NFV與VNF架構演進與網絡架構未來

于向萍

摘要：電信行業的發展一直與互聯網緊密相關，隨著互聯網的不斷革新，電信行業也從語音轉型到以數據業務為主。電信行業只有借助于網絡功能虛擬化才能跟上時代的步伐，實現創新。本文主要從網絡虛擬化的產業背景、發展狀況，探討網絡功能虛擬化的整體架構演進及在演進中的應對措施，對虛擬的網絡功能對未來的架構做出展望。

關鍵詞：網絡功能虛擬化；虛擬的網絡功能；架構演進

引言：

電信行業為了降低成本、實現技術革新、改造運營商的基礎設施和運營系統，而采用了互聯網先進技術NFV，即網絡功能虛擬化，這一措施推動電信行業轉型到虛擬化和云化。

一、NFV服務的產業

網絡功能虛擬化主要針對三類網絡設備：①在用戶的會話中執行分析、轉發、計費等問題的包處理類設備；②控制類設備，只要功能是運行和控制網絡，并且接入用戶；③現在還沒有實現網絡虛擬化，但是已經在逐步實現中的一些設備，比如基站、路由器等。

各種設備的軟硬件解耦，各種網元作為虛擬網絡功能，即網絡功能虛擬化運行在虛擬化、平臺上能夠為運行商帶來巨大的利益，因此，運營商積極促進網絡虛擬化。網絡虛擬化所帶的利益有：①采購成本大幅度降低，硬件的采購規模在硬件的通用化后擴大，并且由于和IT產業形成更大的硬件采購環境規模，使硬件部位的價格降低；②運維效率提升，基礎設施維護方式的統一避免對不同設備進行不同的維護方式，從而使原先復雜效率低的工作變得簡便。網絡規劃、設計、安裝、調整的運維效率也能夠在虛擬化的自動化管理下得到提升；③共同的基礎設施資源能使不同的網絡功能共享，從而使資源的使用效率得到提升；④新產品的上市速度在云化管理和生命周期管理系統下也大幅度提升，不用針對每一個新產品進行硬件平臺的認證和使用培訓；⑤資源的共享性使業務創新的成本和流程方便快捷，大大激發了創新行為[1]。

二、網絡功能虛擬化的發展

互聯網從云計算上獲得的靈活性、高速度、高效率及高彈性使其得到蓬勃發展，從而促進了產業在資源、服務、應用等方面的聚合。整個IT行業以基礎設施即服務（IaaS）、平臺即服務（PaaS）、軟件即服務（SaaS）的垂直分層架構被重構：①對基礎設施的虛擬化術稱為基礎設施即服務，通過管理程序屏蔽服務器硬件差異，使整個系統虛擬化資源能夠統一管理，最終實現資源的最高共享化和高效實用性；②以分布式并行計算和大數據平臺為基礎的平臺層，稱為平臺即服務，在IaaS的資源共享基礎上，為應對互聯網業務的快速變化和擴展要求而提供海量的處理能力，提高互聯網的運行效率；③云平臺為基礎的大規模軟件服務和應用聚合，稱為軟件即服務。它是為了軟件的大規模開發及靈活組合而應用的技術，在構建軟件服務層中面向服務架構（SOA）成為其關鍵，能夠促進軟件的服務能力充分共享及快速創新出新的應用。

三、網絡功能虛擬化整體架構演進及應對

網絡功能虛擬化必須構建一個分層架構來實現軟硬件的解耦和基礎設施資源的共享，而網絡功能虛擬化的分層架構是一個獨立的基礎設施層。這個基礎設施層包括了以下部分：①網絡功能虛擬化的基礎設施層NFVI是由COTS服務器、存儲設備及交換機構成的硬件資源和由虛擬化軟件層構成的虛擬資源層組成，其中調度虛擬資層虛擬機的引擎為管理程序，通過開源的KVM、XEN和閉源的EXSi、Hyper-V等來實現，并使用虛擬網絡部件vSwitch支持VM機間以及和外部網絡的組網互通能力[2]；②銜接NFVI和虛擬網絡功能的核心環節是NFV管理和編排系統，負責管理一個數據中心的所有虛擬資源的是VIM，負責虛擬網絡功能生命周期管理的是VNF manager，完成多個VNF組合的NS生命周期管理和對VIM提供的資源進行統一調度的是Orchestrator；③虛擬化的網絡功能稱為VNF，網絡功能不再運行在物理硬件上，而是通過虛擬化運行在虛擬機上。運營商網絡的關鍵組成部分就是虛擬化的網絡功能，在保留電信級能力和網絡功能特性的狀態下實現網絡功能虛擬化；④在網絡功能虛擬化的過程中，將OSS進行改造并和MANO對接，通過驅動MANO系統來運營網絡的E2E。

在網絡功能虛擬化的演進中如何保持虛擬化網絡功能的電信級能力，完成云化能力的創新是網絡虛擬化達到預期目標的關鍵。通過以下一些技術的實施來保證演進的順利進行：①數據和處理分離架構。在設計方式上要改變傳統電信嵌入式系統以過程為中心的設計，在互聯網軟件中使用數據為中心的設計。由于嵌入式架構的直接遷移會導致云化系統中的動態擴縮容能力無法實現，并且共享資源也得不到有效利用，因此需要進行數據和處理分離的架構；②E2E高速軟轉發能力的構建是為了使包處理設備虛擬化后的性能更高、實時性更強。如今虛擬化工程技術的一個關鍵是如何協調不同技術組合轉發性能相差百倍之距的問題，這涉及到軟硬件多個層次的配置合理性。

③在網絡虛擬化的軟硬件解耦中會使分層系統間的協作能力變弱，為了避免發生大數據故障，必須升級虛擬化網絡功能的故障管理系統。為了實施故障的界定和恢復，系統需要在不感知基礎設施層下檢測，為此需要將基礎處理升級為模式分析；④利用云化加速技術，使加速資源能夠分布式遠程訪問，從而大幅度提高系統的處理和運行能力，這項技術現在還在探索中；⑤在軟件領域要能夠做到功能的靈活擴展、業務革新及開發優化的基礎就是服務化，所以為了實現網絡功能虛擬化環境下的革新和加快業務的上線速度必須引入服務化的架構。

五、在網絡功能虛擬化基礎上的未來網絡架構

網絡功能的虛擬化架構的發展以及技術人員的實踐深化，為未來網絡的變通、創新及高速打下基礎。網絡功能虛擬化的優勢全面發揮還需要一段路要走，同時也受到網絡的現有架構和各種協議的制約。在電信行業認識到網絡功能虛擬化會帶來的巨大利益后，電信網絡也開始發揮網絡功能虛擬化的優勢，創新自身的互聯網能力和網絡服務。在4G網絡得到普及之后，5G網絡的時代也開始萌發，在5G網絡得到普及之后電信行業將會走進一個新的時代。

六、結語

網絡功能的虛擬化及云計算使互聯網服務得到革新，從而提高了互聯網的運營效率及開發協作能力。與此同時，NFV也降低了互聯網的機會成本與邊際成本，大大提高了生產力。

參考文獻：

[1]蔣銘， 于益俊. NFV與VNF架構演進與網絡架構未來[J]. 信息通信技術， 2016（1）：45-51.

[2]王計艷， 李赟， 董勛，等. 核心網未來網絡架構演進[J]. 電信科學， 2015（S1）：140-147.