關于SDN和NFV的發展趨勢研究

萬河

摘 要：經過多年發展，軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）逐漸度過概念炒作階段。世界權威調研公司Infonetics報告顯示，2015年之后SDN/NFV開始進入商用部署階段，2016-2019年SDN/NFV陸續進入發展期。另據調研機構TBR（Technology Business Research）的最新調查報告顯示，有越來越多的企業客戶開始嘗試SDN，預計到2020年，SDN將真正成為主流。TBR預計到2021年，全球SDN和NFV市場支出將超1580億美元，年複合增長率高達116%。隨著未來幾年業務發生變化，全球運營商正加速網絡重構，以SDN+NFV開啟智能化。

關鍵詞：通信網絡技術；軟件定義網；網絡功能虛擬化；發展趨勢

中圖分類號：TN915.0 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）11-0036-02

1 引言

SDN起源于大學校園網路內部，當研究人員在實驗新的協定時，必須一再變更網路裝置內的軟體，因此需要一種新的方法。同時，電子商務公司對于傳統網路緩慢的創新步調感到失望，因而開始投資SDN以便能夠在他們的超大規模資料中心建立所需的擴展與控制能力。

相對于SDN源起于研究人員和資料中心架構師，NFV最初則是由一些大型的服務供應商建立，他們將硬體為中心轉移到以軟體為中心。以軟件為基礎的功能將可以加速新網路服務部署，帶動營收成長同時降低營運成本。簡單地說，SDN是一種管控網路的新方法，是去控制網路硬件；而NFV則是一種接受控制的新類型網路基礎設置，是將原本的特殊硬件與功能改為軟件功能，建置在一般商用伺服器的硬件上。

SDN和NFV之間有著一些關鍵差異性，不過二者卻有四個共通點易造成人們的混淆。首先，二者都是起源于用戶需要更大彈性與互通性，而不是為了尋求某種特別的技術。其次是時間點，也就是這兩種概念幾乎是在同一時期問世。第三是并存，它們可以，而且實際上也被放在一起使用。最后，NFV和SDN都會搭配一些其他的新技術使用。儘管如此，仍有一些特徵可以區分這二項技術，而且這些差異性是值得探討的。

其中一項關鍵的差別是，SDN將管理網路的控制面（Control Plane）與傳送封包的轉送面（Forwarding Plane）分離開來，讓IT對于網路行為與效能擁有更大的控制能力。SDN藉由集中化控制和可程式設計以達到期望的行為，解決快速成長和分散化網路在管理上所涉及的複雜性。重要的是，基于標淮的控制面與資料面脫勾（Decoupling），意謂著SDN允許在軟件和硬件方面做出個別的採購決策。

相對地，NFV將那些傳統上與特殊化專屬硬件（例如路由器、防火牆和應用遞送控制器等）相關聯的網路程序轉換成可以在標淮商用硬件（大多為x86伺服器）執行的虛擬化軟件平臺。這些功能可以視需要而在網路內移動，以及向上或向下擴展，不會如同安裝新硬件裝置那樣造成延誤與成本負擔。再者，NFV促成快速且低成本的功能升級，因此可以達到快速的服務創新（只需要數個月或數季，而非數年或數十年）。與SDN相同，NFV架構也允許軟硬件分開採購。

NFV模式不但允許使用功能強大且低成本的伺服器硬件，而且讓運營商和企業能夠比現在更快速、更經濟地部署或更新服務。採納NFV之后，就不用再像以往那樣花費數星期或數個月，才能完成跨越廣大地理區域的大型網路專屬硬件升級。NFV允許轉移到新的系統架構，促成新的網路設計、增加靈活性和彈性。

2 SDN與NFV架構與優勢簡介

2.1 SDN架構與優勢簡介

SDN主要的概念是將傳統的網路區分為三層，分別為Application、Control 及 Infrastructure Layer（或稱Data Layer），其中Application Layer是指應用及服務的部分； Control Layer是網路控制的核心，一般又稱SDN Controller，其中包含有許多的控制模組（Control Program/Bundle）；底層的部分就是66 ICT Journal No.161一般熟知的硬體交換機（Switch）設備。在SDN架構中，所有Switch設備皆被SDN Controller集中控制，SDN Controller負責維護所有的網路架構，利用軟體來定義網路，網路中所有的資料傳輸路徑，皆透過軟體來定義。所以，SDN也為一可程式化（Programmable）網路，因為SDN可程式化的特性，開放式API的概念也因應而生。透過此開放式API即可達到不同廠商所開發之SDN Controller，皆可控制不同廠牌的SDN Switch，繁複的網路設定工作也可集中在SDN Controller完成，大幅簡化網路管理工作。在SDN架構中，存在兩個開放式API，第一個為在 Application與Control Layer之間的北橋介面（Northbound API），目前北橋介面并未有共通的標淮存在，相關標淮組織也正努力制訂此API介面。而 Control與Infrastructure Layer之間則透過南橋介面（Southbound API）溝通，國際標淮組織開放式網路基金會（ONF）[1]所制訂的OpenFlow就是廣為接受的標淮南橋介面。

2.2 網路功能虛擬化（NFV）之發展

網路功能虛擬化（NFV）為近來網路技術發展的一個重要議題。電信網路經過一百年快速的發展，已經從專屬網路（Circuit Switch）演進到封包網路（Packet Switch），而核心網路的發展更是越來越複雜。目前網路設備的發展又以硬體主，容易有相容性與互通性問題，客製化程度極高，導致開發的難度與成本也相當高。因此，用軟體實現網路功能虛擬化并採用標淮伺服器與交換器硬體之NFV技術逐漸抬頭，有機會解決上述問題，也因而成為全球電信運營商與網路服務商關注的焦點。核心網路中的重要網路設備的組成功能元素均是系統網路軟體，因此是否能夠與SDN的發展結合，達成分工合作，加速服務的發展，受到不少矚目。

NFV與SDN的關聯性又是如何呢？SDN與NFV并沒有絕對的相依關系，但若能互助合作，將會發揮更大的效益。且ETSI在推動NFV時與ONF保持密切的合作關系，也將能助益整體的發展。至于NFV能夠達成什么功能呢？目前發展的趨勢可以下列情境應用說明：

（1）交換器元件，如BNG（Broadband Network Gateway）、CG-NAT、Router。

（2）行動核心網路元件：如 HLR/HSS、MME、SGSN、GGSN/PDN-GW、RNC。

（3）訊務分析：如 DPI（Deep Packet Inspection）、QoE（Quality of Experiences）量測。

（4）下世代網路訊令（NGN）：如 SBCs （Session Border Controller）、IMS（IP Multimedia Subsystem）。

（5）核心網路功能：如AAA伺服器、PCRF（Policy Control and Charging Function）。

（6）網路應用服務：如CDNs、Cache伺服器、負載平衡伺服器（Load Balancer）。

3 SDN與NFV國際標淮組織標淮制訂趨勢探討

關于SDN與NFV，目前有多個國際標淮制訂組織正在制訂相關標淮：首先是目前最活躍的開放式網路基金會（ONF），其致力于SDN的標淮化與商業化，包含OpenFlow Southbound API、OpenFlow配置和管理協定的OpenFlow-Config、Carrier/Wireless SDN、Migration等等相關標淮；負責制訂有線電信網路標淮之Broadband Forum（BBF）也開始進行有線接取網路導入SDN架構的相關標淮制訂；歐洲電信標淮化協會（ETSI）則負責NFV的需求與架構等等相關標淮；網際網路最主要的標淮組織Internet Engineering Task Force（IETF）也很早就投入SDN相關標淮制訂，透過延伸既有的標淮來支援SDN架構，例如ALTO（Application-Layer Traffic Optimization）與I2RS（Interface to the Routing System）標淮等等；ITU-T近期也開始SDN的相關研究，例如SG13成立Y.FNsdn研究SDN功能需求和架構、SG11則負責制訂Q.SBAN研究軟體定義的寬頻接入網的應用場景及訊令需求、Q.Supplement-SDN研究SDN的訊令架構等等，以及SG15探討SDN應用在傳輸網（Transport Network）的相關議題；Optical Internetworking Forum（OIF）也在制訂光傳送網（Optical Transport Network，OTN）導入SDN架構的相關標淮。接著將針對最為活躍的SDN標淮組織 ONF其所制訂的標淮內容與趨勢，以及ETSI所制訂的NFV相關標淮做較詳細的介紹。

4 結語

從Google在Data Center中採用SDN架構，得到良好的效益驗證后，引起SDN相關技術蓬勃快速的發展，校園網路與企業網路的實際應用案例也逐漸增多。即便是電信運營商，也逐漸開始採用SDN與NFV進行相關的研究與Field Trail，期望可以解決電信網路剪刀效應與網路管理日趨複雜的問題。多個國際標淮制訂組織ONF、ETSI、IETF、ITU-T與BBF也積極在進行SDN與NFV的相關標淮制訂。然而，SDN與NFV是否可以大量興起以及被大量使用，仍有幾個關鍵點需要努力。首先SDN與NFV需要更多成熟的大型成功案例，單一個Google採用SDN的成功案例并不足夠，更多的成功應用案例，才可以促使使用者看到SDN與NFV帶來的價值，才有機會促使SDN與NFV被廣泛使用。再者，SDN需要有殺手級的應用以更加凸顯SDN的價值，以及觸發SDN被大量應用的轉折點。此外，SDN網路的布建避免不了與傳統網路混合布建，因此SDN網路與傳統網路網通將會共存，這個SDN混合式網路管理的難度相當的高，如何盡快推出相關的管理技術與平臺，并實際布建驗證，也將是影響SDN能否快速普及的重要因素。

參考文獻

[1]ONF： Open Networking Foundation，

[2]NFV White paper： "Network Functions Virtualisation， An Introduction， Benefits， Enablers， Challenges & Call for Action. Issue 1".

[3]NFV White paper： "Network Functions Virtualisation， An Introduction， Benefits， Enablers， Challenges & Call for Action. Issue 1".