
NFV与SDN的关联性又是如何呢？SDN与NFV并没有绝对的相依关系，但若能互助合作，将会发挥更大的效益。且ETSI在推动NFV时与ONF保持密切的合作关系，也将能助益整体的发展。至于NFV能够达成什么功能呢？目前发展的趋势可以下列情境应用说明：
（1）交换器元件，如BNG（Broadband Network Gateway）、CG-NAT、Router。
（2）行动核心网路元件：如 HLR/HSS、MME、SGSN、GGSN/PDN-GW、RNC。
（3）讯务分析：如 DPI（Deep Packet Inspection）、QoE（Quality of Experiences）量测。
（4）下世代网路讯令（NGN）：如 SBCs （Session Border Controller）、IMS（IP Multimedia Subsystem）。
（5）核心网路功能：如AAA伺服器、PCRF（Policy Control and Charging Function）。
（6）网路应用服务：如CDNs、Cache伺服器、负载平衡伺服器（Load Balancer）。
3 SDN与NFV国际标淮组织标淮制订趋势探讨
关于SDN与NFV，目前有多个国际标淮制订组织正在制订相关标淮：首先是目前最活跃的开放式网路基金会（ONF），其致力于SDN的标淮化与商业化，包含OpenFlow Southbound API、OpenFlow配置和管理协定的OpenFlow-Config、Carrier/Wireless SDN、Migration等等相关标淮；负责制订有线电信网路标淮之Broadband Forum（BBF）也开始进行有线接取网路导入SDN架构的相关标淮制订；欧洲电信标淮化协会（ETSI）则负责NFV的需求与架构等等相关标淮；网际网路最主要的标淮组织Internet Engineering Task Force（IETF）也很早就投入SDN相关标淮制订，透过延伸既有的标淮来支援SDN架构，例如ALTO（Application-Layer Traffic Optimization）與I2RS（Interface to the Routing System）标淮等等；ITU-T近期也开始SDN的相关研究，例如SG13成立Y.FNsdn研究SDN功能需求和架构、SG11则负责制订Q.SBAN研究软体定义的宽频接入网的应用场景及讯令需求、Q.Supplement-SDN研究SDN的讯令架构等等，以及SG15探讨SDN应用在传输网（Transport Network）的相关议题；Optical Internetworking Forum（OIF）也在制订光传送网（Optical Transport Network，OTN）导入SDN架构的相关标淮。接著将针对最为活跃的SDN标淮组织 ONF其所制订的标淮内容与趋势，以及ETSI所制订的NFV相关标淮做较详细的介绍。
4 结语
从Google在Data Center中採用SDN架构，得到良好的效益验证后，引起SDN相关技术蓬勃快速的发展，校园网路与企业网路的实际应用案例也逐渐增多。即便是电信运营商，也逐渐开始採用SDN与NFV进行相关的研究与Field Trail，期望可以解决电信网路剪刀效应与网路管理日趋複杂的问题。多个国际标淮制订组织ONF、ETSI、IETF、ITU-T与BBF也积极在进行SDN与NFV的相关标淮制订。然而，SDN与NFV是否可以大量兴起以及被大量使用，仍有几个关键点需要努力。首先SDN与NFV需要更多成熟的大型成功案例，单一个Google採用SDN的成功案例并不足够，更多的成功应用案例，才可以促使使用者看到SDN与NFV带来的价值，才有机会促使SDN与NFV被广泛使用。再者，SDN需要有杀手级的应用以更加凸显SDN的价值，以及触发SDN被大量应用的转折点。此外，SDN网路的布建避免不了与传统网路混合布建，因此SDN网路与传统网路网通将会共存，这个SDN混合式网路管理的难度相当的高，如何尽快推出相关的管理技术与平台，并实际布建验证，也将是影响SDN能否快速普及的重要因素。
参考文献
[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".
