关于NFV与SDN的基本概念及应用思考

（中国移动通信集团公司，北京 100032）

关于NFV与SDN的基本概念及应用思考

孙金霞，孙红芳，韦芳

（中国移动通信集团公司，北京 100032）

近年来，网络新技术与应用层出不穷，本文主要针对近期热议的网络功能虚拟化(NFV)、软件定义网络(SDN)两项新技术的基本概念、相互关系及应用场景进行描述，结合各自特征分析对通信网络组网与维护可能带来的影响，并提出相关建议。

网络功能虚拟化；软件定义网络；控制与承载分离

自2013年以来，热度最高、出现最为频繁的两个网络缩略语非SDN和NFV莫属，在各种国际通信大会（例如2014年2月巴塞罗那MWC（Mobile World Congress）、5月 TMF（TeleManagement Forum）会议）上，部分设备提供商已经提供并演示相应的模型机产品。

NFV、SDN到底是什么，二者之间有何关系，他们会给传统电信运营的网络组网、运营与维护带来哪些影响，下面将结合两种技术的基本概念、突出特征，进行具体的分析。

1 基本概念

1.1 NFV的基本概念

网络功能虚拟化（NFV，Network Function Virtual）由运营商联盟提出，核心思想是采用IT虚拟化技术，将传统的电信设备软件与硬件解耦，硬件可基于通用的计算、存储、网络设备实现电信网络功能，以达到降低成本，提升管理和维护效率，增强系统灵活性的目的。

简单来说，NFV是实现传统电信网络设备云化的技术，主要是针对目前网络扩容及业务提供通过不断增长专属硬件设备来部署，导致成本较高、灵活性和弹性不足、部署周期较长等问题。NFV旨在利用标准的IT虚拟化技术，把多种网络设备类型融合到数据中心。

抽象来讲，NFV将现有网络设备逐个软硬件一体化建设的模式，变更为网元功能虚拟化软件，并通过虚拟资源统一调度管理系统，落地到集中的云资源池（服务器、存储系统等）实现，具体示意如图1所示，其中：

网络功能层：即由软件实现的虚拟化功能网元，可以是IMS、EPC等核心网元设备。

图1 传统电信网设备与NFV架构下通信设备的实现方式对比

虚拟资源层：实现虚拟机的生成、调度、删除等功能。

硬件资源层：即云化系统中的X86服务器、存储设备、IOS等IT类设备。

1.2 SDN基本概念

软件定义网络（SDN，Software Defined Network）管理的对象主要针对IP网络设备，如路由器、以太网交换机等，而不是主机设备，软件定义即表明可以通过软件对网络的资源、拓扑、策略、路由等内容进行动态定义，SDN的特点如下。

（1）控制和转发分离：网络设备分离为单独的控制设备及转发设备，转发设备功能实现简单化，控制与转发间遵循标准的Openflow协议，而当前IP网络设备控制、转发集成在一起，协议为私有协议。

（2）控制集中：全网的控制集中到一点，通过控制器可以控制全网，而当前的IP设备，控制分离在各台设备上。

（3）可编程：控制器提供可编程的API，通过软件可实现对网络的控制、管理、调度。当前的网络多通过标准的管理协议SNMP进行管理。

SDN转发与传统路由器转发的对比如图2所示。

SDN主要应用在使用IP设备、涉及到多资源管理、调度的场景，典型的应用场景包括：

（1）IDC的租户管理：SDN可实现对IDC内的交换机等资源进行虚拟逻辑化，可支撑海量用户，且用户可对租用的资源进行灵活管理、实现虚拟迁移。

（2）广域网流量管理：通过部署灵活的转发策略，实现多条链路的流量均衡，提升链路资源利用率，实现资源使用最大化。

2 NFV与SDN之间的关系

从以上基本概念可以看出，SDN和NFV都采用了控制与承载分离的思想，并都试图通过软件定义的形式实现基本控制功能。两者最基本的区别及关联关系体现在以下几方面。

图2 SDN转发与传统路由器转发的对比

（1）NFV的核心关键词是网络功能的虚拟化；SDN的核心关键词是软件定义网络。也就是说NFV的落脚点在传统电信网络的网元功能实现的变革上，而SDN的落脚点体现在IP网络策略及路由转发的软件集中控制上。

（2） NFV与SDN没有直接的关系，二者的着眼点不尽相同，其应用场景在很大程度上是不重合的，只是在少部分应用上有交集，也就是说两者有一定的互补性，但并不相互依赖。例如SDN的控制器（Controller）可以部署在NFV架构上，可以通过SDN控制NFV架构中各虚拟网元之间的IP数据分组转发的集中控制。

（3） NFV可以不依赖于SDN部署，SDN技术不是NFV架构中必须部署的技术。但对于规模不断扩展的云数据中心，可以采用SDN技术控制和均衡各虚拟机资源，以便更好的连接和控制这些虚拟机，最终使数据中心更加可控。

（4） 针对IP大网，如果逐步采用SDN架构，其相应的SDN控制器（Controller）也可以设置在NFV架构的云平台上。

总的来看，NFV和SDN技术对传统通信网络产生革命性的变化，两种技术之间没有相互依存的关系，但在局部应用上有一定的交集和互补性。

3 对网络组网的影响分析

3.1 NFV对组网的影响

根据目前与各设备提供商交流的情况，现阶段NFV技术对于传统电信网络（CS、IMS、EPC等）的路由组织和局数据设置原则总体上没有影响。主要原因如下。

（1）NFV对通信网络中各类功能网元的在网形态有较大的改变，即由传统软硬一体化网元变为基于统一云平台的NFV虚拟功能网元，每个功能网元在逻辑上与传统网元的功能及地位完全相同。

（2）NFV中各个虚拟功能网元与传统网元一样有容量上限的限制，网络扩容需要新增逻辑网元的形式实现。例如某厂家现有版本基于NFV架构的CSCF设备（IMS系统中核心网元）满容量为200万用户。

（3）NFV虚拟功能网元的对外接口及链路配置仍然需要，只是由原来的实体接口/链路变为虚拟的接口/链路。

（4）NFV虚拟功能网元之间的容灾仍需在业务层面考虑并实现，NFV架构主要考虑站点内虚拟机、云资源中硬件资源的内部可靠性。即网元间组Pool、异地容灾备份等网络级的安全性要求仍需要依据原业务网络层面的机制实现。

虽然NFV架构下电信网络的逻辑组网结构、路由组织和局数据设置原则总体不变，但是由于新增虚拟资源管理等内容，因此在数据配置与管理方面需要新增加针对虚拟机编号、地址、端口等的管理，目前具体需要管理的内容由于大量接口及功能国际规范未完成而尚不明确。

3.2 SDN对组网的影响

SDN如在网络中应用，以下两个方面对组网会产生影响。

（1）总体网络架构发生变化：网络从功能上分离成控制、转发两个层面，需要新增控制与转发层面的组网。在转发层面，与当前的IP网络及IDC内部相类似，仍可依照规模及功能分为接入、汇聚、核心3个层面。

（2）节约网络资源：通过资源灵活调度，可以均衡使用并节约网络资源，转发层面的端口、链路数量比当前网络的需求要相对少一些。

4 对维护的影响分析

4.1 维护体系结构将发生变化

NFV引入将对现有维护体系产生较大影响。现有网络一般按照分专业维护的模式（例如无线、交换、数据、承载、传输等），每个专业维护的相关网元包括硬件、软件、网络配置、业务质量等方面的内容。NFV引入后，维护体系的变化主要体现在：

图3 NFV引入后维护体系结构的变化

（1） 各实体功能网元演变为以软件形态存在的虚拟网元，传统分专业维护依然存在，但是不再针对设备硬件进行维护。

（2） 新增加NFV云维护专业：针对各数据中心NFV架构的虚拟资源管理（包括相应的调度软件、云资源池硬件、云站点IP网络的维护）。

维护体系的变化情况如图3所示。

4.2 各专业网络维护方式发生变化

NFV架构对于电信网络的维护影响较大，从机房、设备管理、故障处理、质量保障、人员技能等方面均提出全新的要求，对具体某个业务专业来讲，其变化具体如表1所示。

4.3 更有利于集中化的管控

NFV的灵魂是将软件从现有厂家各异的硬件平台中剥离出来，随着IT计算能力的不断增强，理论上讲，单个虚拟网元的能力会快速增加，更加有利于网元的集中化部署和管控。在SDN网络中，控制器可实现对全网

资源、运行情况的管理、控制，涵盖了当前网络的网管功能，维护的相关工作通过控制器管理实现。同时，控制器提供了丰富API编程，可以部署灵活的维护管理任务，快速实现网络的各类维护需求。

4.4 网络扩容与业务部署更加灵活快速

由于网络扩容和业务部署采用软件加载

到相应的虚拟机中的方式来实现，一般情况下不涉及硬件扩容、割接等工作，因此理论上讲，可以更加快速、高效的实现。

4.5 需新增NFV网管支撑系统，并与现有网管系统连接

按照NFV标准架构，为便于虚拟资源的动态管理，特别定义了NFV网管支撑域，实现虚拟资源管理和调度、虚拟网元的生命周期管理等功能，该网管支撑域分别由NFVO（Network Function Virtual Orchestrator）、VNFM（Virtual Network Function Management）、VIM（Virtual Infrastructure Management）组成，如图4所示。

（1） NFVO：实现统一的资源管理与调度。

（2） VNFM：实现虚拟化网元生命周期管理，包括虚拟网元的生成、变更、删除等。

表1 NFV引入后对网络维护方式的影响

（3）VIM：实现对虚拟化资源、硬件资源池的统一管理。

图4 NFV网络管理域架构示意图

5 相关建议

目前SDN技术相关标准制定成熟度略高于NFV，SDN控制层与转发层间的标准协议Openflow已经制定完成，主流厂家均承诺支持，而NFV的相关接口规范国际标准尚未明确。

但是，总体来看，通信网络IT化趋势十分明显，部分设备厂家已经在不同场合大量演示NFV、SDN技术功能，中国移动研究院也在实验室联合部分厂家进行了部分NFV、SDN功能的测试。因此，预计在近几年厂家将逐渐推出商用产品。

为有利于网络组织与维护的平滑过渡，建议网络维护部门需积极跟踪技术走向，并提前做好相关的技术储备工作，相关建议如下。

（1）人才培养与储备非常关键：目前网络维护战线精通IT维护的专家极少，传统电信思维多、互联网思维少。需要提前进行技术与人才的战略性培养与储备。

（2）积极跟踪NFV、SDN等技术走向，更深层次掌握对通信网络结构、性能及维护模式带来的影响以及相关的应对措施。

（4）一旦通信网络采用NFV技术后，虚拟资源管理与调度的软件性能预期将与业务质量保障紧密相关，需结合公司后期可能开展的现网试点工作，明确具体质量要求并开展性能测试，严格把关。

（5）SDN控制器提供的API目前不在标准组织定义的范围中，为各控制器厂家自行定义。SDN的应用效果与基于API开发的APP引用息息相关，这是当前SDN应用中应重点关注的问题之一。

（6） 各种通信接口、网管接口必须提前标准化，在试点、部署初期即应采用开放的接口方式，避免后期丧失自主控制能力。

Basic concept and application thinking about NFV and SDN

SUN Jin-xia, SUN Hong-fang, WEI Fang
(China Mobile Group Co., Ltd., Beijing 100032, China)

In recent years, new network technology and application emerged in endlessly. This paper focused on the recent hot word in internet: the network function virtualization and the software def ned network, described their basic concepts, analysed the relationship between the two new technology and application scenario, f nally combined with their respective characteristics and the likely impact of communication network structure and maintenance, put forward related suggestions.

NFV; SDN; control and bearing separation

TN915

A

1008-5599（2014）08-0001-05

2014-07-01

孙金霞：中国移动通信集团公司网络部副总经理，长期从事全网各专业网络的维护管理与指导等工作。孙红芳：中国移动通信集团公司网络部高级项目经理，长期从事交换网、IMS、LTE核心网等专业网络的维护管理与技术跟踪。韦 芳：中国移动通信集团公司网络部项目经理，长期从事数据网、IP承载网等专业网络的维护管理与技术跟踪。