摘要：隨著云計(jì)算、SDN等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)提出了新的能力需求：網(wǎng)絡(luò)具備高彈性、業(yè)務(wù)開(kāi)通分鐘級(jí)、網(wǎng)絡(luò)部署更低成本等等。NFV技術(shù)它利用虛擬化技術(shù)，將傳統(tǒng)架構(gòu)分層解耦，重新按需編排，很大程度上滿足了上述需求。NFV屬于當(dāng)前為緩和和解決各種行業(yè)問(wèn)題而衍生的新技術(shù)，本文主要從NFV產(chǎn)生的行業(yè)背景，NFV的實(shí)現(xiàn)原理和系統(tǒng)架構(gòu)，NFV后續(xù)的發(fā)展方向以及對(duì)行業(yè)的影響等方面進(jìn)行闡述，希望能給讀者提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：NFV技術(shù);虛擬化技術(shù);架構(gòu)解耦

前言

NFV是近期發(fā)展起來(lái)的技術(shù)，NFV技術(shù)的有低成本、靈活性、高效率的特點(diǎn)，為云計(jì)算、SDN的發(fā)展提供了前所未有的驅(qū)動(dòng)力。NFV目前還處于發(fā)展階段，存在各層級(jí)接口標(biāo)準(zhǔn)不夠成熟、完善，制造商還在探索自身的市場(chǎng)定位，運(yùn)營(yíng)商缺乏維護(hù)和管理經(jīng)驗(yàn)等問(wèn)題。不過(guò)在不久的將來(lái)，憑借NFV技術(shù)特點(diǎn)和特有的優(yōu)勢(shì)，將會(huì)助力云計(jì)算、SDN向跟高一級(jí)的目標(biāo)發(fā)展，成為影響和推動(dòng)IT、CT行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的核心動(dòng)力。

一、NFV的產(chǎn)生

云計(jì)算的產(chǎn)生，帶來(lái)了更高的生產(chǎn)效率，更低的成本，更靈活的資源調(diào)度與分配，也對(duì)網(wǎng)絡(luò)的能力和靈活性提出了新的需求。

傳統(tǒng)基礎(chǔ)通信網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元采用軟/硬件一體化設(shè)備架構(gòu)，造成了物理網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性、資源利用率不高，設(shè)備采購(gòu)周期長(zhǎng)、成本高，實(shí)施部署難度大，自動(dòng)化管理程度不高等，更重要的是，這種封閉型的組網(wǎng)架構(gòu)，阻礙了云計(jì)算的發(fā)展，使得云計(jì)算無(wú)法靈活、動(dòng)態(tài)的按需分配網(wǎng)絡(luò)資源，不能高效、公平的分配網(wǎng)絡(luò)資源。在各種矛盾和問(wèn)題的積累下，衍生了一項(xiàng)新技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Functions Virtualization，縮寫(xiě) NFV），它利用虛擬化技術(shù)，將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)層級(jí)按功能分塊，各功能塊通過(guò)軟件方式實(shí)現(xiàn)，并將軟件部署到通用的硬件設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)特定的網(wǎng)元功能服務(wù)，從而有效的解決了上述問(wèn)題和矛盾。

2012年，美國(guó)AT&T、BT（英國(guó)電信）、DT（德國(guó)電信）等基礎(chǔ)電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商在ETSI（歐洲通信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)）提出NFV。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，到目前為止，ETSI的NFV ISG（NFV規(guī)范組）在通信界全球范圍內(nèi)已經(jīng)擁有上百家成員單位以及接近兩百家參與單位。

二、NFV的原理與實(shí)現(xiàn)

NFV是將功能軟件解耦后，部署到在通用IT硬件上虛擬出設(shè)備上，完成網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)現(xiàn)。NFV試圖打破傳統(tǒng)電信設(shè)備的豎井式體系，將通信網(wǎng)元功能分層解耦并引入新的MANO管理體系實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元全生命周期管理。與傳統(tǒng)模式相比，主要有兩個(gè)方面的變化，一方面是新增虛擬化層，即通過(guò)虛擬化軟件將硬件資源池化，根據(jù)上層應(yīng)用需求按需分配資源;另一方面?zhèn)鹘y(tǒng)的實(shí)體網(wǎng)元設(shè)備將由虛擬機(jī)替代。

在虛擬化網(wǎng)元模式下，不同業(yè)務(wù)系統(tǒng)共享硬件資源，資源以流動(dòng)方式在不同應(yīng)用間均衡，使得資源的利用率更高。同時(shí)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容通過(guò)新增虛擬資源的形式實(shí)現(xiàn)，基本不涉及新增硬件調(diào)測(cè)，響應(yīng)速度更快。

NVF具有四大基本特征：采用虛擬化技術(shù)、通用基礎(chǔ)設(shè)施、云化管理和網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化部署。

（一）虛擬化技術(shù)。虛擬化是指將提供資源能力的硬件設(shè)備，通過(guò)軟件將其抽象重新定義，為業(yè)務(wù)提供按需分配、統(tǒng)一管理的技術(shù)。如將一臺(tái)物理服務(wù)器通過(guò)虛擬化軟件劃分出多個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)，每個(gè)虛擬計(jì)算機(jī)可以提供一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)行環(huán)境，而這些虛擬計(jì)算機(jī)共享同一臺(tái)物理服務(wù)器的硬件資源。

（二）通用基礎(chǔ)設(shè)施。包括統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

（三）云化管理。將通用的基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行虛擬化，形成統(tǒng)一的虛擬資源池，對(duì)虛擬資源統(tǒng)一分配和調(diào)度，以及對(duì)應(yīng)用和業(yè)務(wù)的生命周期統(tǒng)一管理。

（四）網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化部署。網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員操作云管理平臺(tái)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能編排（Orchestration），通過(guò)統(tǒng)一的資源管理、自動(dòng)化的流程、資源調(diào)度和調(diào)整策略，采用事先定義好的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模板NSD、虛擬網(wǎng)元模板VNFD，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)元的創(chuàng)建，實(shí)現(xiàn)資源池資源的按需使用，并結(jié)合SDN完成自動(dòng)化配置網(wǎng)絡(luò)。

三、NFV的架構(gòu)

NFV的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)主要包括NFVI，VNF和MANO三個(gè)模塊。

NFVI（NFV Infrastructure）包含物理資源層和虛擬化層。物理資源層主要包括通用的硬件設(shè)備（如通用服務(wù)器、交換機(jī)、存儲(chǔ)設(shè)備等），虛擬化層主要包括基于hypervisor的虛擬化（如VMware vSphere、KVM等）和基于容器的虛擬化技術(shù)（如Docker）。NFVI作為通用的虛擬化層，將資源定義為一個(gè)池，對(duì)資源統(tǒng)一分配和管理，按需為上層的VNF分配資源。

VNF（Virtualization Network Functions）虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，以軟件的形式提供服務(wù)，將功能軟件部署到由NVFI提供的虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施（如虛擬機(jī)、容器）中，實(shí)現(xiàn)特定的網(wǎng)元功能服務(wù)。VFN可以單獨(dú)組網(wǎng)，也可以與傳統(tǒng)的硬件網(wǎng)元（PFV）混合組網(wǎng)，為用戶提供端到端的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

MANO（Management and Orchestration）管理與編排，主要有三分部分組成：NFVO、NFVM 和VIM 。其中NFVO負(fù)責(zé)與OSS/BSS對(duì)接，NFVM負(fù)責(zé)對(duì)VNF管理，VIM負(fù)責(zé)對(duì)虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI）管理。并且各類(lèi)虛擬網(wǎng)元（NFV）、物理網(wǎng)元（PFV）經(jīng)過(guò)MANO的合理編排后，才能使整個(gè)系統(tǒng)發(fā)揮應(yīng)有的作用。

VIM（Virtualised Infrastructure Manager）虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理器，主要負(fù)責(zé)對(duì)NFVI進(jìn)行管理和資源分配，各VNF所需的虛擬化資源（如計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等）由VIM統(tǒng)一分配，例如VMWare的vCenter，對(duì)Esxi上的VM進(jìn)行資源的管理分配和調(diào)度等。

VNFM（VNF Manager）虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能管理器，主要負(fù)責(zé)VNF開(kāi)啟/關(guān)閉，NVF資源使用情況及生命周期等相關(guān)管理，如網(wǎng)元功能的創(chuàng)建/刪除、擴(kuò)容與縮容等功能。

NFVO（Network Functions Virtualization Orchestration）網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化編排器，負(fù)責(zé)接收編排任務(wù)，對(duì)VNF與資源編排從而完成總體管理，是整個(gè)NFV架構(gòu)的控制核心。NFVO還負(fù)責(zé)對(duì)NS（網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）、VNF生命周期的管理和NFVI各類(lèi)資源的管理，進(jìn)行統(tǒng)一協(xié)調(diào)，對(duì)各類(lèi)虛擬網(wǎng)元進(jìn)行資源分配，保證網(wǎng)元間協(xié)同工作，完成整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的部署和優(yōu)化。

四、NFV的發(fā)展

（一）架構(gòu)解耦

1.單一廠家

單一廠家模式，硬件、功能軟件以及管理軟件均由同一廠家生產(chǎn)、開(kāi)發(fā)以及統(tǒng)一集成，這種模式下只能實(shí)現(xiàn)同一廠家不同網(wǎng)元硬件資源共享，網(wǎng)絡(luò)編排能力通過(guò)廠家私有協(xié)議實(shí)現(xiàn)。由于是軟件硬件同廠家，因此在出廠前就做了各種測(cè)試、優(yōu)化和聯(lián)合調(diào)試，這種模式下的整個(gè)系統(tǒng)的兼容性好，協(xié)同能力高。并通過(guò)廠家提供的一套管理系統(tǒng)進(jìn)行操作管理，系統(tǒng)維護(hù)難道低，操作簡(jiǎn)單。但自主性差，各層間接口不開(kāi)放，功能的優(yōu)化依賴廠家，以及后續(xù)的系統(tǒng)擴(kuò)建和個(gè)性化功能需求增減均也受到廠家的約束。

2.二層解耦

二層解耦分為兩種：一種是資源層和功能層解耦，另一種是軟硬件解耦。

資源層是指提供處理能力的虛擬化平臺(tái)（包括物理硬件和虛擬化軟件），功能層是指實(shí)現(xiàn)特定網(wǎng)元功能的軟件。資源層只負(fù)責(zé)提供處理能力，對(duì)上層提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的能力調(diào)用接口，供上層的功能軟件調(diào)用。用戶可以根據(jù)需要選擇功能軟件和虛擬化平臺(tái)廠家，也可以針對(duì)個(gè)性化需求自行研發(fā)功能軟件，部署到不同廠家的虛擬化平臺(tái)上。這種模式下，用戶有一定的自主權(quán)，也帶來(lái)更多的競(jìng)爭(zhēng)性，一定程度上保證用戶的選擇權(quán)。但運(yùn)行管理需要多套管理系統(tǒng)對(duì)不同層級(jí)分別進(jìn)行管理，同時(shí)還需要獨(dú)立的編排器，增加了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和維護(hù)難度，各廠家間的權(quán)責(zé)劃分不清晰，對(duì)故障的排查和處理帶來(lái)一定的難度。

軟硬件解耦是指虛擬化軟件和功能軟件為同一廠家集成，硬件可以是不同廠家的通用服務(wù)器。這種模式，部署起來(lái)比較簡(jiǎn)單，只需要將廠家集成好的鏡像安裝到通用服務(wù)器即可。管理系統(tǒng)也由廠家提供，對(duì)網(wǎng)元管理的一體化服務(wù)使后期的操作維護(hù)較為簡(jiǎn)單。同時(shí)，用戶的自主性偏差，基本只能選擇廠家，而不能實(shí)現(xiàn)自主優(yōu)化系統(tǒng)和自研軟件的部署。

3.三層解耦

三層解耦是功能軟件、虛擬化層和硬件的解耦。自上而下全解耦，各個(gè)層級(jí)均可自主性的選擇廠家，形成了一個(gè)更加開(kāi)放，更加具有競(jìng)爭(zhēng)力的平臺(tái)。硬件廠家提供通用的服務(wù)器硬件，通過(guò)IPMI進(jìn)行操作和管理;虛擬化層提供虛擬化軟件和虛擬化管理平臺(tái)平臺(tái)，對(duì)硬件資源進(jìn)行抽象池化和分配，供上層功能軟件調(diào)用;功能軟件層只需部署滿足需求的功能軟件即可。這種模式下，用戶可以分層級(jí)采購(gòu)，有更多的價(jià)格優(yōu)勢(shì)。廠家為了引導(dǎo)用戶同時(shí)使用自己的軟件和硬件，將會(huì)為用戶提供更多的功能或服務(wù)。用戶也可以對(duì)虛擬化層軟件和功能軟件自研，極大的用提升用戶的自主能力，使系統(tǒng)能有更高的性價(jià)比。但是，用戶不但需要協(xié)調(diào)各層級(jí)之間的對(duì)接、各廠家之間的對(duì)接，還需要有更強(qiáng)的技術(shù)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行操作維護(hù)，導(dǎo)致系統(tǒng)的兼容性不高，權(quán)責(zé)模糊界線增多，后期的運(yùn)維成本將大幅度增加。

4.發(fā)展方向

NFV未來(lái)的演進(jìn)可能包含兩個(gè)階段：過(guò)渡階段和成熟階段。

在過(guò)渡階段，NVF將在傳統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)上嘗試引入功能軟硬件解耦，主要表現(xiàn)為將功能軟件從專用硬件上剝離，遷移到基于通用硬件虛擬化的VM上，實(shí)現(xiàn)特定的網(wǎng)元功能。

在成熟階段，NFV架構(gòu)將實(shí)現(xiàn)完全解耦（三層解耦），各層次定義完善標(biāo)準(zhǔn)化接口，有一套成熟、完善的管理系統(tǒng)和支撐體系，完成資源的分配、對(duì)業(yè)務(wù)的自動(dòng)化部署以及對(duì)網(wǎng)元全生命周期管理。這也將是業(yè)務(wù)部署的主要方式。

五、NVF的對(duì)行業(yè)發(fā)展的影響

NFV是通信領(lǐng)域的一次重大變革，可在通信網(wǎng)的各個(gè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，對(duì)網(wǎng)絡(luò)影響極其重大，企業(yè)（包括通信運(yùn)營(yíng)商和產(chǎn)品制造商）在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組織、運(yùn)營(yíng)理念、管理流程和企業(yè)組織架構(gòu)等方面都可能面臨深層轉(zhuǎn)型。

（一）通信產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)生變革

在運(yùn)營(yíng)商方面，當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商采購(gòu)模式為“軟硬一體”，即采購(gòu)的硬件設(shè)備已預(yù)裝授權(quán)的軟件。新模式下，運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一采購(gòu)硬件平臺(tái)，可單獨(dú)采購(gòu)所需網(wǎng)元功能的軟件和虛擬化軟件，產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)化為功能軟件提供商、虛擬化產(chǎn)品提供商、通用硬件設(shè)備制造商、集成商。

制造商方面，傳統(tǒng)設(shè)備制造商可能轉(zhuǎn)型為虛擬化軟件提供商，在運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一建設(shè)模式下，運(yùn)營(yíng)商將負(fù)責(zé)整合硬件設(shè)備、虛擬化產(chǎn)品及NFV網(wǎng)元軟件功能，或由專門(mén)的系統(tǒng)集成商集成后提供給運(yùn)營(yíng)商。

（二）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)調(diào)整

新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將以數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)，各數(shù)據(jù)中心以云計(jì)算技術(shù)進(jìn)行組織并放置NFV虛擬化的通信網(wǎng)元，各數(shù)據(jù)中心間通過(guò)以SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)調(diào)度的IP承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的根本性變化將圍繞以下三個(gè)技術(shù)：傳統(tǒng)機(jī)房改造為數(shù)據(jù)中心，機(jī)房?jī)?nèi)采用云計(jì)算架構(gòu)組織;傳統(tǒng)通信網(wǎng)元通過(guò)NFV虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟件化;通過(guò)SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心內(nèi)和數(shù)據(jù)中心間的IP資源及策略調(diào)度。

（三）維護(hù)管理發(fā)生變

NFV后網(wǎng)絡(luò)管理對(duì)象發(fā)生變化，網(wǎng)元虛擬化后軟硬件解耦，網(wǎng)管對(duì)象發(fā)生變化，對(duì)資源管理、故障管理、性能管理帶來(lái)一定影響。

1.網(wǎng)絡(luò)管理的對(duì)象發(fā)生較大變化。管理對(duì)象從單一網(wǎng)元轉(zhuǎn)變?yōu)樘摂M網(wǎng)元、虛擬機(jī)、物理機(jī)及相互映射關(guān)系;物理資源、虛擬資源、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)之間的關(guān)系都是可變的，不再是靜態(tài)一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，被管對(duì)象之間一對(duì)多或多對(duì)多的關(guān)系，使得網(wǎng)元故障、配置和性能管理變的相對(duì)復(fù)雜。

2.傳統(tǒng)網(wǎng)管體系功能均需要調(diào)整。資源管理需定義新的管理對(duì)象的數(shù)據(jù)模型;制定故障上報(bào)流程、故障關(guān)聯(lián)功能要求;定義新的性能指標(biāo)及上報(bào)流程;統(tǒng)一采集平臺(tái)相關(guān)的功能、流程需要針對(duì)新的管理對(duì)象進(jìn)行定義。

（四）網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方式發(fā)生變革

在NFV架構(gòu)下，運(yùn)維模式發(fā)生較大變化，傳統(tǒng)劃分的專業(yè)維護(hù)層面的維護(hù)依然存在，并新增云維護(hù)專業(yè)相關(guān)內(nèi)容。維護(hù)內(nèi)容變成了三大塊：硬件維護(hù)、云維護(hù)和業(yè)務(wù)維護(hù)。三大內(nèi)容的維護(hù)邊界需要重新劃分和定義，維護(hù)團(tuán)隊(duì)需要重新組織，并對(duì)維護(hù)人員的技能提出新的要求。

六、NFV帶來(lái)的效應(yīng)

（一）釋放價(jià)值、高敏捷性和提節(jié)省資金

一個(gè)系統(tǒng)、功能平臺(tái)或者是一臺(tái)功能設(shè)備，主要分為能力資源層（簡(jiǎn)稱能力層）、功能實(shí)現(xiàn)層（簡(jiǎn)稱功能層）。能力層負(fù)責(zé)提供處理能力，功能層負(fù)責(zé)調(diào)用能力資源實(shí)現(xiàn)特定功能。傳統(tǒng)模式下，功能層和能力層是同廠家緊耦合的，升級(jí)或擴(kuò)建需要同時(shí)采購(gòu)軟硬件。升級(jí)擴(kuò)容不能精準(zhǔn)按需，能力層與功能層匹配由廠家定義，造成資源利用率不受控。

而NFV就較好解決這個(gè)問(wèn)題，將能力層池化統(tǒng)一管理和分配，可以將資源過(guò)剩的單個(gè)設(shè)備按需劃小再分配，也可以將多個(gè)資源不足的設(shè)備能力按需聚合，為上層應(yīng)用提供能力服務(wù)。虛擬化技術(shù)還提供對(duì)上層應(yīng)用無(wú)感知的資源的彈性伸縮，對(duì)上層應(yīng)用無(wú)感知進(jìn)行位置遷移等能力。使資源能夠充分利用，為業(yè)務(wù)的開(kāi)通、維護(hù)管理提供更智能的手段。

多層解耦的開(kāi)放式架構(gòu)，提供了更具競(jìng)爭(zhēng)性的行業(yè)平臺(tái)。而用戶將獲得更大的價(jià)格優(yōu)勢(shì)，同比之下將可以生產(chǎn)更多產(chǎn)品或提供更多服務(wù)，創(chuàng)造更多的價(jià)值。NFV的特點(diǎn)還將使得SDN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境部署變得更低成本，統(tǒng)一管理變得更靈活高效，促進(jìn)SDN的發(fā)展。

（二）行業(yè)效應(yīng)

新技術(shù)革命影響主要表現(xiàn)在兩方面。一方面，新技術(shù)革命促進(jìn)了行業(yè)生產(chǎn)力的發(fā)展。分層解耦，促使分工細(xì)化，造就了生產(chǎn)效率的提升。NFV打破了傳統(tǒng)的固化的系統(tǒng)架構(gòu)，將IT和CI融合到一起，一定程度上解放了生產(chǎn)力，促進(jìn)了生產(chǎn)力的發(fā)展。NFV將會(huì)推動(dòng)行業(yè)內(nèi)生產(chǎn)力各要素的變革，引發(fā)了人們觀念和思維方式的更新，拓展了創(chuàng)造性思維，為行業(yè)乃至社會(huì)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

另一方面，新技術(shù)革命使產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化。隨著NFV的推進(jìn)和發(fā)展，使得從事網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)備生產(chǎn)和銷(xiāo)售的企業(yè)，不再需要同時(shí)具備硬件生產(chǎn)和軟件研發(fā)的能力;原來(lái)生產(chǎn)通用硬件設(shè)備的廠商，可以更關(guān)注與設(shè)備的性能提升;后期企業(yè)內(nèi)部、行業(yè)內(nèi)部的分工協(xié)助關(guān)系和生產(chǎn)關(guān)系將進(jìn)優(yōu)化和調(diào)整，使之更適應(yīng)于NFV帶來(lái)的生產(chǎn)力發(fā)展，推動(dòng)IT和CT業(yè)向更高一級(jí)的目標(biāo)邁進(jìn)。

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作者簡(jiǎn)介：

黃勇（1984-），男，漢族，廣西河池市，本科，中級(jí)工程師職稱，主要研究方向：云網(wǎng)融合。