史凡 中國電信股份有限公司北京研究院高級工程師

解云鵬 中國電信股份有限公司北京研究院高級工程師

胡曉娟 中國電信股份有限公司北京研究院高級工程師

王波 中國電信集團(tuán)公司業(yè)務(wù)經(jīng)理，高級工程師

網(wǎng)絡(luò)技術(shù)——未來網(wǎng)絡(luò)專題

SDN/NFV技術(shù)對電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的價值和引入要點分析

史凡 中國電信股份有限公司北京研究院高級工程師

解云鵬 中國電信股份有限公司北京研究院高級工程師

胡曉娟 中國電信股份有限公司北京研究院高級工程師

王波 中國電信集團(tuán)公司業(yè)務(wù)經(jīng)理，高級工程師

電信運營商的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在著一系列的不足，在互聯(lián)網(wǎng)化的大趨勢下亟待進(jìn)行革新和演進(jìn)。SDN/NFV技術(shù)在解決現(xiàn)有電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)弊端方面，具有明顯的優(yōu)勢和價值。本文基于對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的解析，結(jié)合SDN/NFV的各自特點，針對性提出其引入的價值點、典型場景和技術(shù)部署的難點，希望拋磚引玉，引起業(yè)界同仁的關(guān)注和重視。

網(wǎng)絡(luò) 架構(gòu) SDN NFV

1 引言

經(jīng)過多年的發(fā)展，目前電信運營商網(wǎng)絡(luò)基本上都形成了各專業(yè)網(wǎng)架構(gòu)基本扁平、IT和業(yè)務(wù)平臺承載在基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)之上且逐步發(fā)生融合的垂直架構(gòu)，但該架構(gòu)比較封閉，網(wǎng)絡(luò)功能與業(yè)務(wù)能力耦合度高，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以分布式控制為主，種類眾多，缺乏統(tǒng)一的全局網(wǎng)絡(luò)視圖。

這一封閉的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特征可以滿足傳統(tǒng)電信化的以網(wǎng)絡(luò)為核心的業(yè)務(wù)提供模式，也在支撐現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)發(fā)展方面發(fā)揮了重要的作用；但隨著基礎(chǔ)業(yè)務(wù)和新興業(yè)務(wù)領(lǐng)域的互聯(lián)網(wǎng)化發(fā)展，已經(jīng)越來越難以匹配網(wǎng)絡(luò)能夠主動適配業(yè)務(wù)需求的趨勢了。

具體來說，現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)主要需要解決以下幾個難題：

（1）擴(kuò)展性問題

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能和能力主要由單一專業(yè)的設(shè)備和軟硬件決定，通用化不足，導(dǎo)致了網(wǎng)絡(luò)類型龐雜、設(shè)備數(shù)量眾多，在上層業(yè)務(wù)和應(yīng)用提出新的承載要求和容量彈性伸縮需求時，無法快速、有效地得到滿足。

（2）開放性問題

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元與業(yè)務(wù)的耦合度較高，往往因為單一業(yè)務(wù)功能形成專有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，自上而下出現(xiàn)獨立的“煙囪群”，資源不能共享，接口難以開放，無法便捷地被快速變化的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所調(diào)用。

（3）集約化問題

現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)、部署和運營，主要基于骨干、省、本地的架構(gòu)進(jìn)行，影響業(yè)務(wù)提供的統(tǒng)一性和有效性。

2 SDN和NFV對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)的價值

SDN是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)新，其基于網(wǎng)絡(luò)云化來重新定義網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，主要借助轉(zhuǎn)發(fā)和控制分離來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的虛擬化，通過將整網(wǎng)作為資源池，可進(jìn)行統(tǒng)一集中調(diào)度，提升用戶體驗和提高網(wǎng)絡(luò)利用率，并開放API，支持流量經(jīng)營。

NFV則是業(yè)務(wù)使能的創(chuàng)新，其著重在設(shè)備的云化，重新定義設(shè)備的基礎(chǔ)架構(gòu)，主要通過軟硬件解耦實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化，利用硬件作為資源池，根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化自動動態(tài)伸縮，提高硬件利用率和靈活高效部署。

具體來說，SDN/NFV的技術(shù)特點和影響主要表現(xiàn)在：

（1）轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離，利用集中控制增強網(wǎng)絡(luò)智能

SDN控制器的引入以及對轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備控制面的剝離將會形成轉(zhuǎn)發(fā)面與控制面物理上的分離，并形成一個SDN控制器同時控制多臺轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的集中控制形式。這樣就簡化了對基礎(chǔ)設(shè)施（轉(zhuǎn)發(fā)層設(shè)備）的要求，并將網(wǎng)絡(luò)的“大腦”轉(zhuǎn)移到了可以相對集中部署的控制器中，從而便于智能操作系統(tǒng)的實施。

（2）硬件設(shè)備通用化，設(shè)備形態(tài)歸一化

NFV的快速成熟會推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備通用化的進(jìn)程，目前網(wǎng)絡(luò)中多類型的硬件設(shè)備的局面將逐漸被打破，如BRAS、SR、MME、HSS、PCRF、OCS等設(shè)備未來很可能將會被“統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件平臺（X86服務(wù)器）+專用軟件（VNF功能）”所取代，從而降低設(shè)備成本，簡化網(wǎng)絡(luò)的部署要求，實現(xiàn)資源的靈活調(diào)度。

（3）網(wǎng)絡(luò)提供開放可編程能力，吸引第三方應(yīng)用

SDN引入實現(xiàn)了轉(zhuǎn)發(fā)面協(xié)議和應(yīng)用接口的開放，其中前者允許SDN控制器控制轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的配置以及相關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)行為，后者使運營商或者應(yīng)用APP能夠根據(jù)自己的需要靈活增加、刪除業(yè)務(wù)，并允許用戶進(jìn)行定制或二次開發(fā)。

轉(zhuǎn)發(fā)面協(xié)議和應(yīng)用接口的開放使得網(wǎng)絡(luò)縱向上具備開放可編程的能力，能夠快速滿足用戶的各種業(yè)務(wù)需求，提升用戶的體驗，對第三方應(yīng)用具備較強的吸引力。

此外，引入SDN/NFV的網(wǎng)絡(luò)將會具備全局視圖和全局優(yōu)化的能力，以及更加靈活的業(yè)務(wù)部署和快速業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力，同時網(wǎng)絡(luò)智能化管理和業(yè)務(wù)自動化部署能力也將得到進(jìn)一步提升。

從而，進(jìn)一步對應(yīng)到上述的現(xiàn)網(wǎng)架構(gòu)的問題，SDN/NFV的價值主要在于：

●簡化網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)柔性

SDN降低了對基礎(chǔ)設(shè)施的要求（只關(guān)注純轉(zhuǎn)發(fā)），NFV則進(jìn)一步促進(jìn)了硬件的標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化，都使得網(wǎng)絡(luò)資產(chǎn)可以由重變輕，從而網(wǎng)絡(luò)資源和能力能夠根據(jù)業(yè)務(wù)所需進(jìn)行擴(kuò)容和縮容，縮短Time to Market的時間。

●軟硬件解耦，能力開放

軟硬件解耦后，使得網(wǎng)絡(luò)的智能進(jìn)一步從網(wǎng)元設(shè)備中解放出來，促成了網(wǎng)絡(luò)的智能操作系統(tǒng)/平臺的形成，通過開放的API，降低了業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)穿透的要求和難度，可以加快網(wǎng)絡(luò)能力的對外開放。

●集中調(diào)度，促進(jìn)集約

在SDN架構(gòu)中的控制器及NFV架構(gòu)中的Orchestrator等的設(shè)計，加強了網(wǎng)絡(luò)資源的集中管理，向下可以與基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施融合加快能力引入，向上可以和IT系統(tǒng)（如OSS）整合方便業(yè)務(wù)調(diào)用，從而在單一的體系/系統(tǒng)下使得業(yè)務(wù)對網(wǎng)絡(luò)的集約調(diào)配。

●集中運營，破除壁壘

在SDN和NFV的體系中，都強調(diào)了統(tǒng)一運營平臺或系統(tǒng)的概念（如NFV中的MANO），這在技術(shù)上和架構(gòu)上提供了集中運營的基礎(chǔ)和理念，為將網(wǎng)絡(luò)管理和控制權(quán)力的上收提供了技術(shù)手段。

3 SDN/NFV在運營商現(xiàn)網(wǎng)中引入的典型場景

對于電信運營商來說，雖然SDN/NFV對于整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有著非凡的意義，但也不太可能是在全新的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上引入和部署的，需要充分考慮現(xiàn)網(wǎng)存量的特點和需求?？傮w來說，在IP網(wǎng)、傳輸網(wǎng)、IDC和IMS等多個場景下，SDN/NFV都有其特殊的價值。

（1）IP網(wǎng)

目前，IP骨干網(wǎng)雖然具備大容量、扁平化的特點，但是在流量調(diào)度方面還缺乏足夠的靈活性，使得網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性不足，難以對應(yīng)用需求進(jìn)行快速響應(yīng)。目前的IP骨干網(wǎng)多數(shù)采用IGPMetric和BGP策略進(jìn)行流量調(diào)度，IGPMetric牽一發(fā)而動全身，缺乏全局視圖；BGP策略管控復(fù)雜，難以大范圍使用。

為此，基于SDN對轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進(jìn)行抽象和簡化，使得現(xiàn)有的路由器平臺在分布式路由協(xié)議的基礎(chǔ)上，借助標(biāo)準(zhǔn)化的南向接口協(xié)議，可實現(xiàn)設(shè)備功能抽象（降低路由器設(shè)備的復(fù)雜度），實現(xiàn)靈活的控制與轉(zhuǎn)發(fā)。

而IP城域網(wǎng)主要存在的問題是業(yè)務(wù)能力與網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能相關(guān)。其中，部分設(shè)備功能復(fù)雜，部署與維護(hù)困難，如層次化QoS應(yīng)用等。此外，設(shè)備功能升級困難，影響新業(yè)務(wù)快速部署。

為此，可以在城域網(wǎng)內(nèi)推進(jìn)智能邊緣的虛擬化，BRAS/SR/MSE采用標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)器，降低對硬件要求；而業(yè)務(wù)功能采用模塊化軟件實現(xiàn)，新業(yè)務(wù)功能不再依賴物理硬件，升級及部署簡單。同時，結(jié)合業(yè)務(wù)鏈技術(shù)，還可以提升網(wǎng)絡(luò)智能化管理和業(yè)務(wù)自動化部署能力。

（2）傳輸網(wǎng)

目前的傳輸網(wǎng)主要采用靜態(tài)網(wǎng)管配置方式，并且與所承載的應(yīng)用和客戶網(wǎng)絡(luò)是分離的，因此無法有效地應(yīng)對越來越多的動態(tài)業(yè)務(wù)需求，如面對業(yè)務(wù)發(fā)展產(chǎn)生的臨時性大帶寬需求、按需求迅速地開通、修改和拆除電路連接的能力。同時，目前開通一條傳輸專線業(yè)務(wù)往往需要幾周甚至幾個月的時間，而專線業(yè)務(wù)的合同服務(wù)期限至少是幾個月到幾年。為了支持未來動態(tài)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)應(yīng)用模式，要求能夠在幾分鐘甚至幾秒鐘的時間內(nèi)開通業(yè)務(wù)，而且為了進(jìn)一步提高效率和降低成本，用戶申請和配置網(wǎng)絡(luò)帶寬等屬性須盡可能減少人為干預(yù)。

為此，可以利用SDN的開放性和集中控制的特點，實現(xiàn)對跨廠商、跨域組網(wǎng)環(huán)境的統(tǒng)一控制和管理。還可以通過北向API接口的標(biāo)準(zhǔn)化和開放，在傳送網(wǎng)上提供多項新型業(yè)務(wù)，例如虛擬傳送網(wǎng)業(yè)務(wù)（VTNS）、帶寬按需點播（BoD）、客戶自定義的路徑選擇等。借助開放API接口，傳送網(wǎng)還能夠感知客戶層的動態(tài)業(yè)務(wù)需求，包括帶寬、時延、位置和時間段等；傳送SDN控制器可以根據(jù)這些業(yè)務(wù)信息，實現(xiàn)更好的服務(wù)響應(yīng)和更高的網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

（3）IDC

目前，IDC網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)無法滿足云計算調(diào)度和共享的需求，主要表現(xiàn)在：

●云資源池內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)設(shè)備眾多，網(wǎng)絡(luò)特征復(fù)雜，基于繁雜的點對點手工配置，拖累用戶需求響應(yīng)速度。

●網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潆y以清晰展現(xiàn)，特別是租戶網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)與整體云資源網(wǎng)絡(luò)無法呈現(xiàn)對應(yīng)關(guān)系，導(dǎo)致運維復(fù)雜。

●無法靈活實現(xiàn)多租戶環(huán)境，租戶之間隔離難度大，網(wǎng)絡(luò)資源無法靈活共享與調(diào)度，特別是涉及到跨云數(shù)據(jù)中心的組網(wǎng)。

●不同租戶的網(wǎng)絡(luò)流量、安全策略、性能要求等不同，資源池網(wǎng)絡(luò)無法動態(tài)感知租戶的需求，造成資源浪費或過載。

為此，SDN引入可以實現(xiàn)對IDC網(wǎng)絡(luò)策略的統(tǒng)一配置以及對網(wǎng)絡(luò)資源的靈活調(diào)度。一方面通過SDN控制器感知IDC鏈路帶寬利用率，收集、分析IDC內(nèi)外的流量分布情況，通過統(tǒng)一計算，調(diào)配可用鏈路，并生成轉(zhuǎn)發(fā)路徑下發(fā)給數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，實現(xiàn)鏈路帶寬資源的有效利用（目前Google利用SDN已經(jīng)將鏈路利用率提高到90%以上）；另一方面，當(dāng)虛擬機(jī)遷移時，SDN控制器可感知到虛擬機(jī)遷移前后的源、目的位置，并將源交換機(jī)上的相關(guān)策略轉(zhuǎn)移到目的交換機(jī)上，提供跨DC的大二層網(wǎng)絡(luò)條件，并支持網(wǎng)絡(luò)策略的同步遷移。

（4）IMS

現(xiàn)有的IMS網(wǎng)絡(luò)中，硬件資源均處于設(shè)備專用狀態(tài)，不同的設(shè)備間硬件資源無法統(tǒng)籌調(diào)度。同時，各地的IMS設(shè)備獨立建設(shè)，暫未實現(xiàn)跨地域的直接互通，資源也就無法統(tǒng)一進(jìn)行調(diào)度。這些都造成了IMS網(wǎng)絡(luò)在提供互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的多媒體業(yè)務(wù)方面和提供政企業(yè)務(wù)方面的能力不足。

NFV技術(shù)在資源靈活調(diào)度方面的優(yōu)勢可以滿足IMS設(shè)備多媒體業(yè)務(wù)的資源需求，如IM、RCS業(yè)務(wù)等。這樣可以便于資源靈活調(diào)度，實現(xiàn)錯峰消谷，滿足突發(fā)業(yè)務(wù)的資源需求。同時，虛擬化的IMS網(wǎng)絡(luò)在資源組織方面可以隔離部分資源，滿足資源專有性的安全需求；還可以快速調(diào)度資源，為政企客戶快速組織專有IMS網(wǎng)絡(luò)。典型網(wǎng)絡(luò)引入SDN/NFV分析參見表1。

4 運營商網(wǎng)絡(luò)引入SDN和NFV的技術(shù)挑戰(zhàn)

表1 典型網(wǎng)絡(luò)引入SDN/NFV分析

然而，在現(xiàn)有存量網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的逐步演進(jìn)，引入SDN和NFV還需要考慮相關(guān)的技術(shù)問題，特別是在具體部署和實施上，還有很多細(xì)節(jié)需要考慮。

當(dāng)前，對于運營商來說，SDN/NFV的引入主要面臨以下幾方面的挑戰(zhàn)：

（1）標(biāo)準(zhǔn)化問題

目前，SDN標(biāo)準(zhǔn)眾多（尤其是南向接口），多個標(biāo)準(zhǔn)組織分庭抗?fàn)帲瑹o法形成合力。SDN標(biāo)準(zhǔn)體系是否要統(tǒng)一或能夠統(tǒng)一還有爭論，SDN控制器的實現(xiàn)方式、控制器件的東西向接口等方面規(guī)范均有待完善。NFV則引入了MANO云管理架構(gòu)，對原運維管理層次進(jìn)行了重新劃分，形成縱橫兩個維度的管理體系，但與相關(guān)體系/系統(tǒng)間的接口只定義了功能，并未指明具體要求及如何實現(xiàn)，急需加以明確和規(guī)范。

（2）安全性和可靠性問題

SDN的集中控制方式及開放性使得安全性成為潛在風(fēng)險，如應(yīng)用訪問授權(quán)及認(rèn)證問題、虛擬化后的網(wǎng)絡(luò)隔離問題、控制器本身的安全問題等，需要從芯片到系統(tǒng)建立一整套安全機(jī)制來確保其安全穩(wěn)定運行。此外，傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要5個9的高可靠性，而采用NFV虛擬化技術(shù)的通用設(shè)備顯然不能達(dá)到該要求。

（3）性能問題

現(xiàn)有ASIC芯片架構(gòu)無法滿足SDN對性能的需求，現(xiàn)有廠商設(shè)備在SDN組網(wǎng)關(guān)鍵指標(biāo)（流表容量、流表學(xué)習(xí)速度、流表轉(zhuǎn)發(fā)速率、轉(zhuǎn)發(fā)時延等）上無法滿足商用要求，基于OpenFlow的專用芯片架構(gòu)及實現(xiàn)方案還有待開發(fā)。同時，通用設(shè)備的計算/存儲能力雖然已能與電信專用設(shè)備相比擬，但其轉(zhuǎn)發(fā)性能目前仍大大低于電信專用設(shè)備。

（4）網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn)問題

SDN的引入將帶來網(wǎng)絡(luò)能力開放化及管理控制集中化等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上的改變，如何實現(xiàn)從現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)平臺向新網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的平滑演進(jìn)，解決網(wǎng)絡(luò)的兼容性和混合組網(wǎng)等對運營商提出了新難題。

5 結(jié)束語

從上述分析可見，傳統(tǒng)的電信運營商在面向互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型過程中，SDN/NFV是解決原有網(wǎng)絡(luò)不足的重要手段和途徑，具有非?，F(xiàn)實的價值和意義。但在具體網(wǎng)絡(luò)中部署需要結(jié)合運營商的現(xiàn)實場景，特別是存量網(wǎng)絡(luò)的特點，進(jìn)行針對性的方案設(shè)計和考慮。同時，SDN/NFV的技術(shù)本身也存在著不少的難題和部署障礙，需要進(jìn)一步深入研究給出對策。

此外，從運營機(jī)制、人才隊伍、研發(fā)模式等方面，也是SDN/NFV能否真正落實，發(fā)揮效用的必要條件，限于篇幅，在此沒有重點介紹，但也是運營商從業(yè)人員需要關(guān)注和思考的方面。

1 韋樂平.SDN的戰(zhàn)略性思考.2014中國信息通信業(yè)發(fā)展高層論壇.2014,9

2 夏旭,史凡,胡曉娟,毛聰杰,王波.基于SDN的彈性和綠色移動網(wǎng).電信技術(shù).2014,4

TheAnalysis of theValue andNodusaboutSDN/NFVonTelecomNetwork Architecture

There are lots of disadvantages in the traditional telecom network architecture, as is needed to be innovated, especially with the fast develop of Internet.We find that the SDN/NFV technology have its obvious value in solving the problems mentioned on the network architecture. This paper will show you the distinguishing feature of SDN/NFV and the value，scenes and nodus on its deployment in existed network, following with the analysis on network architecture.We want to getenough attentiononthis issue from the readers.

NetworkArchitecture,SDN,NFV

2015-03-10）