网络虚拟化技术在广电网络系统中的应用研究

陈 坤

江苏省广电有线信息网络股份有限公司 江苏 南京 210000

一、前言

随着云计算、大数据等新兴信息技术业务应用的规模落地，新业务应用对网络的需求越来越高，灵活性、易扩展和简单易用成为运营商未来网络必须具备的基本能力，网络虚拟化新技术在行业内逐步被认同并快速发展。广电网络因其业务特性，在组网方式和理念上仍采用传统的模式，已经凸显出对资源调度和配置的灵活性不足、对新业务/应用的开通部署慢、对网络运营维护的要求高等问题，本文通过对网络虚拟化技术(SDN/NFV)的分析研究，为广电数据网络模式的转型寻找适合的思路和理念。

二、网络虚拟化技术介绍

目前业内主流的网络虚拟化技术有：

(1) SDN技术。SDN，即软件定义网络，它诞生于校园网，是一种网络虚拟化(Network Virtualization，NV)技术，其利用标准协议(例如OpenFlow)把网络设备的控制层面从数据层面中分离出来，并以软件方式实现。

(2)NFV技术。NFV，即网络功能虚拟化，它由服务供应商创建，旨在通过IT虚拟化技术，采用业界标准的大容量服务器、存储和交换机承载各种各样的网络软件功能，实现网络能力的灵活配置，提高网络设备的统一化、通用化以及适配性，加快网络部署和调整的速度，降低业务部署的复杂度。

三、SDN/NFV技术带来的改变

网络虚拟化技术目标是以软件为中心，采用SDN/NFV关键技术，构建可运营的统一业务管理平台，将传统的网络机房向数据中心转型，逐步实现数据中心网络IT化、设备软件化、硬件标准化。

(1)网络云化。传统数据网络中通常采用大量专用硬件设备，采用的技术相对单一且管理和调度是分离的。这种架构已难以支撑和满足日新月异的互联网应用、业务快速部署、服务创新等方面的需求，而NFV将云计算技术引入到电信网络中来，能够大幅提升网络的灵活性，有利于新业务的开发和部署，提升网络的管理和维护效率；因此，逐渐形成以“功能软件化”、“业务统一编排”和“硬件云资源池”为主要特征的网络云化体系。

(2)大大提升网络的管理和可编排能力。SDN为越来越复杂及高度虚拟的网络提供了所需的管理和编排工具。对于运营商而言，SDN可以创建与频谱和网络资源分配相关的效率，以及与人工成本直接相关的人工操作水平。对于运营商服务的企业而言，SDN带来了所需的固有灵活性和可扩展性，企业从创建新服务中获益。

(3)大大提升网络性能扩展能力。根据ETSI的定义，NFV的目标是通过发展标准IT虚拟化技术来改变网络运营商构建网络的方式。与传统网络设备构建的网络相比，NFV将以更低的成本提供具有更高可扩展性、弹性和适应性的高性能网络。NFV是SDN的高度补充。NFV通过降低设备成本和降低功耗，可以降低运营商CAPEX和OPEX，NFV还可以减少部署时间，并且提供更大的灵活性，可以扩展或缩小服务。

四、虚拟化新技术存在的不足

全球几乎所有主流运营商、设备商、互联网公司都在进行SDN/NFV的研究和部署,各大相关国际组织也在全力推进有关的标准发展，但SDN/NFV还处于技术应用的起步阶段，在运营商网络中大规模推广应用还面临多方面的挑战。具体有：

(1)接口/协议标准化面临的挑战。SDN的标准化组织ONF强调，Openflow不再是唯一的南向接口，北向接口以RESTful为主，各接口通过IT思路，利用模型/模板的方式实现，厂家只需公布自己的模型就能够实现互通及控制。VMware和Openstack都是SDN在应用层的实现体系，它们彼此独立，各有优势，好比手机操作系统的安卓和IOS；因此，SDN标准体系是否能够统一，有无统一的必要性还存在很大争议。

(2)安全性挑战。SDN网络的核心控制器作为网络集中化控制的实现部分，可能存在负载过大、单点失效、易受网络攻击等安全性问题，这需要建立一整套的隔离、防护和备份等机制确保整个系统的安全稳定运行。但目前来说，尚缺乏系统的解决方案。

(3)SDN集中控制理念的控制架构体系没有统一。控制架构层次的划分及控制层面的组成需要进一步研究明确。SDN控制平面掌握全局网络的资源，十分重要，控制面的性能直接影响整体网络的性能。不同专业类别的网络需要根据需求由专业和通用控制器组成。在控制器实现方式上，存在着网络不同域中控制器的层次架构不相同的情况，例如移动核心网中采用的是三层架构而在数据中心采用单层架构。目前，南向接口存在多种选择，如OpenFlow、BGP、SNMP等，北向接口可以根据不同的场景选择不同的接口，对于刚刚展开研究的东西向接口更没有统一的共识。

五、新技术在广电双向网络中的应用前景

因为SDN提出了数据面与控制面解耦概念，实现控制与转发的分离，对于传统网络有颠覆性的改变，所以全国的广电运营商根据其自身网络特性，大都对其都采取观望态度，随着各电信运营商对SDN/NFV的深入理解和技术跟进，电信运营商已经改变了观望的态度，已经开始将SDN/NFV看做未来发展的重点，并加大了对其的研发力度。

考虑到广电运营商的规模，在无法进行独立研发的情况下，可与传统硬件厂商进行合作。随着SDN和NFV在业界备受关注，这些传统的硬件厂商希望在自己已有优势的基础上使用SDN并结合特定的场景(如云数据中心网络)继续提供相应的系统和解决方案，以实现向网络软件厂商和网络解决方案提供商的转型。目前几种典型的解决方案如下:

1)发布相应的支持开源的SDN控制器，利用标准的南向接口如XMPP管理、控制叠加网络，以降低对传统网络设备的影响，加快提供相应服务的能力，来实现网络的虚拟化。

2)提出相应的软件解决方案，使其能够通过改进对应的虚拟网络设备，实现对平台的管理并能够支持多种虚拟化产品。

3)主导开源项目如ONOS、OpenDaylight等，通过主导相关控制器的发展、开放相应的硬件接口实现网络能力的交互。而目前在SDN的核心控制器实现软件上，发展趋势呈多元化。

六、小结

未来信息的发展必将面向以SDN/NFV为核心的云计算网络，SDN/NFV等新技术对产业，对企业自身内部都有可能产生颠覆性的影响。但同时我们可以以此为契机，从网络组网、管理理念、技术储备等方面对自身进行重塑。