NFV概述

NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）是通過(guò)使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù)，來(lái)承載很多功能的軟件處理。從而降低網(wǎng)絡(luò)昂貴的設(shè)備成本。可以通過(guò)軟硬件解耦及功能抽象，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴(lài)于專(zhuān)用硬件，資源可以充分靈活共享，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開(kāi)發(fā)和部署，并基于實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動(dòng)部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等；這些網(wǎng)絡(luò)功能可以是On-demand的模式，不需要額外安裝任何新設(shè)備，如運(yùn)營(yíng)商可以在x86平臺(tái)上運(yùn)行虛擬機(jī)來(lái)執(zhí)行開(kāi)源的基于軟件的防火墻功能，而不用增加任何新的硬件設(shè)施，同樣的，諸如CDN、NAT、DPI、VPN、IPTV、路由器、P-GW、IMS等功能，都可以通過(guò)基于NFV的軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在ETSI的標(biāo)準(zhǔn)中，對(duì)于NFV的應(yīng)用定義了多個(gè)不同的場(chǎng)景，結(jié)合城域網(wǎng)主要包括如下。下面我們就來(lái)分析NFV在域網(wǎng)下的5種應(yīng)用模式

vRR

在骨干網(wǎng)全連接架構(gòu)中，有一對(duì)或者多對(duì)路由器承擔(dān)著向全網(wǎng)設(shè)備反饋路由信息的功能，這就是路由反射器（RR），一般由專(zhuān)用硬件芯片架構(gòu)的高端核心路由器來(lái)做全網(wǎng)RR. 由于RR的最主要功能是計(jì)算路由，而非轉(zhuǎn)發(fā)流量，因此在大型骨干網(wǎng)中，RR可以率先遷移到x86架構(gòu)上，能夠更快適應(yīng)使用者需求的變化和差異。例如，改變BGP路由下一跳的機(jī)制，引入源地址等綜合信息進(jìn)行選路，能夠通過(guò)智能的方式實(shí)現(xiàn)骨干網(wǎng)流量負(fù)載均衡的初級(jí)階段。在這個(gè)階段，骨干網(wǎng)高端核心路由器不需要做任何改變，按照傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的方式去接受RR反射的路由信息。所以現(xiàn)階段，具備極高的可實(shí)施性。

圖2 NFV在城域網(wǎng)作為增強(qiáng)型RR

運(yùn)營(yíng)商引入x86架構(gòu)的RR的目標(biāo)絕不僅止于此。在完成骨干網(wǎng)流量負(fù)載均衡的初級(jí)階段部署后，運(yùn)營(yíng)商希望能夠從現(xiàn)有骨干路由器上提取到更豐富的流量信息，通過(guò)部署Controller來(lái)搜集全網(wǎng)流量信息，Controller通過(guò)綜合計(jì)算和策略匹配，精確調(diào)度骨干網(wǎng)絡(luò)流量，實(shí)現(xiàn)理想的流量工程。相較于初級(jí)階段的RR x86化及協(xié)議增強(qiáng)，理想目標(biāo)階段需要現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備升級(jí)或者更換才能夠支持相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)控制協(xié)議，而控制協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化和完善本身也需要一些時(shí)間去積累。

vFW

防火墻需要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的安全域進(jìn)行隔離，也需要實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬化環(huán)境中的安全域（如生產(chǎn)域及其子區(qū)、支撐服務(wù)域及其子區(qū)、管理域及其子區(qū)、DMZ 域及其子區(qū)等）的隔離。對(duì)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的安全域可采用傳統(tǒng)防火墻、傳統(tǒng)的部署方式即可，而對(duì)于虛擬化環(huán)境中的安全域可采用虛擬化防火墻實(shí)現(xiàn)。

傳統(tǒng)防火墻的形態(tài)是專(zhuān)用硬件，其支持在硬件防火墻內(nèi)部進(jìn)行虛擬化，即將一臺(tái)物理防火墻虛擬化成幾十個(gè)、幾百個(gè)，甚至上千臺(tái)相互獨(dú)立的邏輯防火墻。每個(gè)虛擬防火墻系統(tǒng)都可被看成是一臺(tái)完全獨(dú)立的防火墻設(shè)備，擁有獨(dú)立的系統(tǒng)資源，且能夠?qū)崿F(xiàn)物理防火墻的大部分功能。然而，這并不是NFV的概念。

利用NFV技術(shù)，將物理防火墻的各種板卡都轉(zhuǎn)成虛擬機(jī)，這些虛擬機(jī)被安裝在普通x86服務(wù)器上，通過(guò)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信構(gòu)成一個(gè)可擴(kuò)展的極大容量的防火墻集群。從管理角度上看，整個(gè)集群就是一個(gè)超大容量的防火墻，需要具備如下功能。

豐富的網(wǎng)絡(luò)和安全功能，能夠滿足企業(yè)分支及公有云多租戶環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)安全需求。

控制平面和數(shù)據(jù)平面分離，專(zhuān)門(mén)為虛擬環(huán)境優(yōu)化的多核數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，更充分利用計(jì)算資源。

模塊化的體系架構(gòu)，開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，允許網(wǎng)絡(luò)按需運(yùn)行和控制，更容易實(shí)現(xiàn)NFV/SDN落地。

和物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用統(tǒng)一的軟件平臺(tái)，提供相同的功能特性和一致的管理界面。

vDPI

傳統(tǒng)部署DPI的方式是把DPI嵌入各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備當(dāng)中，如會(huì)話邊界控制器（SBC）、流量檢測(cè)功能（TDF）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（GGSN）等，如圖3。

圖3 傳統(tǒng)DPI部署方式

這種方式的主要缺點(diǎn)是在不同的硬件平臺(tái)上多次實(shí)現(xiàn)DPI技術(shù)帶來(lái)的高成本。另外，應(yīng)用程序之間的互通比較困難，因?yàn)槊總€(gè)供應(yīng)商都可能會(huì)有私有的執(zhí)行DPI和展示結(jié)果的方式。舉例來(lái)說(shuō)，一個(gè)供應(yīng)商可能把一個(gè)信息流歸類(lèi)為T(mén)witter，但是別的供應(yīng)商可能把它當(dāng)做社交媒體。

有了SDN和NFV，DPI可以從嵌入的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中遷移，成為托管在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上的共享功能（如圖3右側(cè)部分）。這種方式降低了DPI所需的總投資，因?yàn)檫@樣一來(lái)DPI只需要在更少的機(jī)器上實(shí)現(xiàn)（減少固定資產(chǎn)投入）而且減少能源消耗（減少操作成本）。此外，不同功能和DPI應(yīng)用程序之間的互通不再那么復(fù)雜，因?yàn)閷?duì)應(yīng)用程序ID和元數(shù)據(jù)執(zhí)行一致的格式相對(duì)而言更容易一些。有了SDN/NFV，DPI可能不會(huì)再駐留在現(xiàn)有的位置。

vPOP

運(yùn)營(yíng)商在思考將x86這種具有更高計(jì)算能力和更標(biāo)準(zhǔn)、靈活的硬件架構(gòu)引入到傳統(tǒng)城域網(wǎng)的業(yè)務(wù)邊緣層的可能性。通過(guò)部署x86架構(gòu)下的虛擬CPE（vCPE）、虛擬BRAS（vBRAS）和虛擬NAT（VCGN）等資源池，使得業(yè)務(wù)邊緣的用戶接入控制能力得以靈活擴(kuò)展。

運(yùn)營(yíng)商首先在vCPE方向上進(jìn)行實(shí)踐，將原來(lái)散落在用戶家庭中的接入網(wǎng)關(guān)的高級(jí)功能上收到匯聚節(jié)點(diǎn)，在家庭側(cè)只需要部署最簡(jiǎn)單的二層接入設(shè)備，大大降低客戶端的投資和維護(hù)成本。

vCPE方案通過(guò)將傳統(tǒng)的接入網(wǎng)關(guān)分為VG和PG兩個(gè)功能網(wǎng)元，將采用專(zhuān)有硬件的PG功能弱化，降低了設(shè)備采購(gòu)成本及后續(xù)升級(jí)換代需求；實(shí)現(xiàn)大部分網(wǎng)絡(luò)功能的VG采用基于通用服務(wù)器的NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)，使新功能新業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)不再依賴(lài)硬件設(shè)備的更新，可有效控制成本，同時(shí)極大降低TTR?；贜FV的VG可集中部署于運(yùn)營(yíng)商的數(shù)據(jù)中心機(jī)房，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的集中管理維護(hù)，有效降低維護(hù)成本。

vCPE方案通過(guò)將用戶出口網(wǎng)關(guān)上收到運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心機(jī)房，可更好地了解用戶業(yè)務(wù)需求，整合用戶消費(fèi)需求及網(wǎng)絡(luò)提供能力，推出各種增值業(yè)務(wù)創(chuàng)造新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商可很好掌握用戶網(wǎng)絡(luò)操作行為，提供實(shí)時(shí)行為分析，保障用戶網(wǎng)絡(luò)安全，同時(shí)滿足各種合規(guī)需求。

vCPE的應(yīng)用不僅可以有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，通過(guò)運(yùn)營(yíng)商數(shù)據(jù)中心集中部署降低維護(hù)成本，同時(shí)用戶的接入功能通過(guò)云化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)平面實(shí)現(xiàn)，與SDN技術(shù)結(jié)合通過(guò)Service chain還可向客戶提供IT辦公云、網(wǎng)絡(luò)安全和其他增值服務(wù)，即將企業(yè)ICT應(yīng)用功能遷移到運(yùn)營(yíng)商的公有云中，并通過(guò)SDN智能專(zhuān)線實(shí)現(xiàn)用戶按需對(duì)應(yīng)的訪問(wèn)，達(dá)到云網(wǎng)協(xié)同一體化的目標(biāo)。

圖4 vCPE部署方式

同時(shí)，BRAS和CGN也在嘗試向x86方向發(fā)展。在國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)中，BRAS是最為關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和角色類(lèi)型。以BRAS及其以下的接入網(wǎng)為模塊，不斷復(fù)制模塊擴(kuò)容的方式建設(shè)城域網(wǎng)是最為典型模式。這種模式的網(wǎng)絡(luò)配置相對(duì)固定，可以很好地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，但是也存在非常明顯的問(wèn)題：城域網(wǎng)內(nèi)各個(gè)BRAS之間各自為政，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享。比如在用戶聚集的地方只能多部署幾臺(tái)BRAS，多從接入網(wǎng)拉連一些光纖鏈路到BRAS機(jī)房，如此BRAS和鏈路的利用率都不高。在x86架構(gòu)下，BRAS和CGN作為VNF部署在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器可以通過(guò)平滑擴(kuò)展的方式增強(qiáng)計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)能力，并且能夠更好地適應(yīng)L4-L7業(yè)務(wù)能力。在城域網(wǎng)業(yè)務(wù)邊緣層形成一個(gè)新的vPOP，將各種VNF相對(duì)集中部署形成資源池，資源池內(nèi)可以面向用戶、業(yè)務(wù)靈活調(diào)整資源，從而提升全網(wǎng)使用效率。同時(shí)在城域網(wǎng)范圍內(nèi)集中部署vPOP的Controller，實(shí)現(xiàn)資源狀態(tài)的查看、配置、維護(hù)、調(diào)整等功能。

圖5 NFV應(yīng)用在城域網(wǎng)vPOP

vPOP對(duì)于運(yùn)營(yíng)商而言，是一種可以承載新的商業(yè)模式的城域網(wǎng)新邊緣節(jié)點(diǎn)。電信運(yùn)營(yíng)商不僅可以根據(jù)自身業(yè)務(wù)發(fā)展利用vPOP面向用戶提供差異化的增值業(yè)務(wù)，也可以與SP、虛擬運(yùn)營(yíng)商等第三方合作，為其提供差異化的用戶體驗(yàn)，進(jìn)一步體現(xiàn)出電信運(yùn)營(yíng)商在互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代產(chǎn)業(yè)鏈中的整合價(jià)值。

圖6 NFV應(yīng)用在城域網(wǎng)帶來(lái)的新商業(yè)模式

由于運(yùn)營(yíng)商需要復(fù)雜的技術(shù)驗(yàn)證機(jī)制和決策流程，所以整體上進(jìn)展相對(duì)緩慢。運(yùn)營(yíng)商的大網(wǎng)上設(shè)備種類(lèi)繁多，大網(wǎng)的流量也不可預(yù)知。而企業(yè)網(wǎng)/校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)相對(duì)封閉，流量模型比較簡(jiǎn)單，有較強(qiáng)的可預(yù)測(cè)性。所以在運(yùn)營(yíng)商大網(wǎng)這種開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)中部署SDN/NFV的難度相對(duì)高一些。但運(yùn)營(yíng)商也逐步在網(wǎng)絡(luò)中引入SDN/NFV，同時(shí)進(jìn)行大量試點(diǎn)工作。

在企業(yè)網(wǎng)中，大量使用的VPN網(wǎng)關(guān)也可以通過(guò)NFV功能來(lái)實(shí)現(xiàn)。最典型的是公有云VPC業(yè)務(wù)，通過(guò)在x86架構(gòu)的虛擬機(jī)上部署防火墻、VPN網(wǎng)關(guān)等，將企業(yè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到公有云中，為企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理，包括網(wǎng)絡(luò)配置、安全策略、管理策略等。通過(guò)部署QoS、WAN優(yōu)化等提供一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。這不僅可以讓企業(yè)員工通過(guò)VPN安全、快捷地訪問(wèn)公有云，而且企業(yè)公有云和私有云二層安全互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)一管理、動(dòng)態(tài)調(diào)配、應(yīng)用靈活部署和自由遷移。

圖7 NFV應(yīng)用在數(shù)據(jù)中心多租戶

在IDC的一項(xiàng)面向全球CIO的調(diào)查中顯示，NFV服務(wù)中他們最感興趣的是SSL VPN（63.5%），緊隨其后的是虛擬化/云VPN（55.2%）、基于云計(jì)算的安全web網(wǎng)關(guān)（45.3%）和基于云計(jì)算的IPSEC VPN網(wǎng)關(guān)（43.2%）。

從CIO的角度來(lái)看，NFV的服務(wù)特性可以很好地適應(yīng)亞太地區(qū)分散的網(wǎng)絡(luò)格局。此外，NFV使企業(yè)能夠通過(guò)統(tǒng)一的在線入口實(shí)現(xiàn)對(duì)不同位置分支網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的實(shí)時(shí)激活和配置，消除了“一個(gè)位置、一個(gè)設(shè)備、一個(gè)服務(wù)”的模式。

目前階段，運(yùn)營(yíng)商主要關(guān)注SD-WAN，運(yùn)營(yíng)商能夠促進(jìn)客戶多個(gè)三層VPNs（用于隔離）的銷(xiāo)售，并能為企業(yè)提供隔離和端到端的網(wǎng)絡(luò)加密。安全和隔離的集成正在成為許多行業(yè)如金融服務(wù)和醫(yī)療健康的要求 ，促進(jìn)政企客戶的銷(xiāo)售。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在1437名被調(diào)查對(duì)象中有54%的企業(yè)因其成本低廉而考慮部署SD-WAN。

圖8 ATT和愛(ài)立信的SD-WAN方案

在校園網(wǎng)中，Openflow的概念最早就是用于校園網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)創(chuàng)新，現(xiàn)階段校園網(wǎng)更多關(guān)注Openflow交換機(jī)和云平臺(tái)產(chǎn)品和方案。校園網(wǎng)解決方案需要充分考慮對(duì)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的兼容和利舊，提供平滑演進(jìn)的解決方案。在設(shè)備層面，提供一機(jī)雙平面，使得設(shè)備既可以處理傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，也可以處理SDN業(yè)務(wù)，既與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)，也可以與SDN網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)，保證其平滑演進(jìn)。同時(shí)，在協(xié)議層面，建議采用Agent的方式兼容不同的Openflow協(xié)議版本，兼容不同的SBI協(xié)議接口，使設(shè)備可以通過(guò)簡(jiǎn)單的軟件適配滿足不同的協(xié)議要求和演進(jìn)要求，充分保護(hù)網(wǎng)絡(luò)投資。

vCDN

CDN服務(wù)通常部署在靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的內(nèi)容緩

存上，以改善用戶業(yè)務(wù)體驗(yàn)質(zhì)量。目前，CDN提供商、運(yùn)營(yíng)商利用高速緩存技術(shù)，使用專(zhuān)用的硬件為用戶提供這種服務(wù)。由于硬件資源的設(shè)計(jì)為高峰時(shí)滿負(fù)荷，這些緩存資源在生命周期內(nèi)大多數(shù)時(shí)間未能得到充分利用。并且在當(dāng)前的部署方案中，不同服務(wù)商部署的CDN節(jié)點(diǎn)都是獨(dú)立的，整體容量的使用效率不高，尤其是對(duì)于潮汐現(xiàn)象，利用率非常低。

隨著終端用戶尤其是智能終端的普及，以視頻為首的內(nèi)容提供成為了網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商的業(yè)務(wù)主增長(zhǎng)的重點(diǎn)。而視頻流量的大幅增長(zhǎng)，對(duì)用戶體驗(yàn)也提出了更高的要求，CDN隨之水漲船高。在CDN上使用NFV技術(shù)，可針對(duì)CDN控制器，也可針對(duì)Cache進(jìn)行。通過(guò)在鄰近終端用戶側(cè)數(shù)據(jù)中心的x86通用服務(wù)器上執(zhí)行相關(guān)VNF，實(shí)現(xiàn)Cache的功能，從而實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，保證用戶體驗(yàn)。

利用和部署NFV實(shí)現(xiàn)虛擬化緩存，底層硬件資源可以被合并，并在多個(gè)供應(yīng)商的CDN緩存和其他的VNFs中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)共享，從而有效提高緩存資源的使用率。

圖9 NFV應(yīng)用在城域網(wǎng)vCDN