【摘 要】目前，诸如防火墙、入侵检测系统、内容缓存等网络功能均被耦合到专用的网络硬件设备之中，这带来了诸多不便。此背景下，当下的技术趋势是，业界正在进行变革，以期最终将网络功能通过软件来实现，而且这些软件运行于通用的网络硬件设备之上。相关的标准组织较多，其中一个实力较强的是ETSI在由运营商主导下成立的一个ISG（行业标准组）——NFV（网络功能虚拟化）。本文介绍NFV的基本理念及NFV ISG最近的活动进展，并介绍国内的相关研究课题及标准化工作、NFV与SDN的关系、有线电视网络业界对NFV及SDN的探索情况。
【关键词】CDN；NFV；SDN；虚拟化；网络功能虚拟化
1、引言
在今年3月的全球移动通信大会上，由运营商主导的NFV可谓“数将来风流技术，还看NFV”。自2012年10月以来，NFV取得了巨大的发展。
作为通用型服务器的基本组件，CPU及内存的性能遵循着摩尔定律在快速地提高。目前，多核CPU中每一核的处理能力可达每秒处理上百万个数据包/分组。因此，在通用型服务器上以软件形式运行网络功能就具备了基础条件。其可通过虚拟化来实现，以达到灵活、按需使用网络资源的目的（这是一种云计算能力）。在此背景在，NFV（网络功能虚拟化）被提出，而且得到了全球许多大型网络运营商的响应与支持，如图1所示，他们纷纷在现网中部署试验网进行测试，ETSI还专门成立了NFV ISG来推动NFV技术的标准化发展。
图1 NFV的部署实施
在现有网络架构之中，网络功能与网络设备是超强耦合的关系，网络功能均通过专门设计的、厂商专有的设备来实现。这带来了诸多不便：比如这些设备在性能上的提高，受限于满足特定/定制化需求而且同时保持电信级可靠性的硬件的发展；又如，当运营商要部署新的业务时，须事先部署新设计的、具有相关专用功能的设备，这会提高运营商的业务部署成本，还会带来后续的其他一些问题；再如，在这种网络技术体制下，对现网的管理、运维也有大难题存在。
与之相对的是，NFV的目标就是在通用的硬件设备上运行网络功能，从而通过大范围的部署，可降低CAPEX。“虚拟化”使得网络功能可以按需地部署及更新，且极大地方便远程管理及维护，可降低OPEX。
2、NFV的应用场景
NFV ISG所研究的对象包括固网及移动网络的数据平面与控制平面，其中涉及到了现网中所有的网络功能：电信级NAT、BRAS、边缘路由器、交换机、OLT、ONU、EPC、IMS、eNode B、SGSN/GGSN、家庭网关与机顶盒中相关功能、IPsec、深度包检测、流分析/协议处理功能、负载均衡、CDN、WAN加速、网络控制功能、防火墙、入侵检测系统、安全功能等。
NFV ISG最近发布的一份技术文档里对NFV的9大应用场景进行了描述：
1）面向网络功能虚拟化的IaaS；
2）虚拟网络功能即服务；
3）虚拟网络平台即服务；
4）虚拟网络功能转发图；
5）移动核心网及IMS的虚拟化；
6）移动基站的虚拟化；
7）家庭网络的虚拟化；
8）CDN的虚拟化——虚拟CDN（vCDN）；
9）固定接入网功能的虚拟化。
3、NFV ISG的相关活动
全球主流的网络运营商AT&T、BT、美国有线电视实验室CableLabs、CenturyLink、中国移动、中国电信、中国联通、Colt、Deutsche Telekom、KDDI、KT、NTT、Orange、Telecom Italia、Portugal Telecom、Telefonica、Telstra、Verizon、SK Telecom、Softbank、Sprint、Swisscom、Telefonica、Telenor、Telstra、Vodafone意识到需要成立一个共同的论坛组织来推动NFV在全球的发展。
在2012年10月于德国达姆施塔特举行的“全球SDN（软件定义网络）暨Openflow大会”上，上述主流运营商联合发布了相关的技术白皮书，并宣布在ETSI之下成立NFV ISG，并在2013年的“全球SDN（软件定义网络）暨Openflow大会”发布了第2.0版技术白皮书。2012年11月，NFV ISG正式成立，截至目前，其成员单位已经超过了140家，其中包括主流运营商、通信设备制造商、信息设备制造商、软件开发商等。NFV ISG的每次例行会议，都有200~300人参加，而且会间的讨论很热烈。
NFV ISG并不规定实施NFV的具体技术细节，而是提供NFV的架构及技术需求，以作为其他标准组织的相关技术规范的基础。NFV ISG中的重要人物也是其他标准组织的成员，他们对组织间的合作起着促进作用。目前NFV ISG已经发布了一些技术文档，有望被用于其他标准组织的相关标准化工作。
至于NFV与SDN的关系，当前，已经没有人故意把SDN和NFV对立起来，多数人认为SDN和NFV是相辅相成的，ETSI自己也声称NFV是对SDN的高度补充。只有实现了网络功能的高度虚拟化，才能保证SDN的水到渠成或者说让SDN轻装上阵，并让SDN真正有别于传统的转发控制分离模式。另外，SDN也是NFV的基础设施中针对网络域的一项使能技术，其全局、集中的控制方式能有效支持网络资源的虚拟化和池化，有利于实现多租户虚拟网络的动态性与自动化需求。其实，NFV提供了整体的虚拟化架构，而SDN则提供API、控制协议等具体细节。
NFV ISG的组成架构如图2所示，最上面设有技术指导委员会TSC，其下设有主席（对接技术主任的工作）及副主席（对接技术副主任的工作），下面设有两个专家组EG（负责性能的EG与负责安全的EG）与4个工作组WG（虚拟基础设施架构WG、管理与协调WG、软件架构WG、可靠性及可用性WG）。TSC负责指导和协调各EG与各WG的工作。各EG与各WG的具体分工，有兴趣的同仁可以自行去查阅一下。
图2 NFV ISG的组成
另外如图3所示，还设有网络运营商委员会NOC，用以指导NFV ISG的相关工作，并讨论NFV ISG相关活动的战略部署。
图3 ETSI NFV ISG的组织架构
NFV ISG在每个季度召开一次全体大会，所有140多个成员单位全部参加。每次全会设置一位大会报告起草人，完成大会报告，并在大会之后，组织召开临时会议来细化讨论技术细节，然后进一步完善大会报告。由于这些临时会议之后部分成员单位参与，所以大会报告起草人也会把临时会议的成果提交给其余未参会的成员单位，要求提出意见，知道最终获得所有成员单位的通过。
在全会上，各EG与各WG会各自召开现场会议。平时，各EG与各WG会各自经常召开网络在线会议，相互之间也常展开联席会议。
NFV ISG第一次全会于2013年元月在ETSI总部召开，截至目前已召开四届全会，会议地点不是在欧洲就是在美国，NFV ISG决定以后的全会到其他地区举行。
4、NFV ISG的活动现状
在第一次全会上，NFV ISG成立了两个EG与4个WG，而且每个组进行了技术讨论。在第一次全会上，NFV ISG的成员单位决定输出若干份相关的参考文档，而且每份文档里面分别要描述的工作项目WI包括NFV使用场景、NFV架构框架、NFV术语、NFV虚拟化技术需求。参考文档以GS（组规范）的形式输出，在通过批准后，正式对外发布，并提交给其他标准组织使用。4份WI及概念验证（PoC）均已以GS形式输出。
5、展望
5份GS的发布可进一步促进各EG与各WG的技术讨论，从而在将来输出更多的GS。这些GS可以被其他标准组织使用。NFV ISG成员单位还将提交更多的PoC提案。面向大规模商用的NFV的技术进步将进一步加速。
6、国内的相关研究课题及标准化工作
2014年3月到2015年12月期间，北京邮电大学与工业和信息化部电信研究院将牵头进行软件定义网络SDN网管系统研究，旨在跟踪ONF、ITU-T等国际标准化组织在SDN网络管理研究方面的研究进展，重点研究SDN网络管理架构、SDN网络管理功能需求、SDN网络管理接口功能需求、SDN网络管理接口信息模型等方面。研究内容适用于建立SDN的网络管理。参与单位有北京市天元网络技术股份有限公司。
2014年3月到2014年12月期间，中国移动通信集团公司与中兴通讯股份有限公司将牵头进行软件定义的分组传送网技术（S-PTN）研究，涉及S-PTN的 PTN转发设备、S-PTN Controller、南北向接口的具体定义以及上层应用的具体内容。具体技术内容包括：设备系统结构、设备类型、数据平面的业务要求、QoS功能要求、OAM要求、保护要求、同步要求、Controller要求，功能及性能要求，以及北向和南向接口要求等。相关标准将适用于实现MPLS-TP的转发的S-PTN系统。参与单位有工业和信息化部电信研究院、武汉邮电科学研究院、华为技术有限公司、上海贝尔股份有限公司、北京邮电大学。
2014年3月到2015年12月期间，工业和信息化部电信研究院与中国联合网络通信集团有限公司将牵头进行基于SDN/NFV的接入网及家庭网络技术研究，对SDN在接入网及家庭网络中的总体技术要求进行研究，包括基于SDN的接入网及家庭网络的应用需求、网络架构、功能模块和接口、关键技术（接入节点控制技术、可编程的线路技术及云化的家庭网关和业务）以及网络虚拟化技术的概念、虚拟化用例、虚拟化技术框架、虚拟化需求、虚拟化在客户网络和接入网络中的应用等。 该课题的研究成果适用于基于SDN的接入网及家庭网络的产品开发和建设。参与单位有华为技术有限公司、中兴通讯股份、贝尔股份有限公司、武汉邮电科学研究院。
2014年3月到2015年12月期间，工业和信息化部电信研究院将牵头进行基于软件定义的超100G光收发合一模块技术研究，主要基于SDN应用的超100G光收发合一模块关键技术及应用研究，包括超100G技术发展背景及应用前景分析、基于SDN的超100G光收发合一模块实现结构、基于SDN的超100G光收发合一模块关键光电技术参数、基于SDN的模块控制接口及协议、基于SDN的超100G光收发合一模块的测试验证方法等。本研究课题主要适用于基于SDN的超100G光收发合一模块。参与单位有武汉邮电科学研究院、中兴通讯股份有限公司、深圳新飞通光电子技术有限公司。
2014年3月到2015年12月期间，中国电信集团公司、中国移动通信集团公司、工业和信息化部电信研究院将牵头进行基于SDN的智能感知系统技术要求，该标准将适用于感知系统研发和相关网络建设，主要内容包括：1）基于SDN的智能感知系统架构；2）基于SDN的智能感知系统技术要求，包括：（1）感知策略管理与分析平台（Controler）技术要求，包括策略定制和管理、数据分析、数据开放等方面的要求；（2）感知信息采集设备（Collecter/Transporter）技术要求，包括对固网、移动网DPI采集网元的要求；3）接口技术要求，包括感知策略管理与分析平台和感知信息采集设备之间的接口，以及感知策略管理与分析平台对第三方应用的开放接口。参与单位有华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司。
2014年3月到2015年12月期间，中国电信集团公司、中国移动通信集团公司将牵头进行基于SDN及网络功能虚拟化（NFV）的IMS网络虚拟化要求的研究。主要研究范围包括但不限于：IMS网络虚拟化的架构、虚拟化IMS网络的功能技术要求、虚拟化IMS网络的性能技术要求、虚拟化IMS网络的接口技术要求、虚拟化IMS网络协议技术要求、虚拟化IMS网络可靠性、安全性技术要求、虚拟化IMS网络容灾技术要求、虚拟化IMS网络网管技术要求、虚拟化IMS网络计费技术要求。参与单位有工业和信息化部电信研究院、中国联合网络通信集团有限公司,、中兴通讯股份有限公司、华为技术有限公司、诺基亚西门子通信（上海）有限公司、南京爱立信熊猫通信有限公司、上海贝尔股份有限公司。
7、有线电视网络业界对SDN及NFV的探索
SDN及NFV对于SDN有线电视网络运营商而言，无疑有着深远的影响，比如在部署SDN及NFV之后，有线电视基础网络就成了“云”的一部分，有线电视网络运营商就可以将网络以“网络即服务”的形式把网络灵活出租给其他有线电视网络运营商、电信运营商、虚拟运营商。
美国有线电视实验室CableLabs积极参与SDN及NFV的国际标准化活动，上文图3中所示的网络运营商委员会NOC，CableLabs就是其中的成员。
目前，全球主流ISP正在积极探索试验部署网络功能虚拟化与部署软件定义网络。美国有线电视网络业界也正探索部署网络功能虚拟化。2013年广电春季技术论坛里面专门开辟了一个专场“软件定义网络及有线电视网络的应对”，里面的讨论包括在DOCSIS网络中采用 Open Flow架构、通过“云”及软件定义网络来增强有线电视网络运营的灵活度、将软件定义网络模式应用于有线电视网络、通过“网络功能虚拟化”增强DOCSIS服务能力、可在DOCSIS网络部署软件定义网络吗？基于软件定义网络的cable Wi-Fi等。
据笔者了解，今年的广电春季技术论坛还将专门开辟一个专场“重新定义有线电视网络：SDN、NFV及业务加速”，里面的讨论将包括把网络虚拟化延伸至家庭（网络）、虚拟化的CPE（用户驻地设备）如何提高网络性能、SDN于加速业务部署方面的优势、SDN及其对商业服务自动化的影响。今年的主题及具体讨论的问题相比2013年都有所进步。其中的精彩，让我们翘首以待吧！
为了推动SDN及NFV在有线电视网络的部署，美国有线电视实验室CableLabs成立了两个相关的项目组：1）开放式网络项目组。该项目组主要聚焦于有线电视接入网网络设备（尤其是CMTS）的虚拟化，以新兴的SDN开发工具包来快速形成虚拟接入网原型系统；2）第二个项目组主要研发面向低端有线电视网络终端的虚拟CPE（比如虚拟机顶盒）原型系统。
后记：“2014亚太全媒体CDN峰会”将邀请通信界顶级专家就SDN的发展现状、在数据中心的应用现状、在承载网络的研究及应用现状、基于SDN的vCDN解决方案等进行详细介绍，请各位同仁莅临会议现场学习、交流、探讨。届时：工信部电信研究院互动媒体产业联盟副秘书长杨崑先生将探讨《以应用推动SDN发展》；中国电信云计算研究中心主任&中国电信北京院总工CTO赵慧玲女士将探讨《基于SDN云计算IDC的思考》；中国联通研究院博士/高级工程师陶蒙华将探讨《SDN促进虚拟CDN的发展》；河北有线技术副总监毛卫兵先生将主持圆桌论坛探讨SDN的应用。
参考文献：
[1] ETSI GS NFV 001, Use Cases.
http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV/001_099/001/01.01.01_60/gs_NFV001v010101p.pdf
[2] ETSI NFV ISG White Paper #1.http://portal.etsi.org/NFV/NFV_White_Paper.pdf
[3] ETSI NFV ISG White Paper #2.http://portal.etsi.org/NFV/NFV_White_Paper2.pdf
[4] ETSI GS NFV 002, Architectural Framework.
http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV/001_099/002/01.01.01_60/gs_NFV002v010101p.pdf
[5] ETSI GS NFV 003, Terminology for Main Concepts in NFV.
http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV/001_099/003/01.01.01_60/gs_NFV003v010101p.pdf
[6] ETSI GS NFV 004, Virtualisation Requirements.
http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV/001_099/004/01.01.01_60/gs_NFV004v010101p.pdf
[7] ETSI GS NFV-PER 002, Proof of Concepts; Framework.
http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV-PER/001_099/002/01.01.01_60/gs_NFV-PER002v010101p.pdf
