NFV

NFV簡介

　　NFV，即網絡功能虛擬化，通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術，來承載很多功能的軟件處理。從而降低網絡昂貴的設備成本?？梢酝ㄟ^軟硬件解耦及功能抽象，使網絡設備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享，實現新業務的快速開發和部署，并基于實際業務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等。

　　NFV與SDN的區別

　　NFV的初衷是通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術，來承載很多功能的軟件處理。典型應用是一些CPU密集型功能，并且對網絡吞吐量要求不高的情形。主要評估的功能虛擬化有：WAN加速器，信令會話控制器，消息路由器，IDS，DPI，防火墻，CG-NAT， SGSN/GGSN， PE， BNG， RAN等。

　　SDN的核心理念是，將網絡功能和業務處理抽象化，并且通過外置控制器來控制這些抽象化的對象。SDN將網絡業務的控制和轉發進行分離，分為控制平面和轉發平面，并且控制平面和轉發平面之間提供一個標準接口。需要指出的是，控制平面和轉發平面的分離，類似于現代路由器的架構設計方法，但是SDN的設計理念和路由器的控制轉發分離完全不同。

　　從上面可以看出，NFV可以采用SDN進行實現（如采用控制轉發分離的方法來搭建服務器網絡），但是NFV也可以采用普通數據中心技術來實現。

NFV百科

　　NFV，即網絡功能虛擬化，Network Function Virtualization。通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術，來承載很多功能的軟件處理。從而降低網絡昂貴的設備成本?？梢酝ㄟ^軟硬件解耦及功能抽象，使網絡設備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享，實現新業務的快速開發和部署，并基于實際業務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等。

　　NFV與SDN的區別

　　NFV的初衷是通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術，來承載很多功能的軟件處理。典型應用是一些CPU密集型功能，并且對網絡吞吐量要求不高的情形。主要評估的功能虛擬化有：WAN加速器，信令會話控制器，消息路由器，IDS，DPI，防火墻，CG-NAT， SGSN/GGSN， PE， BNG， RAN等。

　　SDN的核心理念是，將網絡功能和業務處理抽象化，并且通過外置控制器來控制這些抽象化的對象。SDN將網絡業務的控制和轉發進行分離，分為控制平面和轉發平面，并且控制平面和轉發平面之間提供一個標準接口。需要指出的是，控制平面和轉發平面的分離，類似于現代路由器的架構設計方法，但是SDN的設計理念和路由器的控制轉發分離完全不同。

　　從上面可以看出，NFV可以采用SDN進行實現（如采用控制轉發分離的方法來搭建服務器網絡），但是NFV也可以采用普通數據中心技術來實現。

　　NFV與云計算的區別

　　一個很大的區別在于，云計算通常被用來托管此前在內部運行的IP語音應用。IaaS只是托管虛擬機，這意味著，這些語音應用放到云中，并沒有發生功能性改變。而NFV托管應用組件的方式允許組件根據性能或可用性需求進行擴展。

　　云計算VoIP/UC和NFV語音之間的第二個重要區別在于，NFV允許在任何合適的硬件上部署語音應用組件，這意味著，在理論上，你可以在內部服務器、網絡接入設備或邊緣路由器、以及云計算中運行“云語音”應用。然后你可以構建云語音應用，然而，這些應用可以部分被推送到所有位置的本地設備，如果云語音服務出現故障，這還可能保證你繼續使用呼叫功能。

　　云計算和NFV的第三個區別在于，在云語音中，語音應用位于網絡中，這意味著，它只是另一個網絡用戶，對網絡行為的控制或與網絡管理的整合不會超過用戶設備的水平。在NFV中，你可以構建一個包含托管功能和網絡連接的語音服務，并將這兩者作為整體來管理。這可能會鼓勵供應商捆綁語音服務與云計算和VPN等技術，并推動語音服務提供商增加托管SBC、防火墻等功能。

　　最后的區別是，NFV關乎管理，這是云計算中通常被忽視的部分。NFV的目標在于，通過改善管理來顯著降低運營成本。如果滿足了這個目標，這意味著IP語音服務，甚至是UC/UCC，會變得不那么昂貴，在給服務提供商帶來更高利潤的同時，幫助用戶降低成本。

　　NFV的管理框架

　　從理論上講，NFV可以存在于專用物理服務器上，也可以運行在云計算中的虛擬服務器中。但在實踐中，由于沒有涵蓋所有這些選項的統一管理框架，因此很難提供如此廣泛的部署選擇。

　　為了解決這個問題，我們可以將虛擬功能放在云中，并使用OpenStack作為云軟件平臺。OpenStack有著廣泛的行業支持，并且它有一個網絡即服務框架，Neutron（以前被稱為Quantum），其插件能夠支持大部分主流SDN技術，甚至還能支持一些專有網絡管理系統（NMS）。然而，Neutron正在逐漸發展為滿足云計算的需求，而不是滿足網絡運營商更廣泛的需求，因此，早期NFV部署將需要為運營商網絡擴展Neutron，以涵蓋云計算中不存在的傳統的端到端連接等功能。在這種情況下，開發人員需要增強Neutron，或者繞過它不支持的模型。

　　NFV在域網中的五大應用場景

　　在ETSI的標準中，對于NFV的應用定義了多個不同的場景，結合城域網主要包括如下。下面我們就來分析NFV在域網下的5種應用模式

　　vRR

　　在骨干網全連接架構中，有一對或者多對路由器承擔著向全網設備反饋路由信息的功能，這就是路由反射器（RR），一般由專用硬件芯片架構的高端核心路由器來做全網RR. 由于RR的最主要功能是計算路由，而非轉發流量，因此在大型骨干網中，RR可以率先遷移到x86架構上，能夠更快適應使用者需求的變化和差異。例如，改變BGP路由下一跳的機制，引入源地址等綜合信息進行選路，能夠通過智能的方式實現骨干網流量負載均衡的初級階段。在這個階段，骨干網高端核心路由器不需要做任何改變，按照傳統標準的方式去接受RR反射的路由信息。所以現階段，具備極高的可實施性。

　　圖2 NFV在城域網作為增強型RR

　　運營商引入x86架構的RR的目標絕不僅止于此。在完成骨干網流量負載均衡的初級階段部署后，運營商希望能夠從現有骨干路由器上提取到更豐富的流量信息，通過部署Controller來搜集全網流量信息，Controller通過綜合計算和策略匹配，精確調度骨干網絡流量，實現理想的流量工程。相較于初級階段的RR x86化及協議增強，理想目標階段需要現網的設備升級或者更換才能夠支持相關標準控制協議，而控制協議的標準化和完善本身也需要一些時間去積累。

　　vFW

　　防火墻需要實現對傳統網絡環境中的安全域進行隔離，也需要實現對虛擬化環境中的安全域（如生產域及其子區、支撐服務域及其子區、管理域及其子區、DMZ 域及其子區等）的隔離。對于傳統網絡環境中的安全域可采用傳統防火墻、傳統的部署方式即可，而對于虛擬化環境中的安全域可采用虛擬化防火墻實現。

　　傳統防火墻的形態是專用硬件，其支持在硬件防火墻內部進行虛擬化，即將一臺物理防火墻虛擬化成幾十個、幾百個，甚至上千臺相互獨立的邏輯防火墻。每個虛擬防火墻系統都可被看成是一臺完全獨立的防火墻設備，擁有獨立的系統資源，且能夠實現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，將物理防火墻的各種板卡都轉成虛擬機，這些虛擬機被安裝在普通x86服務器上，通過內部網絡通信構成一個可擴展的極大容量的防火墻集群。從管理角度上看，整個集群就是一個超大容量的防火墻，需要具備如下功能。

　　豐富的網絡和安全功能，能夠滿足企業分支及公有云多租戶環境中的網絡安全需求。

　　控制平面和數據平面分離，專門為虛擬環境優化的多核數據轉發，更充分利用計算資源。

　　模塊化的體系架構，開放的網絡平臺，允許網絡按需運行和控制，更容易實現NFV/SDN落地。

　　和物理網絡設備采用統一的軟件平臺，提供相同的功能特性和一致的管理界面。

　　vDPI

　　傳統部署DPI的方式是把DPI嵌入各種網絡設備當中，如會話邊界控制器（SBC）、流量檢測功能（TDF）、網關GPRS支持節點（GGSN）等，如圖3。

　　圖3 傳統DPI部署方式

　　這種方式的主要缺點是在不同的硬件平臺上多次實現DPI技術帶來的高成本。另外，應用程序之間的互通比較困難，因為每個供應商都可能會有私有的執行DPI和展示結果的方式。舉例來說，一個供應商可能把一個信息流歸類為Twitter，但是別的供應商可能把它當做社交媒體。

　　有了SDN和NFV，DPI可以從嵌入的網絡設備中遷移，成為托管在標準服務器上的共享功能（如圖3右側部分）。這種方式降低了DPI所需的總投資，因為這樣一來DPI只需要在更少的機器上實現（減少固定資產投入）而且減少能源消耗（減少操作成本）。此外，不同功能和DPI應用程序之間的互通不再那么復雜，因為對應用程序ID和元數據執行一致的格式相對而言更容易一些。有了SDN/NFV，DPI可能不會再駐留在現有的位置。

　　vPOP

　　運營商在思考將x86這種具有更高計算能力和更標準、靈活的硬件架構引入到傳統城域網的業務邊緣層的可能性。通過部署x86架構下的虛擬CPE（vCPE）、虛擬BRAS（vBRAS）和虛擬NAT（VCGN）等資源池，使得業務邊緣的用戶接入控制能力得以靈活擴展。

　　運營商首先在vCPE方向上進行實踐，將原來散落在用戶家庭中的接入網關的高級功能上收到匯聚節點，在家庭側只需要部署最簡單的二層接入設備，大大降低客戶端的投資和維護成本。

　　vCPE方案通過將傳統的接入網關分為VG和PG兩個功能網元，將采用專有硬件的PG功能弱化，降低了設備采購成本及后續升級換代需求；實現大部分網絡功能的VG采用基于通用服務器的NFV技術實現，使新功能新業務的實現不再依賴硬件設備的更新，可有效控制成本，同時極大降低TTR?；贜FV的VG可集中部署于運營商的數據中心機房，實現設備的集中管理維護，有效降低維護成本。

　　vCPE方案通過將用戶出口網關上收到運營商數據中心機房，可更好地了解用戶業務需求，整合用戶消費需求及網絡提供能力，推出各種增值業務創造新的利潤增長點。同時，運營商可很好掌握用戶網絡操作行為，提供實時行為分析，保障用戶網絡安全，同時滿足各種合規需求。

　　vCPE的應用不僅可以有效降低網絡建設成本，通過運營商數據中心集中部署降低維護成本，同時用戶的接入功能通過云化網絡服務平面實現，與SDN技術結合通過Service chain還可向客戶提供IT辦公云、網絡安全和其他增值服務，即將企業ICT應用功能遷移到運營商的公有云中，并通過SDN智能專線實現用戶按需對應的訪問，達到云網協同一體化的目標。

　　圖4 vCPE部署方式

　　同時，BRAS和CGN也在嘗試向x86方向發展。在國內運營商城域網中，BRAS是最為關鍵的網絡設備和角色類型。以BRAS及其以下的接入網為模塊，不斷復制模塊擴容的方式建設城域網是最為典型模式。這種模式的網絡配置相對固定，可以很好地實現簡單業務的網絡擴容，但是也存在非常明顯的問題：城域網內各個BRAS之間各自為政，無法實現資源共享。比如在用戶聚集的地方只能多部署幾臺BRAS，多從接入網拉連一些光纖鏈路到BRAS機房，如此BRAS和鏈路的利用率都不高。在x86架構下，BRAS和CGN作為VNF部署在標準服務器上，標準服務器可以通過平滑擴展的方式增強計算和轉發能力，并且能夠更好地適應L4-L7業務能力。在城域網業務邊緣層形成一個新的vPOP，將各種VNF相對集中部署形成資源池，資源池內可以面向用戶、業務靈活調整資源，從而提升全網使用效率。同時在城域網范圍內集中部署vPOP的Controller，實現資源狀態的查看、配置、維護、調整等功能。

　　圖5 NFV應用在城域網vPOP

　　vPOP對于運營商而言，是一種可以承載新的商業模式的城域網新邊緣節點。電信運營商不僅可以根據自身業務發展利用vPOP面向用戶提供差異化的增值業務，也可以與SP、虛擬運營商等第三方合作，為其提供差異化的用戶體驗，進一步體現出電信運營商在互聯網時代產業鏈中的整合價值。

　　圖6 NFV應用在城域網帶來的新商業模式

　　由于運營商需要復雜的技術驗證機制和決策流程，所以整體上進展相對緩慢。運營商的大網上設備種類繁多，大網的流量也不可預知。而企業網/校園網的網絡相對封閉，流量模型比較簡單，有較強的可預測性。所以在運營商大網這種開放的網絡中部署SDN/NFV的難度相對高一些。但運營商也逐步在網絡中引入SDN/NFV，同時進行大量試點工作。

　　在企業網中，大量使用的VPN網關也可以通過NFV功能來實現。最典型的是公有云VPC業務，通過在x86架構的虛擬機上部署防火墻、VPN網關等，將企業網絡擴展到公有云中，為企業進行統一的網絡管理，包括網絡配置、安全策略、管理策略等。通過部署QoS、WAN優化等提供一致的業務體驗。這不僅可以讓企業員工通過VPN安全、快捷地訪問公有云，而且企業公有云和私有云二層安全互聯，實現資源統一管理、動態調配、應用靈活部署和自由遷移。

　　圖7 NFV應用在數據中心多租戶

　　在IDC的一項面向全球CIO的調查中顯示，NFV服務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%）、基于云計算的安全web網關（45.3%）和基于云計算的IPSEC VPN網關（43.2%）。

　　從CIO的角度來看，NFV的服務特性可以很好地適應亞太地區分散的網絡格局。此外，NFV使企業能夠通過統一的在線入口實現對不同位置分支網絡進行網絡服務的實時激活和配置，消除了“一個位置、一個設備、一個服務”的模式。

　　目前階段，運營商主要關注SD-WAN，運營商能夠促進客戶多個三層VPNs（用于隔離）的銷售，并能為企業提供隔離和端到端的網絡加密。安全和隔離的集成正在成為許多行業如金融服務和醫療健康的要求 ，促進政企客戶的銷售。根據數據顯示，在1437名被調查對象中有54%的企業因其成本低廉而考慮部署SD-WAN。

　　圖8 AT&T和愛立信的SD-WAN方案

　　在校園網中，Openflow的概念最早就是用于校園網絡的試驗創新，現階段校園網更多關注Openflow交換機和云平臺產品和方案。校園網解決方案需要充分考慮對現網設備的兼容和利舊，提供平滑演進的解決方案。在設備層面，提供一機雙平面，使得設備既可以處理傳統網絡業務，也可以處理SDN業務，既與傳統網絡聯合組網，也可以與SDN網絡聯合組網，保證其平滑演進。同時，在協議層面，建議采用Agent的方式兼容不同的Openflow協議版本，兼容不同的SBI協議接口，使設備可以通過簡單的軟件適配滿足不同的協議要求和演進要求，充分保護網絡投資。

　　vCDN

　　CDN服務通常部署在靠近網絡邊緣的內容緩

　　存上，以改善用戶業務體驗質量。目前，CDN提供商、運營商利用高速緩存技術，使用專用的硬件為用戶提供這種服務。由于硬件資源的設計為高峰時滿負荷，這些緩存資源在生命周期內大多數時間未能得到充分利用。并且在當前的部署方案中，不同服務商部署的CDN節點都是獨立的，整體容量的使用效率不高，尤其是對于潮汐現象，利用率非常低。

　　隨著終端用戶尤其是智能終端的普及，以視頻為首的內容提供成為了網絡服務提供商的業務主增長的重點。而視頻流量的大幅增長，對用戶體驗也提出了更高的要求，CDN隨之水漲船高。在CDN上使用NFV技術，可針對CDN控制器，也可針對Cache進行。通過在鄰近終端用戶側數據中心的x86通用服務器上執行相關VNF，實現Cache的功能，從而實現資源的高效利用，保證用戶體驗。

　　利用和部署NFV實現虛擬化緩存，底層硬件資源可以被合并，并在多個供應商的CDN緩存和其他的VNFs中實現動態共享，從而有效提高緩存資源的使用率。

　　圖9 NFV應用在城域網vCDN