張?zhí)m蘭 馮影

摘要：數(shù)據(jù)中心作為人工智能新興技術得以發(fā)展和應用的前提和基礎，不僅關系服務器與存儲器等設備的工作效率，還對保障業(yè)務的連續(xù)性起著重要作用。將SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡）技術和NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡功能虛擬化）技術引入數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡建設，可實現(xiàn)靈活組網(wǎng)，在滿足安全要求的多租戶環(huán)境下，能更好地為數(shù)據(jù)中心業(yè)務發(fā)展提供支持。文章圍繞SDN和NFV技術在數(shù)據(jù)中心的實踐、SDN與NFV技術的差異以及SDN和NFV技術在數(shù)據(jù)中心應用中存在的挑戰(zhàn)等方面展開闡述和分析，可為數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡重構提供新思路。

關鍵詞：數(shù)據(jù)中心；SDN技術；NFV技術；網(wǎng)絡建設

中圖分類號：TP391.44；TM73? 文獻標識碼：A? ?文章編號：1674-0688（2023）05-0021-03

0 引言

隨著新興技術的不斷發(fā)展，人工智能技術的應用越來越普及，承載人工智能業(yè)務系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心的建設顯得尤為重要。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構體系已無法滿足新環(huán)境下網(wǎng)絡資源調度和共享的需求，數(shù)據(jù)中心建設過程中需要快速實現(xiàn)用戶的需求響應、擴展更加清晰的網(wǎng)絡拓撲圖，讓整個網(wǎng)絡的資源實現(xiàn)靈活共享和調度。從網(wǎng)絡架構方面來看，需要不斷加強技術鉆研，重新構建數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構，這是當前研究的重要方向。SDN技術和NFV技術在數(shù)據(jù)中心建設中具有較高的應用價值，值得深入探討［1］。本文圍繞SDN及NFV技術在數(shù)據(jù)中心的具體實踐進行全面介紹，探討兩者的區(qū)別與聯(lián)系，分析它們在數(shù)據(jù)中心應用過程中存在的挑戰(zhàn)，同時提出一些參考性的意見和建議。

1 SDN及NFV在數(shù)據(jù)中心的實踐

SDN的中文釋義為軟件定義網(wǎng)絡，SDN作為一種前沿的技術，強調軟件在網(wǎng)絡系統(tǒng)中的重要性，其理念是開放性、虛擬化、可編程。SDN技術可以完全消除網(wǎng)絡硬件上的差異，讓數(shù)據(jù)中心用戶可以將注意力集中到業(yè)務本身，而不必關心網(wǎng)絡硬件兼容及底層軟件實現(xiàn)的問題。處于起步階段的計算機，每個硬件都有自己的任務，結構復雜、體積龐大，而現(xiàn)代PC硬件的作用已被大大削弱，只起到承載平臺和性能支持的作用，真正重要的是安裝硬件之上的各類應用軟件。SDN技術可以支持實現(xiàn)網(wǎng)絡硬件與業(yè)務的分離，通過SDN直接進行遠程配置，只需提供系統(tǒng)運行所需的網(wǎng)絡帶寬、各種協(xié)議接口等硬件平臺就可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的部署。部署完成后，用戶可直接使用，不需要了解網(wǎng)絡設備具體的部署情況及部署方式，類似于把整個數(shù)據(jù)中心做成一個黑箱，通過SDN技術，生成用戶的操作面板。

SDN可以大幅降低對數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡設備的維護及人員的投入。在未來的數(shù)據(jù)中心建設項目中，只需將設備上架、接線、聯(lián)網(wǎng)，就可以由網(wǎng)絡工程師在遠端完成設備相關配置，實現(xiàn)自動管理，免去用戶繁重的配置和調試工作，大大節(jié)省人力和時間成本。系統(tǒng)上線運行后，亦可通過軟件面板對各項參數(shù)指標進行監(jiān)控，如果出現(xiàn)問題，隨時可以遠程修改，簡化了維保和巡檢的流程，可以減少工作量、提高工作效率。

除SDN技術外，NFV技術也受到關注。NFV 的中文解釋是網(wǎng)絡功能虛擬化，該技術通過軟件處理可以實現(xiàn)多種功能，例如采用X86架構的硬件與虛擬化技術相結合，能降低大量不同型號專業(yè)設備的使用成本和管理難度。NFV 利用虛擬化技術，通過統(tǒng)一的虛擬化軟、硬件平臺實現(xiàn)硬件功能，避免了專有硬件的各種特性對網(wǎng)絡使用造成的限制，使網(wǎng)絡靈活性更高［2］。簡單來說，NFV 就是通過部署虛擬化技術，將網(wǎng)絡設備（服務器、存儲器等）虛擬化，使數(shù)據(jù)中心的運行和維護變得更加簡單。

從以上介紹可以看出，應用SDN技術的目標是將硬件作為純粹的運營平臺使用，將網(wǎng)絡設備變?yōu)榘缀校瑢崿F(xiàn)網(wǎng)絡功能自定義；而NFV更像是處于手工配置維護與SDN的中間地帶，雖然不需要全部依賴硬件及人工配置，但是與實現(xiàn)SDN功能的具體要求有不小差距。SDN目前已成為行業(yè)爭相追逐和努力的方向，但由于SDN目前尚無統(tǒng)一標準，網(wǎng)絡巨頭之間也存在技術壁壘，因此SDN自身所設想的功能并不能在現(xiàn)階段的實際應用中全部實現(xiàn)。這些現(xiàn)狀造成了SDN和NFV兩個陣營的存在。即使處于實驗室研究階段，SDN也基本是根據(jù)各廠商制定的標準和思路進行設計，只能在自家網(wǎng)絡設備上運行使用，難以做到設備兼容和通用。例如，“思科”給出的ACI解決方案采用的是“思科”私有的OpFlex協(xié)議，目前只能應用于Nexus系列交換機中；“華為”針對SDN環(huán)境提出采用OpenFlow和NETCONF協(xié)議，把配置數(shù)據(jù)及協(xié)議信息以XML形式進行事先存儲的解決方案，該方案可以實現(xiàn)SDN的部分功能，簡化網(wǎng)絡配置難度；其他各廠商對SDN提出的方案也分別進入試驗階段，但都面臨著無法兼容的問題，缺少在數(shù)據(jù)中心內實現(xiàn)多廠商設備共通的SDN解決方案。在技術實現(xiàn)層面上，雖然不同廠商對NFV的執(zhí)行標準有所區(qū)別，目前也不能支持互通互用，但是NFV的技術門檻和實現(xiàn)難度都較低，因此可行性較高。盡管NFV 技術還達不到軟件定義網(wǎng)絡的真正水平，但也是網(wǎng)絡走向軟件化道路至關重要的一個節(jié)點，可視為SDN初級階段的實現(xiàn)。

2 SDN與NFV的差異

2.1 標準制定情況不同

SDN擁有自己的協(xié)議標準，其中較著名的OpenFlow協(xié)議由ONF（開放網(wǎng)絡論壇）提出。NFV 則是從實踐中來，沒有相關的實現(xiàn)標準，完全出于網(wǎng)絡應用需求而制定。在制定NFV標準方面，“思科”是最早的實現(xiàn)者，其他網(wǎng)絡廠商即使NFV技術理念高度一致，在網(wǎng)絡設備的實現(xiàn)上也存在差異，在不能實現(xiàn)互通的情況下，跟隨“思科”推出了類似的虛擬化功能［2］。

2.2 理論支撐情況不同

SDN 有基本的理論支撐，而NFV則是從實際出發(fā)，缺乏足夠的理論支撐。SDN 技術新穎，有望引領網(wǎng)絡變革，目前仍處于發(fā)展階段，盡管已經(jīng)應用到一定程度，但仍存在一些亟待解決的問題。

2.3 技術上存在差異

SDN的產(chǎn)生是為了解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡發(fā)展緩慢、維護成本高的問題，服務商嘗試構建新型網(wǎng)絡架構，希望能將控制面（各種軟件）與硬件進行解耦，實現(xiàn)底層操作系統(tǒng)、基礎軟件協(xié)議及增值業(yè)務軟件的開源自研［3］。NFV對現(xiàn)有網(wǎng)絡和業(yè)務影響不大，相對穩(wěn)定可行，能發(fā)揮一定的增益作用。

2.4 兩者實現(xiàn)理念不同

SDN的理念是將網(wǎng)絡設備的控制和轉發(fā)功能解耦，使網(wǎng)絡設備的控制面可直接編程，將網(wǎng)絡服務從底層硬件設備中抽象出來，并將決策轉移到虛擬網(wǎng)絡控制平面。硬件繼續(xù)引導和處理流量，控制平面決定將流量發(fā)送目的地，不需要依賴硬件設備［4］。NFV 也是一種網(wǎng)絡架構，它將傳統(tǒng)物理設備的網(wǎng)絡功能封裝成獨立的模塊化軟件，通過在硬件設備上運行不同的模塊化軟件，在單一硬件設備上實現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡功能，NFV的目標是將所有物理網(wǎng)絡資源進行虛擬化，允許網(wǎng)絡在不添加更多設備的情況下增長，而目標的實現(xiàn)依賴于硬件設備［5］。

除了以上幾點，SDN和NFV的不同之處還表現(xiàn)在目標、關鍵點、起源等方面，具體差異見表1。綜上所述，NFV技術屬于平滑漸進式演進，而SDN對現(xiàn)有網(wǎng)絡架構方案可以說是顛覆性的改變，雖然與NFV的理念有很大不同且不可避免地存在一些需要解決和優(yōu)化的問題，但是其具有新穎的技術和先進的理念，因此發(fā)展空間要大于 NFV。

3 SDN和NFV在數(shù)據(jù)中心應用中面臨的挑戰(zhàn)

3.1 可靠性問題

數(shù)據(jù)中心對可靠性的要求達到? 99.999%，幾乎要求做到萬無一失?；谕ㄓ梅掌鞯奶摂M化核心網(wǎng)絡設備雖然兼容性強、部署靈活，但是可靠性比專用高性能網(wǎng)絡設備低。虛擬化核心網(wǎng)絡設備的可靠性較低的原因在于主流系統(tǒng)是基于開源的KVM平臺開發(fā)，雖然開源程度高，有豐富的部署經(jīng)驗，但是對于處理器沒有虛擬化擴展的老版本服務器來說，KVM全虛擬化可靠性差且運行效率極低。

3.2 關于利益轉讓的疑慮

雖然軟件可以通過不同的平臺進行編譯，非常靈活，但是這些軟件技術最終還是要依靠轉發(fā)芯片的硬件實現(xiàn)流量轉發(fā)。在現(xiàn)有情況下，芯片企業(yè)不愿冒險進行大規(guī)模嘗試，盡管SDN是網(wǎng)絡發(fā)展的趨勢，但就目前而言，市場份額和發(fā)展方向并不明朗，單一針對SDN的需求開發(fā)新芯片、架設流水線將耗費大量資金。由于芯片產(chǎn)品線較少，轉發(fā)芯片對軟件和虛擬化技術的支持嚴重不足，因此對網(wǎng)絡軟件技術的進步造成了進一步的阻礙。從另一方面看，全世界能提供網(wǎng)絡芯片的企業(yè)屈指可數(shù)，芯片巨頭企業(yè)對SDN和NFV技術的普及還存在一定疑慮，擔憂新興技術帶來的變革會導致企業(yè)地位和話語權降低?！八伎啤彪m然推出了ACI策略，但是從根本上是要保住智能硬件的作用，而非任由軟件對其網(wǎng)絡設備進行配置。以“思科”為代表的傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備廠商和一些研究SDN的軟件科研人員和學者形成了2個陣營的對峙。廠商希望路由交換設備可以主導市場，如果軟件落地，管理所有功能，硬件只能做配角，將嚴重威脅傳統(tǒng)廠商的利益。利益上有矛盾也是SDN發(fā)展緩慢的一個原因。

3.3 行業(yè)標準的制定

目前，還沒有一個統(tǒng)一的行業(yè)標準，雖然SDN有 OpenFlow 協(xié)議，但是各網(wǎng)絡廠商對 OpenFlow 的理解和技術實現(xiàn)并不一樣，在具體實現(xiàn)上差別很大，因此不能實現(xiàn)互通。NFV則不存在完全屬于私有技術的可參照的統(tǒng)一標準，無法在不同廠商的設備之間支持虛擬化，這些難點也成為阻礙SDN技術進入數(shù)據(jù)中心的障礙。雖然數(shù)據(jù)中心已經(jīng)開始使用SDN和NFV技術，但是SDN技術只實現(xiàn)部分功能，并不能顯示這一技術的優(yōu)越性，因此實際上給數(shù)據(jù)中心帶來的并不是真正意義上的革命。

針對以上問題，本文提出如下建議：首先，虛擬化核心網(wǎng)絡設備可靠性較低的問題可通過推動VMware平臺進一步開放解決，推動SDN廠商對接私有云引入SDN。其次，完善和優(yōu)化控制器軟件架構和性能，推動相關廠商發(fā)布符合OpenFlow協(xié)議規(guī)范的芯片。最后，制定行業(yè)標準，進一步標準化SDN架構，按照 ONF（開放網(wǎng)絡基金會）等組織的定義進行分層，按照ETSI（歐洲電信標準協(xié)會）標準對NFV進行定義，在數(shù)據(jù)中心混合組網(wǎng)時，統(tǒng)一接口標準，明確SDN和NFV融合架構模式。

4 結語

綜上所述，將SDN和NFV技術引入數(shù)據(jù)中心建設中，可以提升系統(tǒng)的靈活性及資源整合的力度，打破傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構的束縛，使數(shù)據(jù)中心適應部署新技術的要求。應用過程雖然存在挑戰(zhàn)，但是SDN和NFV技術能夠帶給業(yè)界的改變超過了技術本身，網(wǎng)絡架構及運維模式的改變隨著技術進步不斷凸顯，需要不斷探索和實踐。

5 參考文獻

［1］趙輝，丁鳴，程青松，等.SDN與NFV技術在云數(shù)據(jù)中心的規(guī)模應用［J］.電信科學，2016，32（1）：144-151.

［2］宮良.SDN/NFV技術在未來城域網(wǎng)中的應用［J］.廣播與電視技術，2018，45（1）：16-20.

［3］王磊.基于NFV與SDN高度融合的網(wǎng)絡虛擬化體系解析［J］.電視技術，2022，46（4）：165-169.

［4］林華，薛靜宜.軟件定義網(wǎng)絡（SDN）/網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）技術研究及部署［J］.廣播電視網(wǎng)絡，2022，29（1）：106-108.

［5］張小容.5G移動通信網(wǎng)絡架構中SDN和NFV的應用略論［J］.長江信息通信，2021，34（8）：219-221.

*黃河交通學院智能汽車計算機視覺工程研究中心項目（22KYGJ01）。

【作者簡介】張?zhí)m蘭，女，河南鹿邑人，碩士，任職于黃河交通學院智能工程學院，助教，研究方向：圖形圖像處理與模式識別；馮影，女，河南焦作人，碩士，任職于黃河交通學院智能工程學院，助教，研究方向：教育技術學。

【引用本文】張?zhí)m蘭，馮影.SDN與NFV技術在數(shù)據(jù)中心建設中的應用及發(fā)展探析［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2023（5）：21-23.