网络世界正在经历一场根本性的变革,以支持物联网、AR/VR、V2X 等新兴应用/服务的多样性需求。通信服务提供商和电信供应商正在通过这些以用户为中心的服务扩展其产品组合。连接数十亿台设备的需求,以及网络节点数量的大幅增加以及通过网络生成/传输大量数据的需求,无法通过传统网络得到支持。这些新服务需要复杂的网络转换,以支持所需的敏捷性、可扩展性和可编程性要求。它们需要通过软件编程设计、部署和管理网络组件。这就是软件定义网络 (SDN) 和网络功能虚拟化 (NFV) 作为支持这些网络转型的关键技术而得到采用的地方。SDN 将网络控制部件与转发功能分离,从而实现网络控制的直接可编程性。另一方面,NFV 是从物理网络 h/w 迁移到特定网络元素的虚拟化网络功能。
向 NFV 推进
传统的网络模式受到几个难题的影响 – 高资本支出、高运营成本、延迟上市时间、复杂的升级、有限的可扩展性以及支持高需求的资源过度调配等。NFV 通过提供按需服务创建、按需资源分配以及通过提供供应商独立性减少资本支出/运营支出,解决了这些难题。
从自动化、配置、虚拟网络功能的完整生命周期管理、跨一组物理和虚拟资源的端到端服务配置以及概念化方面,可以看到向 NFV 的最初体系结构过渡同一硬件中的多个切片。最近,零接触配置 (ZTP) 和闭环工作流自动化已成为许多行业关注的焦点。因此,大多数开源 NFV 计划都引入了围绕自动化一触式服务和基础结构配置、操作可见性(遥测)、分析和因此优化网络的工具的项目。
NFV 最初专注于 DC 虚拟化,但逐渐变得更加多样化 – 从边缘到核心。最近围绕 5G (3GPP) 和边缘计算 (ETSI) 的标准化工作严重倾向于 NFV – 大多数核心和边缘组件预计将在 NFV 基础架构上运行的 VM 或容器的上下文中虚拟化和执行。
SDN 的发展
SDN 的初始用例旨在用白盒开关取代传统的路由/交换设备 – 转发逻辑保留在交换机中,但指示路由/转发表的控制部分移动到集中式控制器(SDN 控制器)。此范例已扩展为支持其他方案,如实现复杂的 QoS 策略、集中设备配置、流量管理、负载平衡、跨元素设置 L2/L3 网络结构等。这些方案是在 SDN 控制器顶部开发的北向应用程序时实现的。操作员可以利用这些应用程序提供的 API 跨基础交换结构添加所需的网络可编程性。SDN 控制器根据交换结构中的托管设备将用户驱动的意图转换为协议级消息。
为了支持多个用例,SDN 控制器支持一个详尽的南向协议列表,如 OpenFlow,用于切换数据包、NetConf 和 SNMP,用于设备配置/管理和路由协议(如 BGP、ISIS 和 OSPF)以支持集成与传统的路由结构。gRPC、gNMI 和 gNOI 是 SDN 控制器南向接口的最新添加部分开放网络基金会(ONF)提出了一个项目”Stratum”,它提出了一个新的控制接口,为各种交换芯片提供管道抽象。该项目广泛使用P4程序来定义表、动作等,从而提供完全可编程的芯片。虽然 P4 用于交换逻辑,但新协议 gNMI 和 gNOI 用于配置/监视(在 gNMI 上打开Config)和操作 (gNOI)。
开源社区的作用
SDN 和 NFV 计划都高度由开源软件主导。NFV 影响了网络的 RAN、边缘或核心的转换 — 使用不同的部署模式 – 私有云或混合云。这些位置的私有云 NFV 基础架构使用不同的虚拟化基础架构管理器 (VIM),如 OpenStack、OpenShift、OpenBaton 等。OpenStack VIM 是私有云部署中使用最广泛的 VIM。OpenStack 社区一直专注于根据不同的网络要求添加新项目。随着应用程序迁移到基于微服务的体系结构,支持容器成为必填项。对于边缘部署,必须支持最小占用空间 OpenStack 映像。这些独特的要求由 OpenStack 使用不同的项目来满足。
NFV 部署的管理和协调 (MANO) 一直是开源社区的主要焦点。两个流行的MANO框架在行业中加快步伐是ONAP(由Linux基金会拥有)和OSM(由ETSI拥有)。这些工具中的每一个都允许部署网络服务、定义工作流、监视和闭环自动化以优化资源。
开源社区还提出了有趣的举措,如”StarlingX”和”飞艇”,以缓解 NFV 部署难题。”StarlingX”提供可直接部署在边缘设置基于 OpenStack 的云的 ISO。”飞艇”提供 OpenStack 云的完整生命周期管理,包括边缘和核心。这些项目一般得到大型电信运营商的支持,在市场上具有巨大的可接受性。
在 SDN 方面,两个最受欢迎的开源项目是 OpenDaylight 和 ONOS。这两个项目在南向侧都拥有强大的协议支持,从而管理一组不同的设备。这些项目还与 OpenStack 等 VM 集成,以实现网络切片和服务功能链接用例。这些 SDN 控制器也提供北向的抽象,用于配置和管理。
SDN/NFV 的收入机会
根据市场调查,SDN 全球市场现在分布在多个用例中。服务功能链接、网络切片、SD-WAN、中央办公室重新架构为数据中心 (CORD)、NaaS/BoD 等都是该市场的最新新增产品。在不久的将来,围绕北向应用程序开发和南向协议扩展的很多机会将出现。
NFV 市场定义非常明确 , 网络的几乎所有组件都在向虚拟化迈进。以下每个类别都支持 VNF – 交换和路由(虚拟负载平衡、vSwitch、vRouter)、核心 WAN 功能(虚拟 IMS、虚拟 PCRF、虚拟 EPC、虚拟 RAN)、标准设备(虚拟 FW、虚拟 DNS)等。虽然虚拟化实现的转换将在内部完成,但这些虚拟化部署的管理和编排部分将为供应商打开一个巨大的市场。