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5G物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)SDNFV

摘要:SDNFV是Software Defined Network Function Virtualization的縮寫(xiě)。由Software Defined Network(軟件定義網(wǎng)絡(luò), 縮寫(xiě)SDN)加上Network Function Virtualization(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化,縮寫(xiě)NFV)合并而成。

  1、SDNFV的定義

  SDNFV是Software Defined Network Function Virtualization的縮寫(xiě)。由Software Defined Network(軟件定義網(wǎng)絡(luò), 縮寫(xiě)SDN)加上Network Function Virtualization(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化,縮寫(xiě)NFV)合并而成。

  SDN誕生于美國(guó)斯坦福大學(xué)Clean Slate課題,斯坦福大學(xué)Nick McKeown教授為首的研究團(tuán)隊(duì)提出了Openflow的概念用于校園網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)創(chuàng)新,基于Openflow給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)可編程的開(kāi)放特性,SDN的概念應(yīng)運(yùn)而生。SDN的典型架構(gòu)分為三層,最上層為應(yīng)用層,包括各種不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用;中間為控制層,主要負(fù)責(zé)控制和處理數(shù)據(jù)平面資源;最底層為基礎(chǔ)設(shè)施層,負(fù)責(zé)基于流表的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集。SDN本質(zhì)上具有四大特性:控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、設(shè)備資源虛擬化、硬件通用化及軟件開(kāi)放可編程。

  NFV由多個(gè)大型運(yùn)營(yíng)商聯(lián)合提出,通過(guò)使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù),來(lái)承載很多功能的軟件處理。典型應(yīng)用是一些CPU密集型功能,并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)吞吐量要求不高的情形。主要評(píng)估的功能虛擬化有:WAN加速器、信令會(huì)話控制器、消息路由器、IDS、DPI、防火墻、CG-NAT、 SGSN/GGSN、PE、BNG、RAN等。

  SDNFV合并SDN與NFV,以SDN控制器為網(wǎng)絡(luò)的控制平面,以NFV為新型的通用化基礎(chǔ)設(shè)施即轉(zhuǎn)發(fā)平面,以O(shè)rchestrator為業(yè)務(wù)編排,打通SDN與NFV,將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)作了根本性的創(chuàng)新改變。SDNFV使客戶可以擺脫根深蒂固的廠商鎖定,基于軟件的本性,靈活快速的按需提供彈性網(wǎng)絡(luò),方便的推動(dòng)增長(zhǎng),增加了敏捷性,并成為業(yè)務(wù)增長(zhǎng)的催化劑。

  2、5G/物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的關(guān)鍵技術(shù)SDNFV

  5G時(shí)代。為了滿足未來(lái)更多業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求,5G必須在性能(吞吐量和延遲)、可靠性、靈活性、可擴(kuò)展性、電源效率等方面實(shí)現(xiàn)突破。關(guān)于5G的一些“硬需求”已經(jīng)提前得到業(yè)界的廣泛認(rèn)可。在容量方面,5G相比4G將實(shí)現(xiàn)單位面積移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)1000倍;在傳輸速率方面,典型用戶數(shù)據(jù)速率提升10到100倍,峰值傳輸速率將可達(dá)10Gbps;在延遲方面,端到端時(shí)延將比4G縮短5倍,目標(biāo)低至10ms,甚至在部分特殊應(yīng)用場(chǎng)景要低至1ms;而在可擴(kuò)展性方面,可聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量將比4G時(shí)代增加10到100倍;此外,低功率MMC(機(jī)器型設(shè)備)的電池續(xù)航時(shí)間也要增加10倍。

  物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代。到2020年,全球?qū)⒂?00億臺(tái)互聯(lián)設(shè)備,與此同時(shí),每款新設(shè)備被暴露在黑客攻擊之下的可能性也進(jìn)一步增加。另一大挑戰(zhàn)來(lái)源于遷移到這一全球化的物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)的數(shù)量,根據(jù)IDC預(yù)測(cè),到2020年,物聯(lián)網(wǎng)將占地球上所有數(shù)據(jù)的10%。再有就是各種各樣需要進(jìn)行管理和支持的設(shè)備,其范圍包括從支持流行的管理應(yīng)用程序和協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)交換機(jī),到傳統(tǒng)遺留的SCADA(監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集)設(shè)備,以及那些缺乏計(jì)算或內(nèi)存來(lái)支持標(biāo)準(zhǔn)的認(rèn)證或加密。最后,還需要進(jìn)行非常迅速,甚至實(shí)時(shí)的響應(yīng),特別是對(duì)涉及安全(如危險(xiǎn)的工業(yè)流程)或商業(yè)(諸如監(jiān)視庫(kù)存或客戶行為)的應(yīng)用程序。

  鑒于5G物聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜性和如此的大規(guī)模,手動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理是根本行不通的。而SDNFV則提供了唯一可行的,具有成本效益的方式來(lái)管理5G物聯(lián)網(wǎng),并加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)和在其上的數(shù)據(jù)的安全,最小化帶寬要求,最大化的應(yīng)用程序和利用數(shù)據(jù)分析的性能。在我們邁向5G/物聯(lián)網(wǎng)的過(guò)程當(dāng)中,SDNFV發(fā)揮著重中之重的作用。我們需要把網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行根本性的重構(gòu),功能進(jìn)行重組,最重要是基于不同的場(chǎng)景和流量的不同要求,可以靈活地來(lái)組合不同的功能模塊,分配資源,以及提升網(wǎng)絡(luò)的彈性。并且它可以控制用戶層,以及用戶層的劃分,進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片。讓業(yè)務(wù)決定網(wǎng)絡(luò),網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)隨需而動(dòng)。

  3、SDNFV的生態(tài)圈

  全球幾乎所有的主流運(yùn)營(yíng)商、設(shè)備商、云數(shù)據(jù)中心、互聯(lián)網(wǎng)公司都在進(jìn)行SDN和NFV的研究和部署,各大相關(guān)國(guó)際組織也在全力推進(jìn)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)發(fā)展,SDNFV將迎來(lái)黃金時(shí)代。

  SDNFV的生態(tài)圈可分為以Google/BAT為代表的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)、以Cisco/華為為代表的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商、以Broadcom/Intel為代表的芯片商、以及以Big Switch和西麥科技為代表的SDNFV新銳商。

  3.1、互聯(lián)網(wǎng)商

  以Google/BAT為代表的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)在SDN上非常積極。互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的SDN方案特點(diǎn)在于提供給客戶的互聯(lián)網(wǎng)形式的服務(wù),而不是具體的SDN產(chǎn)品。

  Google使用Openflow改造的B4 WAN是典型的SDN案例,將廣域網(wǎng)利用率從30%增加到了90%。

  Facebook宣布了OCP開(kāi)放計(jì)算項(xiàng)目,意在定制化包括數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器、交換機(jī)在內(nèi)的一系列硬件設(shè)計(jì)。

  阿里已經(jīng)使用了Openflow和VXLAN對(duì)集群網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行改造。SDN在阿里網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)化、快速交付、快速變更起著重要作用。

  騰訊在采用SDN技術(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò),提出“Network as a Router”。

  百度則使用SDN防止流量攻擊,使用SDN對(duì)異地?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行融合。

  3.2、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商

  SDN是大勢(shì)所趨,以Cisco/華為為代表的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備商,在積極向SDN轉(zhuǎn)型。

  思科推出了ACI(Application Centric Infrastructure)。ACI主要是基于硬件,具有新的應(yīng)用感知的SDN交換機(jī),支持定制ASIC和商用芯片。它還包括一個(gè)策略控制器,被稱為應(yīng)用程序政策基礎(chǔ)設(shè)施控制器(APIC),它可以向應(yīng)用程序分配服務(wù)水平,以及各種應(yīng)用程序的優(yōu)先使用權(quán)。

  華為推出了敏捷網(wǎng)絡(luò),敏捷網(wǎng)絡(luò)是華為公司面向企業(yè)市場(chǎng)發(fā)布的下一代網(wǎng)絡(luò)解決方案,意在借助CT運(yùn)營(yíng)商市場(chǎng)的優(yōu)勢(shì)通過(guò)SDN在IT企業(yè)網(wǎng)市場(chǎng)轉(zhuǎn)型。其控制器為SNC。

  3.3、芯片商

  目前大部分的SDN硬件交換機(jī)都是借助傳統(tǒng)芯片或NP來(lái)實(shí)現(xiàn)Openflow功能,還有很多潛能沒(méi)有挖掘。Broadcom、Intel等芯片公司在積極研制SDNFV專用芯片。Intel更愈借助DPDK以x86統(tǒng)一NFV轉(zhuǎn)發(fā)平面。

  3.4、SDNFV新銳商

  Big Switch是典型的SDN初創(chuàng)公司,其由從應(yīng)用程序到Controller的產(chǎn)品,一應(yīng)俱全。Big Switch主導(dǎo)了開(kāi)源項(xiàng)目Floodlight。

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