NFV概述

NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）是通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù)，來承載很多功能的軟件處理。從而降低網(wǎng)絡(luò)昂貴的設(shè)備成本?？梢酝ㄟ^軟硬件解耦及功能抽象，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享，實現(xiàn)新業(yè)務的快速開發(fā)和部署，并基于實際業(yè)務需求進行自動部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等；這些網(wǎng)絡(luò)功能可以是On-demand的模式，不需要額外安裝任何新設(shè)備，如運營商可以在x86平臺上運行虛擬機來執(zhí)行開源的基于軟件的防火墻功能，而不用增加任何新的硬件設(shè)施，同樣的，諸如CDN、NAT、DPI、VPN、IPTV、路由器、P-GW、IMS等功能，都可以通過基于NFV的軟件來實現(xiàn)。

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

vRR

在骨干網(wǎng)全連接架構(gòu)中，有一對或者多對路由器承擔著向全網(wǎng)設(shè)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(gòu)的高端核心路由器來做全網(wǎng)RR. 由于RR的最主要功能是計算路由，而非轉(zhuǎn)發(fā)流量，因此在大型骨干網(wǎng)中，RR可以率先遷移到x86架構(gòu)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(xiàn)骨干網(wǎng)流量負載均衡的初級階段。在這個階段，骨干網(wǎng)高端核心路由器不需要做任何改變，按照傳統(tǒng)標準的方式去接受RR反射的路由信息。所以現(xiàn)階段，具備極高的可實施性。

圖2 NFV在城域網(wǎng)作為增強型RR

運營商引入x86架構(gòu)的RR的目標絕不僅止于此。在完成骨干網(wǎng)流量負載均衡的初級階段部署后，運營商希望能夠從現(xiàn)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(wǎng)流量信息，Controller通過綜合計算和策略匹配，精確調(diào)度骨干網(wǎng)絡(luò)流量，實現(xiàn)理想的流量工程。相較于初級階段的RR x86化及協(xié)議增強，理想目標階段需要現(xiàn)網(wǎng)的設(shè)備升級或者更換才能夠支持相關(guān)標準控制協(xié)議，而控制協(xié)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(xiàn)對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的安全域進行隔離，也需要實現(xiàn)對虛擬化環(huán)境中的安全域（如生產(chǎn)域及其子區(qū)、支撐服務域及其子區(qū)、管理域及其子區(qū)、DMZ 域及其子區(qū)等）的隔離。對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的安全域可采用傳統(tǒng)防火墻、傳統(tǒng)的部署方式即可，而對于虛擬化環(huán)境中的安全域可采用虛擬化防火墻實現(xiàn)。

傳統(tǒng)防火墻的形態(tài)是專用硬件，其支持在硬件防火墻內(nèi)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(tǒng)都可被看成是一臺完全獨立的防火墻設(shè)備，擁有獨立的系統(tǒng)資源，且能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)，將物理防火墻的各種板卡都轉(zhuǎn)成虛擬機，這些虛擬機被安裝在普通x86服務器上，通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信構(gòu)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(wǎng)絡(luò)和安全功能，能夠滿足企業(yè)分支及公有云多租戶環(huán)境中的網(wǎng)絡(luò)安全需求。

控制平面和數(shù)據(jù)平面分離，專門為虛擬環(huán)境優(yōu)化的多核數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，更充分利用計算資源。

模塊化的體系架構(gòu)，開放的網(wǎng)絡(luò)平臺，允許網(wǎng)絡(luò)按需運行和控制，更容易實現(xiàn)NFV/SDN落地。

和物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備采用統(tǒng)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(tǒng)部署DPI的方式是把DPI嵌入各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備當中，如會話邊界控制器（SBC）、流量檢測功能（TDF）、網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點（GGSN）等，如圖3。

圖3 傳統(tǒng)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(xiàn)DPI技術(shù)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(zhí)行DPI和展示結(jié)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(wǎng)絡(luò)設(shè)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(cè)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(xiàn)（減少固定資產(chǎn)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(shù)據(jù)執(zhí)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(xiàn)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(gòu)引入到傳統(tǒng)城域網(wǎng)的業(yè)務邊緣層的可能性。通過部署x86架構(gòu)下的虛擬CPE（vCPE）、虛擬BRAS（vBRAS）和虛擬NAT（VCGN）等資源池，使得業(yè)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(wǎng)關(guān)的高級功能上收到匯聚節(jié)點，在家庭側(cè)只需要部署最簡單的二層接入設(shè)備，大大降低客戶端的投資和維護成本。

vCPE方案通過將傳統(tǒng)的接入網(wǎng)關(guān)分為VG和PG兩個功能網(wǎng)元，將采用專有硬件的PG功能弱化，降低了設(shè)備采購成本及后續(xù)升級換代需求；實現(xiàn)大部分網(wǎng)絡(luò)功能的VG采用基于通用服務器的NFV技術(shù)實現(xiàn)，使新功能新業(yè)務的實現(xiàn)不再依賴硬件設(shè)備的更新，可有效控制成本，同時極大降低TTR。基于NFV的VG可集中部署于運營商的數(shù)據(jù)中心機房，實現(xiàn)設(shè)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(wǎng)關(guān)上收到運營商數(shù)據(jù)中心機房，可更好地了解用戶業(yè)務需求，整合用戶消費需求及網(wǎng)絡(luò)提供能力，推出各種增值業(yè)務創(chuàng)造新的利潤增長點。同時，運營商可很好掌握用戶網(wǎng)絡(luò)操作行為，提供實時行為分析，保障用戶網(wǎng)絡(luò)安全，同時滿足各種合規(guī)需求。

vCPE的應用不僅可以有效降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，通過運營商數(shù)據(jù)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(wǎng)絡(luò)服務平面實現(xiàn)，與SDN技術(shù)結(jié)合通過Service chain還可向客戶提供IT辦公云、網(wǎng)絡(luò)安全和其他增值服務，即將企業(yè)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(xiàn)用戶按需對應的訪問，達到云網(wǎng)協(xié)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(fā)展。在國內(nèi)運營商城域網(wǎng)中，BRAS是最為關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和角色類型。以BRAS及其以下的接入網(wǎng)為模塊，不斷復制模塊擴容的方式建設(shè)城域網(wǎng)是最為典型模式。這種模式的網(wǎng)絡(luò)配置相對固定，可以很好地實現(xiàn)簡單業(yè)務的網(wǎng)絡(luò)擴容，但是也存在非常明顯的問題：城域網(wǎng)內(nèi)各個BRAS之間各自為政，無法實現(xiàn)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(wǎng)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(gòu)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(zhuǎn)發(fā)能力，并且能夠更好地適應L4-L7業(yè)務能力。在城域網(wǎng)業(yè)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(nèi)可以面向用戶、業(yè)務靈活調(diào)整資源，從而提升全網(wǎng)使用效率。同時在城域網(wǎng)范圍內(nèi)集中部署vPOP的Controller，實現(xiàn)資源狀態(tài)的查看、配置、維護、調(diào)整等功能。

圖5 NFV應用在城域網(wǎng)vPOP

vPOP對于運營商而言，是一種可以承載新的商業(yè)模式的城域網(wǎng)新邊緣節(jié)點。電信運營商不僅可以根據(jù)自身業(yè)務發(fā)展利用vPOP面向用戶提供差異化的增值業(yè)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(xiàn)出電信運營商在互聯(lián)網(wǎng)時代產(chǎn)業(yè)鏈中的整合價值。

圖6 NFV應用在城域網(wǎng)帶來的新商業(yè)模式

由于運營商需要復雜的技術(shù)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(wǎng)上設(shè)備種類繁多，大網(wǎng)的流量也不可預知。而企業(yè)網(wǎng)/校園網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)這種開放的網(wǎng)絡(luò)中部署SDN/NFV的難度相對高一些。但運營商也逐步在網(wǎng)絡(luò)中引入SDN/NFV，同時進行大量試點工作。

在企業(yè)網(wǎng)中，大量使用的VPN網(wǎng)關(guān)也可以通過NFV功能來實現(xiàn)。最典型的是公有云VPC業(yè)務，通過在x86架構(gòu)的虛擬機上部署防火墻、VPN網(wǎng)關(guān)等，將企業(yè)網(wǎng)絡(luò)擴展到公有云中，為企業(yè)進行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理，包括網(wǎng)絡(luò)配置、安全策略、管理策略等。通過部署QoS、WAN優(yōu)化等提供一致的業(yè)務體驗。這不僅可以讓企業(yè)員工通過VPN安全、快捷地訪問公有云，而且企業(yè)公有云和私有云二層安全互聯(lián)，實現(xiàn)資源統(tǒng)一管理、動態(tài)調(diào)配、應用靈活部署和自由遷移。

圖7 NFV應用在數(shù)據(jù)中心多租戶

在IDC的一項面向全球CIO的調(diào)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(wǎng)關(guān)（45.3%）和基于云計算的IPSEC VPN網(wǎng)關(guān)（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(qū)分散的網(wǎng)絡(luò)格局。此外，NFV使企業(yè)能夠通過統(tǒng)一的在線入口實現(xiàn)對不同位置分支網(wǎng)絡(luò)進行網(wǎng)絡(luò)服務的實時激活和配置，消除了“一個位置、一個設(shè)備、一個服務”的模式。

目前階段，運營商主要關(guān)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(yè)提供隔離和端到端的網(wǎng)絡(luò)加密。安全和隔離的集成正在成為許多行業(yè)如金融服務和醫(yī)療健康的要求 ，促進政企客戶的銷售。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，在1437名被調(diào)查對象中有54%的企業(yè)因其成本低廉而考慮部署SD-WAN。

圖8 ATT和愛立信的SD-WAN方案

在校園網(wǎng)中，Openflow的概念最早就是用于校園網(wǎng)絡(luò)的試驗創(chuàng)新，現(xiàn)階段校園網(wǎng)更多關(guān)注Openflow交換機和云平臺產(chǎn)品和方案。校園網(wǎng)解決方案需要充分考慮對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的兼容和利舊，提供平滑演進的解決方案。在設(shè)備層面，提供一機雙平面，使得設(shè)備既可以處理傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務，也可以處理SDN業(yè)務，既與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)，也可以與SDN網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)，保證其平滑演進。同時，在協(xié)議層面，建議采用Agent的方式兼容不同的Openflow協(xié)議版本，兼容不同的SBI協(xié)議接口，使設(shè)備可以通過簡單的軟件適配滿足不同的協(xié)議要求和演進要求，充分保護網(wǎng)絡(luò)投資。

vCDN

CDN服務通常部署在靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的內(nèi)容緩

存上，以改善用戶業(yè)務體驗質(zhì)量。目前，CDN提供商、運營商利用高速緩存技術(shù)，使用專用的硬件為用戶提供這種服務。由于硬件資源的設(shè)計為高峰時滿負荷，這些緩存資源在生命周期內(nèi)大多數(shù)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(jié)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(xiàn)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(nèi)容提供成為了網(wǎng)絡(luò)服務提供商的業(yè)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(shù)，可針對CDN控制器，也可針對Cache進行。通過在鄰近終端用戶側(cè)數(shù)據(jù)中心的x86通用服務器上執(zhí)行相關(guān)VNF，實現(xiàn)Cache的功能，從而實現(xiàn)資源的高效利用，保證用戶體驗。

利用和部署NFV實現(xiàn)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(xiàn)動態(tài)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(wǎng)vCDN