史凡+趙慧玲

摘要：闡述了運營商網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的意義和目標(biāo)，提出了以軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和云計算為核心技術(shù)開展網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)工作的觀點，其中SDN主要解決網(wǎng)絡(luò)智能控制和能力開放的問題；NFV重點在網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)元形態(tài)兩方面著手降低資本性支出（CAPEX）和運營成本（OPEX）；云計算則更多作為基礎(chǔ)設(shè)施成為網(wǎng)絡(luò)虛擬化和云化的前提。聚焦運營商需求，SDN技術(shù)中需要關(guān)注南北向接口和控制器等的標(biāo)準(zhǔn)化；NFV技術(shù)中需要關(guān)注管理和編排（MANO）規(guī)范和統(tǒng)一化網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI）；云計算需要關(guān)注虛擬化和開源技術(shù)。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)；SDN；NFV；云計算

以網(wǎng)絡(luò)智能化為主題的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作成為各大電信運營商未來的重點舉措之一，如AT&T提出的Domain 2.0、中國電信提出的CTNet 2025等，都是希望通過未來5～10年時間對現(xiàn)有的運營商網(wǎng)絡(luò)進行一個根本性的、革命性的改造和提升，從而適應(yīng)和引領(lǐng)電信網(wǎng)絡(luò)的新發(fā)展，滿足物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)+、人工智能等對網(wǎng)絡(luò)的需求，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)（NaaS）的效果。

從根本上來說，網(wǎng)絡(luò)是電信運營商的基石，是形成連接的基礎(chǔ)，也是構(gòu)成電信級平臺和業(yè)務(wù)的前提。所以，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作的成敗將決定著電信運營商今后的競爭力和發(fā)展?jié)摿?，也是影響整個社會信息基礎(chǔ)設(shè)施和國家信息戰(zhàn)略實施的要點。為此，選擇和攻關(guān)核心技術(shù)，服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)工作就顯得尤為重要。

1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的目標(biāo)

1.1 網(wǎng)絡(luò)智能化目標(biāo)

現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)長期追求高性能和高質(zhì)量的保障，是由大量垂直一體化的專用硬件和專業(yè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的，整個生態(tài)系統(tǒng)較為封閉，產(chǎn)業(yè)鏈更新相對緩慢，同時資本性支出（CAPEX）和運營成本（OPEX）高企，對業(yè)務(wù)的響應(yīng)比較慢，已經(jīng)越來越難以滿足未來網(wǎng)絡(luò)隨選的要求，特別是對網(wǎng)絡(luò)要能夠自動適應(yīng)業(yè)務(wù)和應(yīng)用變化的智能化需求。智能化的未來網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該具備以下4個特征[1]：

（1）簡潔。網(wǎng)絡(luò)的層級、種類、類型等盡量減少，降低運營和維護的復(fù)雜性和成本，也有助于業(yè)務(wù)和應(yīng)用的保障能力提升。比如：通過網(wǎng)絡(luò)層級簡化、業(yè)務(wù)路由等的優(yōu)化，我們認為是可以在全國90%地區(qū)實現(xiàn)不大于30 ms的傳輸網(wǎng)時延，這對于時延敏感型業(yè)務(wù)是非常有益的。

（2）敏捷。網(wǎng)絡(luò)需要提供軟件可編程的能力，具備資源彈性可伸縮的能力，這非常有助于網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的快速部署和擴縮容。比如：面向最終客戶的“隨選網(wǎng)絡(luò)”可以提供分鐘級的配套開通和調(diào)整能力，使得客戶可以按需來實時調(diào)整網(wǎng)絡(luò)連接。

（3）開放。網(wǎng)絡(luò)需要形成更豐富和邊界的開放能力，能不同類型的業(yè)務(wù)所調(diào)用，且不僅為自營業(yè)務(wù)所服務(wù)，更可以為第三方應(yīng)用所使用。比如，互聯(lián)網(wǎng)的通信平臺，可以根據(jù)其不同應(yīng)用對網(wǎng)絡(luò)能力的不同要求（服務(wù)質(zhì)量（QoS）、帶寬、時延等）要求網(wǎng)絡(luò)資源進行差異化提供。

（4）集約。網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)該能夠統(tǒng)一規(guī)劃、部署和端到端運營，避免分散、非標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。比如：業(yè)務(wù)平臺全面實現(xiàn)云化，使得其支撐的所有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的體驗與地域無關(guān)。

1.2 未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

要實現(xiàn)上述目標(biāo)，我們認為未來網(wǎng)絡(luò)在架構(gòu)上應(yīng)分為圖1所示的3個層面[1]。

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層?；A(chǔ)設(shè)施層由虛擬資源和硬件資源組成，包括統(tǒng)一云化的虛擬資源池、可抽象的物理資源和專用的高性能硬件等，其目的是以通用化和標(biāo)準(zhǔn)化為目標(biāo)提供基礎(chǔ)設(shè)施的承載平臺。其中，虛擬資源池一般基于云計算和虛擬化技術(shù)來提供，通過網(wǎng)絡(luò)功能層中的云管理平臺、虛擬網(wǎng)絡(luò)功能管理器（VNFM）和控制器等進行管理；而難以虛擬化的專用硬件則靠現(xiàn)有的網(wǎng)元管理系統(tǒng)（EMS）/網(wǎng)絡(luò)管理體系（NMS）來管理，部分物理資源借助抽象層的引入還能夠被控制器等進行雙向管理[2]。

（2）網(wǎng)絡(luò)功能層。網(wǎng)絡(luò)功能層主要面向軟件化的網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)，結(jié)合虛擬資源和物理資源的管理系統(tǒng)/平臺，實現(xiàn)邏輯功能和網(wǎng)元實體的分離，便于資源的集約化調(diào)度管控。其中，云管理平臺主要負責(zé)對虛擬化資源的管理協(xié)同，包括計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管控；VNFM主要負責(zé)對基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）實現(xiàn)的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的管控，控制器實現(xiàn)基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）實現(xiàn)的基礎(chǔ)設(shè)施的管控。為簡化接口和協(xié)議要求，規(guī)避不同系統(tǒng)間信息模型不同帶來的互通難度，我們不建議讓這些系統(tǒng)和現(xiàn)有的EMS/NMS直接進行東西向互聯(lián)，建議利用上層的網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和業(yè)務(wù)編排器進行疏通，完成端到端的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)管理。

（3）協(xié)同編排層。主要提供對網(wǎng)絡(luò)功能的協(xié)同和對業(yè)務(wù)能力的編排，結(jié)合信息技術(shù)（IT）系統(tǒng)和業(yè)務(wù)平臺的能力化，共同實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力開放。其中，網(wǎng)絡(luò)協(xié)同和業(yè)務(wù)編排器主要負責(zé)向上對業(yè)務(wù)需求的網(wǎng)絡(luò)語言翻譯和能力封裝，向下對網(wǎng)絡(luò)功能層中的不同系統(tǒng)和網(wǎng)元進行協(xié)同，保障網(wǎng)絡(luò)端到端打通；IT系統(tǒng)和業(yè)務(wù)平臺則主要服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)資源的能力化和開放化封裝，支持標(biāo)準(zhǔn)化的調(diào)用。

可以看出：這一未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與現(xiàn)有的電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，產(chǎn)生了3個非常大的根本性變化。

（1）設(shè)施的標(biāo)準(zhǔn)化和歸一化。除了少數(shù)必須采用專用硬件的設(shè)備或系統(tǒng)外，通信技術(shù)（CT）的硬件資源也像IT一樣大量基于標(biāo)準(zhǔn)化、可云化部署的資源池來實現(xiàn)，通過一些虛擬化的技術(shù)手段還能夠?qū)崿F(xiàn)虛/實、新/老設(shè)備和系統(tǒng)的互通和統(tǒng)一管理，傳統(tǒng)的封閉式、煙囪式等的網(wǎng)絡(luò)體系被打破。

（2）功能的虛擬化和軟件化。網(wǎng)絡(luò)功能將不再依賴于獨立的硬件體系；而是主要以軟件的形式存在，與專用硬件解耦（基于通用的資源池），可以靈活部署和按需擴縮容。同時，網(wǎng)絡(luò)資源甚至服務(wù)能力都可能進行軟件編程，在資源調(diào)配和業(yè)務(wù)響應(yīng)上非常便捷，不再受限于現(xiàn)有的“硬件-軟件-業(yè)務(wù)”的程式化、按部就班的運作模式。

（3）IT能力的業(yè)務(wù)化和平臺化。運營商的IT系統(tǒng)不再僅限于作為網(wǎng)絡(luò)的指出系統(tǒng)，更多將能力打造成為服務(wù)平臺，提供對外的能力開放，成為網(wǎng)絡(luò)能力平臺化的核心。同時，IT技術(shù)也不再局限于業(yè)務(wù)平臺和軟件系統(tǒng)，更多嵌入到網(wǎng)絡(luò)功能和基礎(chǔ)設(shè)施當(dāng)中，成為不可分割的一部分。

2 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)三大關(guān)鍵技術(shù)

2.1 SDN

SDN是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進行分離，采用集中控制替代原有分布式控制，并通過開放和可編程接口實現(xiàn)“軟件定義”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。SDN是IT化的網(wǎng)絡(luò)，具有開放的生態(tài)鏈，其核心是網(wǎng)絡(luò)的“軟化”，基于軟件實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的敏捷、開放以及智能。

對于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)而言，SDN的核心價值在于將傳統(tǒng)分散的網(wǎng)絡(luò)智能統(tǒng)一起來，如圖2左圖所示。傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)基于分散的單一化的控制和轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)管主要面向配置管理，業(yè)務(wù)能力有限；而SDN（如圖2右圖所示）則將主要用于網(wǎng)絡(luò)配置的網(wǎng)管能力轉(zhuǎn)換為智能調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)能力封裝，不僅改善了自身資源的管控，還能真正實現(xiàn)對上層業(yè)務(wù)甚至千變?nèi)f化的應(yīng)用的按需適配。

2.2 NFV

NFV是指利用虛擬化技術(shù)，采用標(biāo)準(zhǔn)化的通用IT設(shè)備（x86服務(wù)器、存儲和交換設(shè)備等）來實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能，目標(biāo)是替代通信網(wǎng)中私有、專用和封閉的網(wǎng)元，實現(xiàn)統(tǒng)一的硬件平臺+業(yè)務(wù)邏輯軟件的開放架構(gòu)。基于NFV可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的簡潔、靈活和低成本。通過軟硬件解耦合和硬件標(biāo)準(zhǔn)化，網(wǎng)絡(luò)資源可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求變化而彈性伸縮，支持新業(yè)務(wù)的快速加載和上線。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)了NFV以后，就可以像使用和管理IT云資源池那樣使用和管理網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的“云化”。

對于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)而言，NFV的核心價值在于在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)實現(xiàn)方式上進行了徹底的改良，如圖3左圖所示?，F(xiàn)有專用硬件形態(tài)的網(wǎng)元架構(gòu)封閉、成本高企、難以擴展，引入如圖3右圖所示的NFV方案后，運營商網(wǎng)絡(luò)中不需要單純依賴于“壓價”來降低CAPEX，同時通過歸一化的硬件基礎(chǔ)設(shè)施為統(tǒng)一集約運營提供了基礎(chǔ)，長期將降低OPEX。

2.3 云計算

云計算是在虛擬化技術(shù)、分布式技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新型的IT服務(wù)提供模式和解決方案，是對傳統(tǒng)IT的“軟件定義”，帶來相關(guān)部署、運維和業(yè)務(wù)發(fā)放模式的變革。云計算的引入將大大降低人工參與和手工操作的需要，提供自動化的能力，并且使得統(tǒng)一的資源可以為更多的租戶所使用，獲得更多的效益；同時，云計算提供開放的高級持續(xù)性威脅（APT）接口，也非常有利于基于軟件來定義業(yè)務(wù)，便于能力開放。

對于網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)而言，云計算相關(guān)技術(shù)是SDN/NFV的基礎(chǔ)條件，如NFV中所需的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI）解決方案資源池就需要基于云計算的方式來部署，基于云化的資源池是SDN控制器、編排器和NFV的管理和編排（MANO）等的基礎(chǔ)平臺。

3 三大關(guān)鍵技術(shù)的關(guān)注點

從運營商網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的角度，上述三大技術(shù)構(gòu)成了未來網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)核心，重點是需要服務(wù)于網(wǎng)絡(luò)能力的提升和網(wǎng)絡(luò)的可持續(xù)發(fā)展。由于相關(guān)技術(shù)的發(fā)展階段不同，所以各自的關(guān)注點也有所區(qū)別[2]。

（1）SDN應(yīng)關(guān)注南北向接口和控制器、編排器標(biāo)準(zhǔn)化。從硬件設(shè)備、控制和編排器軟件、應(yīng)用業(yè)務(wù)模型幾個層面來看，SDN產(chǎn)業(yè)的成熟度不一，仍在快速迭代發(fā)展中，全面成熟有待時日。SDN技術(shù)重點在南/北向接口標(biāo)準(zhǔn)化，目前在結(jié)合業(yè)務(wù)場景實現(xiàn)跨廠家的互通，以及相應(yīng)接口和系統(tǒng)的性能和可靠性等方面仍存在問題，一系列傳統(tǒng)的協(xié)議（如Internet工程任務(wù)組（IETF）的路徑計算元件通信協(xié)議（PCEP）等）和新興的協(xié)議（如OpenFlow、Netconf等）本質(zhì)上已經(jīng)在南向接口上自成體系，在需要盡快加以統(tǒng)一，避免形成各自發(fā)力、分散割據(jù)的局面；同時在北向接口方面，以Resuful為代表又定義得非常簡陋，難以滿足業(yè)務(wù)模塊化和原子化的需求。根據(jù)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟程度，近期運營商將逐步考慮在IP骨干網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心（IDC）網(wǎng)絡(luò)等數(shù)據(jù)網(wǎng)中應(yīng)用SDN，并擇機擴大到其他IP網(wǎng)和傳輸、接入等其他專業(yè)網(wǎng)絡(luò)，為此急需在SDN接口的標(biāo)準(zhǔn)上形成統(tǒng)一。隨著SDN標(biāo)準(zhǔn)的逐步完善，以及軟件自主開發(fā)能力的增強，后續(xù)運營商還要考慮實現(xiàn)跨廠家、跨專業(yè)的控制層打通，做到SDN端到端網(wǎng)絡(luò)能力調(diào)度和業(yè)務(wù)編排。長遠來看：今后還會在SDN控制器和編排器系統(tǒng)中應(yīng)用大數(shù)據(jù)分析和人工智能的技術(shù)，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的智能化。

（2）NFV應(yīng)關(guān)注NFVI統(tǒng)一和MANO標(biāo)準(zhǔn)化。國際標(biāo)準(zhǔn)組織歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ETSI）定義的NFV網(wǎng)絡(luò)通用架構(gòu)包括硬件資源層、虛擬資源層和網(wǎng)元功能層，分層解耦，由管理編排模塊MANO統(tǒng)一管理，而硬件資源層和虛擬資源層共同組成了虛擬化網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施NFVI。目前，VNF的部署方式還存在多種方案，基于x86架構(gòu)的硬件資源層轉(zhuǎn)發(fā)性能與現(xiàn)有專用設(shè)備相比差距很大，管理編排模塊MANO還缺少經(jīng)過大規(guī)模商用驗證的產(chǎn)品，而且運營商也缺乏對此進行集成和運營的經(jīng)驗。NFVI是未來網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施，它是承載網(wǎng)絡(luò)功能VNF的云資源池，如同IT系統(tǒng)中的IT云資源池，目前各廠商NFV設(shè)備的NFVI各不相同。如果運營商不能盡早定義和搭建統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的NFVI，而是草率地引入各廠商的NFV方案，將會繼續(xù)形成眾多與廠家綁定的煙囪系統(tǒng)，不能達到資源高效共享和新業(yè)務(wù)快速加載的目的。為此，可以借助相關(guān)網(wǎng)絡(luò)工程的建設(shè)，研究制訂NFVI的標(biāo)準(zhǔn)和部署方案，明確NFVI與現(xiàn)有云資源池的關(guān)系，并開展小范圍部署。同時，必須盡快確定運營商內(nèi)跨專業(yè)的MANO規(guī)范，包括各個組成部分間的關(guān)系（如VNFM與VIM間的管理模式等），用于指導(dǎo)工程采購和自主研發(fā)。

（3）云計算應(yīng)關(guān)注虛擬化新技術(shù)和開源技術(shù)。作為云計算的基石，服務(wù)器虛擬化計算包括了中央處理器（CPU）、內(nèi)存、輸入輸出（IO）虛擬化等，是處于硬件和Guest OS之間的新型軟件技術(shù)，可以為各種Guest OS提供與實際硬件無異的模擬硬件環(huán)境，實現(xiàn)在同一個平臺上運行多個OS，有助于安全性和效率。目前虛擬化技術(shù)對于滿足SDN/NFV引入部署，特別是統(tǒng)一的NFVI部署方面，在功能上已經(jīng)基本可以滿足，包括非統(tǒng)一內(nèi)存訪問（NUMA）綁定、內(nèi)存巨頁、數(shù)據(jù)平面開發(fā)包（DPDK）等的支持，但是在可靠性方面，尤其是系統(tǒng)、網(wǎng)元、虛擬化/操作系統(tǒng)、基礎(chǔ)設(shè)施硬件見協(xié)同方面還有很多空白，將產(chǎn)生大量虛擬化技術(shù)新的改良空間。同時，以O(shè)penSatck+KVM為代表的開源技術(shù)在NFVI和MANO中也逐步開始體現(xiàn)出價值，特別是在實現(xiàn)三層解耦方面作用很大，但是目前能提供電信級商用能力的系統(tǒng)幾乎還不存在，這將成為云計算基礎(chǔ)設(shè)施部署的一個困難。

4 結(jié)束語

綜上所述，以智能化為核心的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)電信運營商網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的大勢所趨，SDN/NFV/Cloud則是其中最為關(guān)鍵的技術(shù)，具有各自不可替代的重大價值。但是在具體技術(shù)，尤其是和現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用部署相結(jié)合方面，還有很多值得關(guān)注的要點和難點，可以成為今后我們進行重點攻關(guān)的領(lǐng)域，應(yīng)該成為技術(shù)研發(fā)的主要課題。

參考文獻

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[2] 趙慧玲.網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及其挑戰(zhàn)[C]//北京： 2016全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大會， 2016