譚航 關(guān)洪濤

(1.江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院，南京 211100；2.中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所，北京 100190)

0 引言

2012年10月，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)(European Telecommunications Standards Institute，ETSI)在“SDN和OpenFlow世界大會(huì)”上發(fā)布了白皮書“Network Functions Virtualization - An Introduction，Benefits，Enablers，Challenges & Call for Action”[1]，標(biāo)志著網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)NFV的誕生。

作為一項(xiàng)新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，NFV的目標(biāo)是解決傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)由于部署大量不同類型的專用硬件設(shè)備所帶來的部署維護(hù)成本高、功能迭代速度慢、難于為客戶提供動(dòng)態(tài)服務(wù)等問題，希望通過部署通用的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化硬件資源池來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能與底層基礎(chǔ)設(shè)施的解耦。

為推動(dòng)NFV技術(shù)發(fā)展，2012年11月，7家世界領(lǐng)先的電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在ETSI中發(fā)起成立了專門的NFV工作組ETSI ISG NFV。隨著技術(shù)發(fā)展，ETSI ISG NFV工作組也不斷壯大，當(dāng)前工作組已有79個(gè)會(huì)員單位和42個(gè)參與單位，其中不僅包括了AT&T、中國電信等電信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商，同時(shí)也包括了華為、中興、諾基亞等設(shè)備制造商。

在過去的8年，ETSI ISG NFV工作組以兩年為一個(gè)階段始終推進(jìn)著NFV技術(shù)進(jìn)步。其中，第一階段(2013—2014年)重點(diǎn)促進(jìn)工業(yè)界形成對(duì)NFV基本理念的共識(shí)；第二階段(2015—2016年)專注形成支持端到端設(shè)備及服務(wù)互聯(lián)的規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)；第三階段(2017—2018年)致力于充實(shí)NFV體系架構(gòu)以滿足大規(guī)模部署及運(yùn)維的需求。當(dāng)前第四階段工作正在進(jìn)行中，大量新技術(shù)被引入NFV架構(gòu)以實(shí)現(xiàn)多方面提升，其中包括輕量化虛擬容器技術(shù)、針對(duì)5G的增強(qiáng)技術(shù)等。伴隨各個(gè)階段工作，工作組同步推進(jìn)NFV技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)步，分別在2013年、2014年和2017年對(duì)NFV白皮書進(jìn)行了版本更新，與此同時(shí)形成了完整的NFV技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，發(fā)布了大量的標(biāo)準(zhǔn)化文檔。

在未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施的路由設(shè)備研發(fā)和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，引入NFV技術(shù)，研發(fā)了設(shè)施核心設(shè)備——可編程虛擬路由器，并實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)設(shè)施在滿足試驗(yàn)多樣性、組網(wǎng)靈活性等多方面需求的目標(biāo)。同時(shí)，還研制了一套服務(wù)于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的NFV平臺(tái)系統(tǒng)NFCloud，為運(yùn)營商全省及更大范圍的政企客戶提供了多種虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)。

1 NFV在未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施中的應(yīng)用

1.1 試驗(yàn)設(shè)施對(duì)NFV的需求

未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施是我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的第一項(xiàng)國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目。該項(xiàng)目于2012年被列入國家重大科技基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中長期規(guī)劃(2012—2030年)，并于2015年經(jīng)國家發(fā)展和改革委員會(huì)正式批復(fù)立項(xiàng)。項(xiàng)目目標(biāo)是建設(shè)一個(gè)覆蓋全國的創(chuàng)新試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)，為各種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、協(xié)議、應(yīng)用創(chuàng)新提供一個(gè)真實(shí)的試驗(yàn)環(huán)境，解決新的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)從提出到應(yīng)用過程中缺乏大規(guī)模試驗(yàn)驗(yàn)證條件的現(xiàn)實(shí)問題，以此推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速進(jìn)步。根據(jù)其建設(shè)目標(biāo)，未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施具備以下功能訴求。

1.1.1 支持多用戶并行

作為一項(xiàng)國家級(jí)重大科技基礎(chǔ)設(shè)施，未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施需要支持各高校、科研院所、企事業(yè)單位的科學(xué)試驗(yàn)研究。具備并行化的試驗(yàn)承載能力是一項(xiàng)重要的設(shè)計(jì)目標(biāo)。如圖1所示，試驗(yàn)設(shè)施需要同時(shí)支持多試驗(yàn)用戶并行開展大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)，并保證試驗(yàn)業(yè)務(wù)間的相互隔離，不同試驗(yàn)用戶的試驗(yàn)部署相互獨(dú)立，流量互不影響，性能有所保障，由此保證試驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)有效。

1.1.2 具備編程開放性

為了支持各類型網(wǎng)絡(luò)科學(xué)試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)施應(yīng)具備良好的編程開放性。這體現(xiàn)在它應(yīng)該支持標(biāo)準(zhǔn)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，支持各種常用的網(wǎng)絡(luò)功能，支持主流的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；同時(shí)，支持試驗(yàn)用戶根據(jù)自身需求對(duì)協(xié)議棧做出各種修改，增加新型的網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；此外，為了滿足網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)層面的創(chuàng)新，試驗(yàn)設(shè)施還應(yīng)該支持非TCP/IP協(xié)議的新型網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)。

1.1.3 支持靈活動(dòng)態(tài)組網(wǎng)

為了實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)施資源的充分利用，試驗(yàn)用戶的科學(xué)試驗(yàn)應(yīng)具有時(shí)效性。當(dāng)用戶需要開展試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)設(shè)施分配資源給用戶，支持試驗(yàn)的部署與運(yùn)行。這種方式?jīng)Q定了試驗(yàn)設(shè)施需具備動(dòng)態(tài)加載網(wǎng)元的能力。此外，試驗(yàn)網(wǎng)元的連結(jié)關(guān)系需要根據(jù)用戶試驗(yàn)的具體要求動(dòng)態(tài)調(diào)整，這決定了試驗(yàn)網(wǎng)元在實(shí)體資源上的部署和連結(jié)需要支持動(dòng)態(tài)建立與刪除。

根據(jù)上述功能需求，未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施本質(zhì)上是一個(gè)由網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)構(gòu)建的新型網(wǎng)絡(luò)。

(1)支持多用戶并行需要通過虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)底層資源與用戶試驗(yàn)解耦。試驗(yàn)設(shè)施通過虛擬化技術(shù)將底層網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)等各類型硬件資源抽象化。當(dāng)用戶開始一項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)時(shí)，試驗(yàn)設(shè)施為用戶提供抽象的資源供試驗(yàn)應(yīng)用。當(dāng)試驗(yàn)結(jié)束時(shí)用戶釋放資源，試驗(yàn)設(shè)施完成對(duì)資源的回收。由此，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)施資源復(fù)用和對(duì)大規(guī)模并行試驗(yàn)的支持。

(2)編程開放性支持試驗(yàn)用戶創(chuàng)建各類型虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能單元VNF。由于試驗(yàn)設(shè)施主要支持的是網(wǎng)絡(luò)科學(xué)試驗(yàn)，因此試驗(yàn)用戶在開展一項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)的過程中通常需要?jiǎng)?chuàng)建多個(gè)網(wǎng)元節(jié)點(diǎn)，其中包括了基礎(chǔ)路由交換節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)安全節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)調(diào)度控制節(jié)點(diǎn)、網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)等。通常用戶的一項(xiàng)科學(xué)試驗(yàn)包含了上述多個(gè)類型中的一類或多類網(wǎng)元。而用戶創(chuàng)建的這些網(wǎng)元實(shí)際上就是一些虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能單元VNF。與ETSI定義的虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能單元略有不同的是試驗(yàn)設(shè)施中用戶創(chuàng)建的VNF帶有更強(qiáng)的創(chuàng)新性，而不拘泥于傳統(tǒng)的電信或互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。例如為了進(jìn)行“命名數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)(Named Data Network，NDN)”[2]這種新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)試驗(yàn)，用戶可能會(huì)創(chuàng)建多個(gè)NDN交換節(jié)點(diǎn)，而由于NDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)本身不依賴TCP/IP技術(shù)存在，因此NDN交換節(jié)點(diǎn)也不屬于傳統(tǒng)TCP/IP網(wǎng)元的一類。

(3)試驗(yàn)用戶的動(dòng)態(tài)組網(wǎng)與建立虛擬化服務(wù)鏈的過程本質(zhì)相同。網(wǎng)絡(luò)科學(xué)試驗(yàn)的一個(gè)重要需求就是可以靈活動(dòng)態(tài)的構(gòu)建試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹Ｔ诓煌目茖W(xué)試驗(yàn)中用戶對(duì)于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞男枰峭耆煌?。?dāng)用戶進(jìn)行廣播通信試驗(yàn)時(shí)，通常需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)類星型拓?fù)?，而?dāng)用戶進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)連通性試驗(yàn)時(shí)通常需要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)環(huán)狀或鏈狀拓?fù)洹o論用戶創(chuàng)建的是何種類型拓?fù)?，其本質(zhì)上都是通過虛擬鏈路將虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能單元連結(jié)起來。這與ETSI定義的NFV網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)鏈無論從實(shí)現(xiàn)方式還是實(shí)現(xiàn)結(jié)果上都是相同的。兩者的差異體現(xiàn)在試驗(yàn)設(shè)施中的虛擬化功能服務(wù)鏈從拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)上會(huì)呈現(xiàn)更加多樣性，而ETSI定義的NFV網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)鏈的結(jié)構(gòu)會(huì)更有規(guī)律。這主要由試驗(yàn)設(shè)施中試驗(yàn)類型的多樣性決定。

1.2 NFV在試驗(yàn)設(shè)施核心設(shè)備——可編程虛擬路由器上的引入

自2012年未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施項(xiàng)目列入規(guī)劃以來，其核心技術(shù)一直在不斷迭代進(jìn)步。伴隨著ETSI對(duì)NFV技術(shù)的推動(dòng)，未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施也引入了ETSI架構(gòu)中的一些先進(jìn)理念。但由于應(yīng)用場景的特殊性，未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施始終保持著不同于一般商用網(wǎng)絡(luò)的諸多特點(diǎn)。而這些功能的實(shí)現(xiàn)則依托于試驗(yàn)設(shè)施核心設(shè)備——可編程虛擬路由器。

1.2.1 基于服務(wù)器/FPGA架構(gòu)的PEARL系統(tǒng)

第一代可編程虛擬路由器由中國科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所在2010年研制，命名為PEARL(Programmable Router Platform)[3]。如圖2所示，該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)一個(gè)新型的路由器設(shè)備，支持在單一物理設(shè)備上運(yùn)行多個(gè)虛擬路由器實(shí)例。多個(gè)虛擬路由器實(shí)例共享物理路由器的各種硬件資源，其中包括鏈路端口資源、路由查找資源、轉(zhuǎn)發(fā)交換資源等。多個(gè)虛擬路由器相互獨(dú)立，各自擁有自己的控制面和數(shù)據(jù)面。從上述功能定義可以看出，每一個(gè)虛擬路由器實(shí)例實(shí)際上就是一個(gè)虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能單元VNF，但彼時(shí)VNF設(shè)計(jì)的原型還是基于通用路由器架構(gòu)，雖然該系統(tǒng)支持更多類型的VNF，但并沒有將此作為功能的重點(diǎn)。

基于第一代可編程虛擬路由器組建的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)具備了在一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)上生成多個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)平面，通過不同平面支持開展不同的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)試驗(yàn)的能力。試驗(yàn)用戶要開展一項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)需要首先選定所需要的物理設(shè)備節(jié)點(diǎn)，在每個(gè)選定節(jié)點(diǎn)上生成一個(gè)屬于自己的虛擬路由器實(shí)例，并通過虛擬鏈路將這些虛擬路由器實(shí)例連結(jié)成網(wǎng)絡(luò)。由于在一個(gè)物理路由器上多個(gè)虛擬路由器實(shí)例共享底層鏈路端口，因此系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上采用了重定義VLAN ID作為不同虛擬路由器實(shí)例流量的標(biāo)識(shí)?；谶@一方式實(shí)現(xiàn)了在物理鏈路上通過VLAN ID劃分虛擬鏈路。

將可編程虛擬路由器與傳統(tǒng)路由器對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)虛擬化的支持和對(duì)編程開放性的支持是新設(shè)備的兩大創(chuàng)新特點(diǎn)。此外，作為一個(gè)網(wǎng)絡(luò)路由交換設(shè)備，性能依然是其不可或缺的要素。因此，在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)過程中圍繞著如何支持虛擬化和可編程的同時(shí)保持高性能。在具體實(shí)現(xiàn)上采用了通用服務(wù)器配合FPGA網(wǎng)絡(luò)加速卡的方式。其中服務(wù)器CPU主要負(fù)責(zé)控制面的處理，F(xiàn)PGA主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)面的處理。服務(wù)器在Linux操作系統(tǒng)之上運(yùn)行KvM虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬路由器的控制面程序運(yùn)行在不同的虛擬機(jī)內(nèi)。網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包經(jīng)FPGA卡上的網(wǎng)口進(jìn)入FPGA芯片，芯片內(nèi)通過不同的流表規(guī)則處理不同虛擬路由器流量，對(duì)于需要上送的協(xié)議包通過虛擬機(jī)網(wǎng)口送達(dá)不同虛擬路由器控制面。

1.2.2 基于ATCA架構(gòu)的PEARL2系統(tǒng)

第一代虛擬路由器較好的實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)目標(biāo)，但存在以下兩個(gè)問題：第一，服務(wù)器架構(gòu)的系統(tǒng)整體性能擴(kuò)展性受限于單服務(wù)器處理能力；第二，F(xiàn)PGA卡在鏡像下載后很難進(jìn)行更靈活的編程處理限制了系統(tǒng)的編程開放性。針對(duì)上述問題，江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院聯(lián)合中科院計(jì)算所共同研制了第二代可編程虛擬路由器PEARL2。

如圖3所示，為解決性能擴(kuò)展性問題，PEARL2采用了分布式架構(gòu)。硬件基礎(chǔ)依托ATCA架構(gòu)。通過背板和交換板卡構(gòu)建的交換結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)接近Tbit級(jí)大規(guī)模數(shù)據(jù)交換。在一個(gè)機(jī)架內(nèi)配置一塊或多塊X86刀片板卡負(fù)責(zé)運(yùn)行虛擬路由器的控制平面，配置多片網(wǎng)絡(luò)處理刀片板卡負(fù)責(zé)虛擬路由器數(shù)據(jù)平面處理。數(shù)據(jù)面板卡間的數(shù)據(jù)交換以及數(shù)據(jù)面板卡與控制面板卡間的數(shù)據(jù)交換均通過背板、交換板構(gòu)成的交換結(jié)構(gòu)。上述結(jié)構(gòu)有效提升了系統(tǒng)的性能可擴(kuò)展性。

針對(duì)FPGA板卡編程開放性局限問題，PEARL2數(shù)據(jù)面板卡采用了當(dāng)時(shí)流行的眾核處理器作為核心處理器件。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程分別適配了Cavium和Tilera的眾核處理器。作為專門針對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流處理設(shè)計(jì)的處理器，眾核處理器相比通用X86處理器在處理網(wǎng)絡(luò)流量業(yè)務(wù)時(shí)具有更好的性能；另一方面相比傳統(tǒng)NP處理器微碼編程方式，眾核處理器采用標(biāo)準(zhǔn)C語言編程又具有更好的易用性。然而，即便采用了標(biāo)準(zhǔn)C語言作為編程語言，但眾核處理器在編程模式及使用方法上仍然同X86處理器存在巨大的不同。例如，Tilera處理器中的Mpipe單元作為網(wǎng)絡(luò)處理的核心組件在使用過程中需要經(jīng)過大量的專門學(xué)習(xí)。這對(duì)于為網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)用戶提供一個(gè)簡單高效的開放編程環(huán)境來說是不適合的。因此，采用眾核處理器作為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面核心器件的PEARL2系統(tǒng)雖然相比采用FPGA作為核心器件的PEARL系統(tǒng)具有了更強(qiáng)的編程開放性，但編程的易用性和通用性依然嚴(yán)重受限。

1.2.3 基于分布式X86架構(gòu)的PEARL3

針對(duì)PEARL2系統(tǒng)編程通用性差的問題，自2014年起可編程虛擬路由器的研發(fā)回歸到以X86作為數(shù)據(jù)面核心處理單元的路線。促使這一改變的另一個(gè)原因是Intel在DPDK和SRIOV等加速技術(shù)上的進(jìn)步使得通用X86處理器在優(yōu)化條件下可以具備與眾核處理器相近的處理性能，而其良好的編程通用性卻是后者無法比擬的。

ATCA架構(gòu)的系統(tǒng)具備良好的集成度和較高的性能水平，但如果打破機(jī)架約束，采用全分布式X86單元輔以通用交換單元可以在取得與ATCA架構(gòu)系統(tǒng)邏輯上等價(jià)的同時(shí)獲得更好的規(guī)模擴(kuò)展性。因此在沒有物理集成度約束的場景下，全分布式X86服務(wù)器配合通用交換機(jī)的實(shí)現(xiàn)方式成為了一個(gè)更具擴(kuò)展性的解決方案。

恰逢CloudStack、OpenStack等云平臺(tái)技術(shù)普及，其在資源管理方面的全面能力適用于可編程虛擬路由器中的虛擬資源管理，因此PEARL3系統(tǒng)采用了云平臺(tái)系統(tǒng)的一些技術(shù)作為實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)，重點(diǎn)針對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力研發(fā)，運(yùn)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Network，SDN)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)流調(diào)度靈活性和流處理性能的提升[4]。

至此，可編程虛擬路由器在實(shí)現(xiàn)層面與ETSI定義的NFV系統(tǒng)也更為接近，均采用通用X86計(jì)算單元結(jié)合通用交換單元方式實(shí)現(xiàn)，通過虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)VNF的承載。相比之下，可編程虛擬路由器在流量調(diào)度方式上具有更大的開放性，這主要為了滿足試驗(yàn)設(shè)施對(duì)于不拘一格的用戶試驗(yàn)拓?fù)涞闹С帧?/p>

1.3 未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施的組網(wǎng)部署

2019年起未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施正式開始建設(shè)。如圖4所示，采用可編程虛擬路由器構(gòu)建的NFV網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)建設(shè)覆蓋全國40個(gè)城市共計(jì)40個(gè)主干節(jié)點(diǎn)和30個(gè)邊緣網(wǎng)絡(luò)。主干網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分為3個(gè)層次，即超級(jí)核心節(jié)點(diǎn)、一級(jí)節(jié)點(diǎn)、二級(jí)節(jié)點(diǎn)。5個(gè)城市作為超級(jí)核心節(jié)點(diǎn)(南京、北京、廣州、成都、武漢)，8個(gè)城市作為一級(jí)節(jié)點(diǎn)，27個(gè)城市作為二級(jí)節(jié)點(diǎn)。

超級(jí)核心節(jié)點(diǎn)各部署1臺(tái)可編程虛擬路由器。超級(jí)核心節(jié)點(diǎn)之間采用100 G鏈路Fullmesh互聯(lián)。一級(jí)節(jié)點(diǎn)各部署1臺(tái)可編程虛擬路由器，分別就近通過100 G鏈路雙歸到兩臺(tái)超級(jí)核心。二級(jí)節(jié)點(diǎn)各部署1臺(tái)可編程虛擬路由器，采用單10 G鏈路連接到臨近的超級(jí)核心節(jié)點(diǎn)、一級(jí)節(jié)點(diǎn)或二級(jí)節(jié)點(diǎn)，單鏈路無雙歸。

為了進(jìn)一步提升單節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)吞吐能力，每臺(tái)可編程虛擬路由器又分為兩個(gè)部分，其中一部分專注于高速數(shù)據(jù)包的交換轉(zhuǎn)發(fā)，另一部分則專注于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的實(shí)現(xiàn)，由此實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)設(shè)施兼具高速數(shù)據(jù)交換能力和靈活的虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。通過虛擬化技術(shù)，試驗(yàn)設(shè)施可以同時(shí)支持最多4千個(gè)網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)，單個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)備也可以支持128個(gè)試驗(yàn)VNF并行運(yùn)行。

2 試驗(yàn)設(shè)施NFV技術(shù)在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用

基于可編程虛擬路由器構(gòu)建的試驗(yàn)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)完整的虛擬化網(wǎng)絡(luò)，特別是通過對(duì)底層虛擬交換單元的優(yōu)化及采用軟件定義的流調(diào)度機(jī)制實(shí)現(xiàn)了靈活高效的VNF服務(wù)能力，這一點(diǎn)在流量類VNF應(yīng)用上的優(yōu)勢尤為突出。因此，江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院針對(duì)性地研制了一套服務(wù)于運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的NFV平臺(tái)系統(tǒng)NFCloud，并在江蘇電信等運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)部署運(yùn)行。NFCloud通過在運(yùn)營商匯聚網(wǎng)絡(luò)部署一套平臺(tái)系統(tǒng)可以為全省甚至更大范圍的政企客戶提供多種虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)。

相比ETSI定義的NFV系統(tǒng)，NFCloud由于其在網(wǎng)絡(luò)層面的深度優(yōu)化因此在提供諸如防火墻、流量監(jiān)控、上網(wǎng)行為管理等業(yè)務(wù)時(shí)具有良好的表現(xiàn)。上述業(yè)務(wù)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中通常以在用戶側(cè)部署專用硬件設(shè)備方式實(shí)現(xiàn)，存在部署維護(hù)成本高、升級(jí)不便、靈活性低、故障率高等缺陷。采用NFCloud系統(tǒng)后，上述用戶的基本及擴(kuò)展需求均可以全部由運(yùn)營商通過虛擬化服務(wù)方式靈活實(shí)現(xiàn)。

作為非傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，上述網(wǎng)絡(luò)增值服務(wù)能夠豐富運(yùn)營商在帶寬接入之外的服務(wù)類型，同時(shí)虛擬化的服務(wù)方式進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了業(yè)務(wù)模式的創(chuàng)新，提高了服務(wù)品質(zhì)，也方便服務(wù)內(nèi)容的擴(kuò)充。針對(duì)運(yùn)營商接入的政企用戶，一些繁雜的組網(wǎng)建設(shè)工作可以交托運(yùn)營商完成，不僅有效降低了用戶建維成本，也降低了網(wǎng)絡(luò)故障的可能性。運(yùn)營商以虛擬化方式實(shí)現(xiàn)上述功能服務(wù)不僅可以通過各種熱備、伸縮等技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的服務(wù)保證，而且軟件化的功能實(shí)現(xiàn)方式也更易于服務(wù)功能的升級(jí)。此外，從整體建設(shè)角度看，通過統(tǒng)一虛擬化服務(wù)平臺(tái)能夠更好的實(shí)現(xiàn)資源的集中調(diào)配和按需建設(shè)，實(shí)現(xiàn)更高效的資源利用率，進(jìn)而降低總體建設(shè)成本。

不同于未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施建設(shè)一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)，在運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)部署NFV系統(tǒng)面臨的最大挑戰(zhàn)在于如何與現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)協(xié)同。特別是針對(duì)流量類VNF如何實(shí)現(xiàn)用戶流量到虛擬化服務(wù)平臺(tái)牽引。為此，NFCloud實(shí)現(xiàn)了一套上下行非對(duì)稱的流量牽引及路由機(jī)制，聯(lián)合采用VxLAN、NAT等技術(shù)實(shí)現(xiàn)上下行流量到NFCloud服務(wù)平臺(tái)的導(dǎo)入與導(dǎo)出(見圖5)[5]。

3 結(jié)束語

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)相比傳統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)所具備的集約性、高效性決定了其必然成為一個(gè)發(fā)展的方向。特別是云計(jì)算技術(shù)的普及，云平臺(tái)內(nèi)生的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化系統(tǒng)更將成為一個(gè)主流方向。網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)融合的一體化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)將取代傳統(tǒng)云、網(wǎng)、端分立的局面。

未來網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)設(shè)施在建設(shè)過程中還將不斷迭代升級(jí)，其虛擬化技術(shù)目標(biāo)將向云網(wǎng)端超融合方向發(fā)展，這不僅是支持創(chuàng)新型網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)的需要，也是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展方向。同時(shí)，針對(duì)于運(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)，NFV技術(shù)體現(xiàn)出的優(yōu)勢已經(jīng)愈發(fā)明顯，雖然當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的SDN化程度不高在一定程度上限制了NFV的更進(jìn)一步普及，但隨著基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)開放性的提升，NFV的普及率還將愈發(fā)提高。