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上海贝尔网络发展趋势刍议SDN和NFV

发布时间:2020-06-30 19:44:11 阅读: 来源:割炬厂家

一、 概述

软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)技术代表着网络演进的趋势,即借助IT软件的灵活性和硬件的规模效应,在不断降低网络的建设和运维成本的同时,不断为用户加速提供创新的网络业务。从SDN的角度看,其主要目的是将网络的复杂性转换为抽象性,通过标准化的API接口实现网络的可编程;NFV 则通过把私有、专用的网络设备改造成基于通用计算和存储的云计算架构下的虚拟设备,达到低成本和运维的灵活性。

那么SDN和NFV到底是什么关系?未来的网络是否会朝IT化方向持续发展?本文试图从宏观和微观层面对此加以澄清。

从宏观层面的OSI协议层次模型来看,SDN中被定义的对象仍然是网络,包括物理层(L1)到网络层(L3)所组成的各种网络,比如光网络、IP/MPLS 网络等。NFV的目标在于虚拟化网络功能,因此NFV原则上可以包括链路层(L2)到应用层(L7)。当然NFV的概念还可以扩展到数据网络之外,比如用于无线网络的特定功能处理。表面上看,SDN和NFV在L2和L3存在交集(图1),但是这种重叠并没有反映SDN和NFV的实质。严格地说,OSI网络层次模型仅仅考虑了数据平面,网络的控制平面功能并没有反映在模型中。下文将从数据平面和控制平面的区分中来考察SDN 和NFV,并试图明确它们各自的应用场景和适用范围。在微观层面,IT 化意味着从专用的网络硬件向通用的CPU转型,下文将对网络处理器NPU和CPU做简单的比较,以判断未来硬件的发展趋势。

图1 网络层次模型中的SDN和NFV

二、SDN和NFV的关系

网络功能大体可以分为三个平面,数据平面、控制平面和管理平面(图2)。数据平面实现分组数据的转发,控制平面提供路由协议或者信令,管理平面实现对设备和网络的管理功能。通常,数据平面要求高带宽(吞吐),对CPU处理能力要求不高;而控制平面正相反,要求高CPU处理能力,而对带宽要求不高。比如,建立VoIP 语音呼叫,需要对SIP信令进行分析处理,而语音包只需要实现端到端转发即可。长期以来,数据平面的吞吐是网络发展的瓶颈,因此数据平面功能一直主宰着网络设备硬件的发展。

图2 网络设备模型

(一)SDN架构的优势

SDN架构(图3)中控制平面和数据平面完全分离,两者借助南向接口(比如Openflow)通信。SDN 控制平面是运行在标准服务器之上的纯软件。基于性能和容量的考虑,SDN 的数据平面可以继续采用专用硬件设备,也可以基于X86服务器。SDN的控制平面除了运行路由协议之外,将为应用提供北向接口。应用程序可以实现网络的差异化功能。从历史上看,控制平面和数据平面的分离由来已久,比如早期的Forces和PCE等,因此广义的SDN不仅包含Openflow,还包括各种支持分离架构的协议。另外,由于以太网技术的成熟度非常高,市场上出现了大量低成本的商用交换芯片,其转发性能接近主流的中档路由器,这也带动了SDN软件市场的发展。

图3 SDN架构

(二)NFV的来源

2012年,多家运营商通过ETSI发布了关于NFV的技术白皮书。在传统的网络中,各种各样的网络功能大多采用专用硬件加专用软件的方式实现,软件和硬件之间高度依赖,无法分离,比如各种路由器、DPI、防火墙和网关等设备。NFV的目标(图4)是采用业界通用的硬件加软件的方式实现各种网络功能,通用硬件包括各种基于X86 架构的服务器和各种通用的以太网交换机等廉价设备。NFV意味着各种网络功能将以软件方式交付给运营商,而网络运营商只需要在云计算数据中心环境下安装,运行并维护该软件即可。

图4 NFV架构

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