中兴通讯对SDN/NFV的思考与应用实践

范成法+袁道洲+古渊

摘要：认为将软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）有机结合，能够在未来网络的建设中发挥重要作用。提出了对SDN/NFV技术的应用思考，包括网络连接、虚拟化数据中心及建立在此基础上的业务等。同时，结合中兴通讯的应用实践，分析了相关平台和应用系统的构建方法，并以校园云平台为例介绍了云化数据中心的应用。

关键词： SDN；NFV；分析；应用

效率提升一直是技术革命的主旋律，软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）是近期通过软件化、通用化提升效率的新兴手段，在网络的各个方向经历过多角度尝试之后，逐步在各领域生根发芽，找到了自己的定位，开始了面向实际的应用。

当通用的硬件能力足够强大，可以满足大多数应用时，软件化生产方式会带来更高的生产效率，代表着更加先进的生产力，这个就是NFV的方法；当应用的需求继续飞速增长，远远超出通用计算能力时，专业优化的硬件需要继续发挥作用，同时人们还希望其更加灵活，如将控制面拿出来，使其具备柔性扩展的能力，这个就是SDN的方法。SDN和NFV的有机结合可以构建面向未来的丰富多彩的网络。

基于SDN和NFV的核心技术，中国电信CTNet2025给出了未来网络的新技术要求[1]，中国移动直接牵头Open-O的开源研发[2]，AT&T则提出了网络设施向软件化转型的Domain 2.0倡议[3]。

1 SDN/NFV应用技术的实现与发展

未来10年，由于4K以上视频、虚拟现实、5G等应用的推动，网络带宽增长的需求非常旺盛，IP网络和光网络仍然要不断提升网络带宽能力，这种发展速度超出了通用处理器的处理能力，在网络汇聚层和核心层需要专用的转发设备来支撑。同时，为了解决方案总体柔性的要求，优化的专业设备应更具灵活性，接受SDN控制器的管控。另外，考虑到与现有网络的对接，以及SDN控制器失效情况下的保护，需要采取平滑演进的策略，在传统技术基础上，逐步加载SDN集中控制平面，实现网络控制的集中化和软件化，从而使网络能力向上层应用开放。在这个过程中，对IP层的控制和对光层的控制可采用类似的技术，实现IP层和光层的协同，创造更多的实用价值。

IP和光层广域大网提供了一个连接的基础，而连接只有与业务节点结合在一起，才能形成完整可销售的解决方案。当前，业务节点已逐渐标准化，就是数据中心（DC）。DC的基础元素是大量的通用处理器、存储和安全单元，这些基础元素通过大容量交换机扁平化地连接起来，形成一个整体资源。这个资源可用来支持各类云业务、信息技术（IT）业务，也可以用来支持电信层面的各类业务。为了在统一、通用的环境下有效地支撑各类业务，需要对资源进行虚拟化，划分出无数个计算、存储、网络和安全的小系统，每个小系统可以支撑独立的业务。多个小系统上支撑的业务结合起来，就形成了丰富多彩的业务支持集合。在这样的一个数据中心中，SDN控制器再次发挥作用，集中实现对所有网络节点的转发控制，使计算、存储、安全资源被有效地串接起来。同时将一个物理的网络虚拟成多个逻辑小网络，经过这样的虚拟化处理，DC内形成许多可调配伸缩的资源池。这些资源池可直接租给客户使用，提供基础服务；也可以在上面运行各类IT应用，提供IT增值服务；还可作为网络功能虚拟化基础设施（NFVI），给NFV的各类电信服务提供支撑；同时，如果构建了NFV和IT应用的基本组件，则可以提供平台给第三方进行开发，进一步提升使用率和增值能力，其可想象的空间是十分巨大的。

通过上述SDN化大网和虚拟化DC可以构建面向未来的信息通信技术（ICT）一体化应用基础设施，其衍生出的业务系统将是一个非常庞大的生态系统。基于这种新技术，基础网络领域原来比较难做的业务能得到较好的解决，比如政企客户服务方面，可以在原来专线业务基础上，增加更灵活的带宽调整能力，增加各类IT和通信技术（CT）应用套餐选项，改善企业客户应用感受。

基于SDN和NFV在大网、DC和业务应用上起到的重要作用，中兴通讯开展了持续的实践。实践的基础是多层次构建平台。首先，未来仍需长期提供强大带宽的刚性网元，包括路由器、DC交换机、光传送网（OTN）及分组传送网（PTN）设备等，在进行带宽提升改造，保证带宽能力领先的同时，全面进行SDN化改造，使其可以接受SDN控制器的有效控制；第二，与OpenDaylight、OpenStack等开源组织深度合作，以开源平台为基础构建ZENIC广域网、DC控制器体系，以及TECS云平台体系；第三，以电信和政企行业多年的积累为基础，构建ICT平台即服务（PaaS）NFV组件平台，并在其基础上构建多类NFV系统；第四，遵循ETSI框架，参与Open-O建设，构建ICT软件即服务（SaaS）业务管理平台。

以这些平台为基础，回到实际需求层面，构建各个层次的应用系统。首先，大网是运营商最宝贵的资源之一，大网的SDN化是重要的一环。大网由于其涉及地域广泛、厂家众多、新老交错，多运营商对接和进度不一致，SDN化改造的难度最大，方法也不能过于激进。从实施可能性的角度看还是需要采取演进的策略，在保持原有设备能力的基础上，增加SDN的能力，在局部或者一个新建的网络中先实施SDN化，然后逐步扩大范围，最终实现全网的SDN化。目前我们在骨干、城域和移动回传多个层次以IP和光传送两个维度都进行了SDN化的尝试，取得了许多一手的经验。从实际的发展动力上看，随着DC的广泛部署，特别是众多边缘DC的部署，DC之间通过SDN化的网络进行互联是非常有必要的。DC之间的互联（DCI）具有一定的封闭性，流量有时段突发性，并且有局部快速增长的特点，非常适合一个基于SDN的大网来支撑。组成这个大网的元素仍然是路由器和OTN设备，路由器在保留原有的域内和域间协议的基础上，增加了与SDN控制器之间收集拓扑状态和计算路径执行等的扩展接口，并增加了流量状态采集接口，这样控制器基于这些全局信息就可以实现DC之间的最佳连接，并在流量需求和状态发生较大变化后进行有效的调度。如果这个DCI网络底层有OTN的支撑，则可以在路由器网络和光网络层面同时部署控制器，实现两者之间的协同，从而提升承载效率，带来更加稳定、可靠的收益。比如，路由层面的带宽调整常常牵涉到不相关路径的全局调整，有可能造成路由的调整期动荡。基于IP和光的协同，可以通过光层来调整IP接口的带宽能力，满足实际流量增长的需要。在此情况下，光层先给IP层提供基本的带宽，当某个IP接口需要追加时，光层将预留的带宽追加给IP层，保证IP层得到增加，无需调整不相关路由，避免调整期动荡。同时，光层的调整可以是渐进式的，无需进行全局调整。

通过ZENIC系列广域网控制器及上层应用（APP），中兴通讯在广域网的各个位置，包括骨干、城域和接入都进行了相关的试点，实现了基于单槽位400G路由器和路径计算单元（PCE）统一计算的DCI骨干网和城域网解决方案，并开展了IP和光协同的尝试，这些解决方案已开始逐步服务于现网。

如果说大网是连接的基础，那么DC就是业务的基础，也是电信级网元NFV化的实现基础。经过几年的发展和探索，行业的认识逐步清晰。针对低带宽要求的IT应用，需要建设大型DC，数目不用很多，走集约化的道路；针对高带宽低时延的CT应用，DC位置不宜过高，这时候需要建设大量的边缘DC，支撑电信需求的同时，也需要关注一些本地化的IT应用；还有一些应用，如客户云上多业务分类和加速，放在边缘DC也不合适，需要放到客户出口位置，这时候就需要在设备级实现虚拟化。

在技术实现上，集中的、IT化要求的虚拟化数据中心（VDC）是基础。边缘DC的基础实际上是NFVI，本质上是一个VDC，针对电信级的需求进行各类功能扩充，就形成了中心机房（CO）重构的概念，分布式虚拟化则是一个简化的实现。

对于一个VDC体系来说，大量的通用服务器，存储被扁平化的DC交换机连成一体，外加安全设备和对大网的网关设备，最后各网络节点被VDC控制器在逻辑上统一管理起来。然后所有这些资源被OpenStack云平台统一分配，形成一个业务整体，对外提供计算、存储、网络综合服务。当把这些技术应用于CT边缘DC的时候，所有的技术能力得以保留，但是要针对CT业务做一些相应的提升。

第一个提升就是要提供一个网关把广大的接入网、城域网和数据中心连接起来，这个网关的原型是宽带接入服务器/业务路由器（BRAS/SR）的合一体多业务边缘路由器（MSE）。如今，在新的技术要求下，这个网关的路由器功能需要保留以便连接核心路由器（CR），而BRAS的功能要进行虚拟化，保留转发面来终结客户拨号，同时需要新增连接数据中心的功能，提供业务链的起点。这个网关的超强转发能力是未来4K大视频等性能得到保证的基础，是CO重构图景下非常重要的一个网元。

第二个提升是设法保证DC内的网元性能，在保证通用性的前提下有更好的能耗比。在功能虚拟化完成之后，各类加速方法将会在CT要求的DC中出现和标准化。

中兴通讯是VDC早期主要的实践厂商之一，已经基于整套技术开通了商用局。目前，中兴通讯已开始了基于VDC技术的CO重构工作的试点，积极倡导并率先采用C-U分离加软硬分离技术，开创了CO重构的全新思路。同时，中兴通讯也积极探讨分布式虚拟化技术，并将以上相关技术结合起来，更好地满足业务需求。

大网和DC都是基础，最终的价值要通过业务来展现。基于CO重构建设的NFVI可以开展各类电信级业务。基于NFV的业务组件平台ICT PaaS和服务组件平台ICT SaaS提供了庞大的NFV能力。

回到网络本身可提供的业务来看，目前针对政企客户的随选网络是一个重要的业务。随选网络是在原有大客户专线的基础上，通过SDN和NFV技术实现提升和扩展的一种新型业务。原有的专线局限于同类网络，开通牵涉部门多，带宽调整也不灵活。通过SDN Overlay技术，可以实现跨异类网络的专线，按时间段提供按需带宽服务（BOD），实现更快速的自助开通，使专线提供能力得到较大提升；同时通过NFV技术和IT能力集成技术，可以给客户提供应用层面的一站式套餐服务，或者进一步的增值服务。在云化越来越重要的未来，这些应用层面的服务并非可有可无。比如，当企业更多的业务迁到云上，从客户到云之间的连接本身将成为影响应用体验的瓶颈。如果不对多个应用和用户进行有效的分类疏导和加速，即使这条专线的带宽相对较大，应用体验也会随着业务间竞争而迅速恶化。此时在客户出口部署分类、疏导和加速应用，将会使用户感觉带宽像是提升了许多倍。

从发展进程来看，连接随选将可快速部署，应用随选的优势也将会被逐步认识到，最终会形成连接随选加应用随选综合部署的模式，这将是SDN和NFV紧密结合的一个非常生动的案例。中兴通讯采用多年积累的SDN和NFV技术，积极推动完整的随选网络方案的实现和落地，并坚信这个方案将会切切实实提升用户的工作效率和体验。

SDN和NFV作为新技术，正成为ICT融合趋势下的一种基本方法和能力。中兴通讯在网络的SDN化、VDC和CO重构建设，以及相关新业务中，坚持以提升效率为目标，在注重网元的硬转发能力提升的基础上，全方位采用SDN和NFV技术，使网络刚柔相济，为客户提供面向未来的优质网络服务。

2 基于SDN/NFV的云化数据中心案例

某大学数据中心IT资源部署方式是按照每个应用进行物理的划分，主要业务包含校园网运维系统、一卡通系统、办公自动化（OA）系统、视频会议系统、校园网考试系统、选课系统等。这种按应用独立部署专用设施的方式存在以下问题：

（1）资源利用率低；

（2）运维成本高；

（3）业务部署缓慢；

（4）管理策略分散。

为解决这些问题，支撑智慧校园建设，提出了统一校园云平台的建设需求。如图1所示，校园云平台由中兴通讯建设，计算虚拟化底层采用KVM平台，网络虚拟化采用SDN方案并实现NFV，云管理平台为基于OpenStack架构的中兴iROS系统。

关于校园云平台方案的具体说明如下：

（1）组网采用SDN方案，SDN控制器集中进行网络控制；

（2）用户网络为基于虚拟可扩展局域网（VXLAN）的重叠网络；

（3）M6000路由器做VXLAN网关，实现虚拟路由器（vROUTER）和网络地址转换（NAT）功能；虚拟通道终端（VTEP）由运行在计算服务器上的ZXDVS虚拟交换机实现；

（4）NFV方案采用软硬件结合的方式，虚拟负载均衡器（vLB）采用A10硬件负载均衡设备实现，虚拟防火墙（vFW）则采用山石软件防火墙实现；

（5）通过引入集中的云运营管理平台iROS，形成统一资源管理、统一生产调度的方式，实现“一点受理，全网服务”的VDC资源集约化服务。

该方案具有以下所述的优势。

（1）开放架构

基于OpenStack开放架构，方便集成业界领先的软硬件NFV产品，可以为客户提供丰富的NFV能力，避免封闭系统带来的各种技术和成本问题。

（2）智能高效

·采用分布式路由方案，减少租户内部路由迂回，提升网络效率；

·vFW采用透明方案，由SDN控制器实现自动引流，避免手工路由配置，避免对组网的干扰。

（3）安全可靠

NFV基于x86架构，运行在中兴云平台虚拟机（VM）上，中兴云平台提供高可靠性、高性能保障：

·通过虚机高可用性（HA）、虚机热迁移等技术保障NFV节点的高可靠性；

·通过非统一内存访问（NUMA）、内存巨叶、虚拟中央处理器（vCPU）绑定物理核、DPDK、SR-IOV等的优化来实现硬件级别的性能保障。

（4）按需使用

·系统提供地址重叠和NAT功能，租户可以自定义用户网络，并可按需申请使用公网IP；

·租户可按需申请vFW、vLB，并根据业务规模可调整vFW、vLB规格，实现资源按需申请、按需使用。

（5）统一管理

在iROS云管理平台实现对vLB/vFW等NFV网元的集中管理和配置。

（6）灵活编排

基于SDN控制器的集成策略控制，实现以租户为单位的安全业务链自主编排。

3 结束语

SDN和NFV作为新技术，只有与实际应用需求相结合，才能获得长足发展。当前，在IT云和CT云基础设施、大网演进改造、新型政企业务等领域，SDN和NFV技术已经找到了切入点。围绕未来网络的各种新要求，中兴通讯在努力提升原有网络带宽能力的基础上，积极利用SDN和NFV技术，建立平台，推进应用，不断进行相关领域的探索和实践，以期为ICT融合技术和应用的发展做出应有的贡献。

参考文献

[1] 中国电信CTNet-2025网络架构白皮书[R]. 北京： 中国电信， 2016

[2] 中国移动Open-O技术架构研讨稿[R]. 北京： 中国移动， 2016

[3] AT&T Domain 2.0 Vision White Paper[R]. USA： AT&T， 2013