SDN(Software Defined Network)，NFV(Network Function Virtulizaiton)，NV(Network Virtulization)，三個網(wǎng)絡(luò)名詞是電信界與IT界的熱點詞匯，它們與運營商網(wǎng)絡(luò)、云計算，虛擬化密切相關(guān)，所以頻繁的在不同領(lǐng)域，不同場合出現(xiàn)，以致于很多人對它們混為一談，在此，就自己前一段的學(xué)習(xí)與體會，談?wù)勊斫獾腟DN，NFV與NV。

漫談SDN

SDN即軟件定義網(wǎng)絡(luò)，開放網(wǎng)絡(luò)基金會(ONF)將軟件定義網(wǎng)絡(luò)定義為三個特征：

控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離

控制平面集中化

網(wǎng)絡(luò)可編程

了解現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的人一看就明白，我們現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)無論運營商骨干網(wǎng)，城域網(wǎng)，接入網(wǎng)，數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)以及企業(yè)的園區(qū)網(wǎng)，辦公網(wǎng)，都是非SDN的，即硬件定義的網(wǎng)絡(luò)，特點是：

控制部件與轉(zhuǎn)發(fā)部件一體化，形態(tài)上體現(xiàn)為廠家專用的、封閉的、控制與轉(zhuǎn)發(fā)平面緊耦合的設(shè)備;

控制平面工作方式是分布式的，每臺設(shè)備獨立通過二層，三層的協(xié)議學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洌纬赊D(zhuǎn)發(fā)表與路由表，報文轉(zhuǎn)發(fā)自主決定。

不可編程，網(wǎng)絡(luò)的部署通過設(shè)備廠家的特有命令行，命令行各家不一，沒有標(biāo)準(zhǔn)。

SDN描繪的理想網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該是這樣的：

轉(zhuǎn)發(fā)平面通用化(Openflow的目標(biāo))，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的研發(fā)，生產(chǎn)，制造不再有門檻，制造商僅需要將通用芯片組裝成設(shè)備即可，廠家設(shè)備差異化消失。轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備受控于控制器，轉(zhuǎn)發(fā)信息由控制器下發(fā)。

控制器即Controller，要性能強(控制相當(dāng)規(guī)模的網(wǎng)絡(luò))，可部署復(fù)雜業(yè)務(wù)(高級服務(wù))，支持高可用。Controller能形成集群組，支持更大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。

公開的北向接口，應(yīng)用或云平臺可以通過這個接口調(diào)用控制器，實現(xiàn)業(yè)務(wù)所需的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

在這里啰嗦大家熟悉的SDN的定義以及SDN實現(xiàn)的理想網(wǎng)絡(luò)，是因為業(yè)界對SDN有不同的解讀，有種說法是SDN重在第三項特征可編程，第一，二特征沒這么重要。我的看法是，如果控制不集中，在現(xiàn)有設(shè)備商上是可以實現(xiàn)一定程度的可編程，可其帶來的好處是有很大局限的，局限之處在于：

無全局拓?fù)?/h2>

配置上下文一致性沒保證

無統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)運行狀態(tài)信息

因此，SDN的三個特征是互為補充的，只有這三者之間的有機結(jié)合才能真正解決硬件定義網(wǎng)絡(luò)的束縛，上層業(yè)務(wù)才能隨心所欲調(diào)用網(wǎng)絡(luò)，使其為之服務(wù)。

Google的B4以及Facebook最新的數(shù)據(jù)中心都證明了這一點，其核心建設(shè)思想都在強調(diào)Controller對網(wǎng)絡(luò)的全面掌控。可見，強調(diào)滿足一、二特征還是必須的。

談SDN需提及Openflow(盡管它表面上只是一個南向接口協(xié)議)，因為它們被同時提出并緊密相關(guān)，在此，說說我理解的Openflow。

從SDN提出第一天起，以斯坦福大學(xué)Nick教授為代表的學(xué)術(shù)界就一直在致力于轉(zhuǎn)發(fā)平面的通用化，Openflow充分體現(xiàn)了這一設(shè)想。但大家都了解，Openflow的進展到目前為止并不順利，原因有三點：一：目前的商業(yè)芯片無法有效支持Openflow定義的多字段匹配;二：商業(yè)芯片對匹配、動作多級流水線的支持也很有限;第三點倒是與Openflow沒有直接關(guān)系，業(yè)界各廠家推出的controller+switch方案與現(xiàn)網(wǎng)的互通性過于簡單，不滿足生產(chǎn)要求，使得所建的網(wǎng)絡(luò)成為孤島，只能用于特定場合(如研究與測試)，并非可以全面推廣的通用方案。

盡管現(xiàn)狀如此，但Openflow實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)層面通用化的努力還是有非常大的意義。假設(shè)Openflow的標(biāo)準(zhǔn)固定下來，基于Openflow的商業(yè)芯片量產(chǎn)，對于網(wǎng)絡(luò)界的意義不亞于x86對于服務(wù)器行業(yè)的意義。

漫談NFV

NFV是ETSI(即歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會)旨在通過采用通用硬件及在其上流行的虛擬化技術(shù)，來取代目前由電信設(shè)備廠商給運營商提供的專用硬件設(shè)備，從而降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的昂貴成本支出。NFV背后的支持者是電信業(yè)界的各大巨頭。

IT業(yè)者不大了解電信網(wǎng)絡(luò)，以為NFV的目標(biāo)是拿通用服務(wù)器代替數(shù)據(jù)中心的交換機、路由器等設(shè)備。實際上，NFV所涵蓋的范圍要廣泛的多，電信網(wǎng)絡(luò)中除了數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)外還有固定網(wǎng)絡(luò)，移動網(wǎng)絡(luò)以及傳輸網(wǎng)絡(luò)，涉及的網(wǎng)元類型達百十種之多(電信業(yè)內(nèi)的專家都難準(zhǔn)確說出電信網(wǎng)絡(luò)究竟有多少種網(wǎng)元)，都在NFV所涵蓋的范圍。

既然NFV的目標(biāo)是通用服務(wù)器替代專用電信設(shè)備，那就需要了解它們各自的特點。專用電信設(shè)備的特點是性能強，可靠性高，有較強的可擴展能力。而通用服務(wù)器的長處是計算能力強，標(biāo)準(zhǔn)化，有成熟、開放的虛擬化技術(shù)支持。

上面講到電信網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元類型很多，功能上有側(cè)重計算密集型的(以處理信令為主)，也有側(cè)重轉(zhuǎn)發(fā)性能的。NFV應(yīng)該發(fā)揮通用服務(wù)器的強項，目標(biāo)先鎖定那些計算密集型的網(wǎng)元，之后再隨著CPU處理網(wǎng)絡(luò)報文性能的提高，再逐步覆蓋那些側(cè)重轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)元。

這里以數(shù)據(jù)通信設(shè)備為例，講講NFV可能的發(fā)展路徑。數(shù)據(jù)通信中的常見設(shè)備有交換機，路由器，防火墻，深層監(jiān)測及應(yīng)用交付設(shè)備等。交換機與路由器基本工作在OSI定義的二層到三層，而深層監(jiān)測與應(yīng)用交付設(shè)備工作在OSI定義的四層到七層。越往上層走，芯片需要處理的報文字段就越多，計算的工作負(fù)荷就越大;越往下層，芯片需要處理的字段就越少，計算資源的需求就越小。

拿業(yè)界最有代表性的三類芯片CPU，NP(Network Processor)與ASIC(Application Specific Integrated Circuit)作性能分析：NP比CPU快一個數(shù)量級，ASCI又比NP快一個數(shù)量級。拿最新的數(shù)據(jù)參考，NFV領(lǐng)先的某公司剛發(fā)布了性能測試報告，采用的雙路服務(wù)器實現(xiàn)的最大三層轉(zhuǎn)發(fā)性能為80Gbps(注意：該服務(wù)器工作在裸設(shè)備模式，還沒作虛擬化，虛擬化后必然有一定程度的性能降低)，可是，交換機領(lǐng)域量產(chǎn)的單顆芯片的轉(zhuǎn)發(fā)性能已經(jīng)是1.28T。

所以，NFV如果要大行其道的話，CPU必須在性能方面大大縮短與NP及ASIC之間的差距。

漫談NV

隨著云數(shù)據(jù)中心里計算虛擬化的趨勢，數(shù)據(jù)中心中業(yè)務(wù)快速部署、自動化以及自服務(wù)成了必然的需求，這在公有云，大規(guī)模私有云里體現(xiàn)的最為明顯。對網(wǎng)絡(luò)提出了以下幾個方面新的要求：

云平臺無法操縱現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，無法根據(jù)應(yīng)用的要求配置網(wǎng)絡(luò)。

多租戶之間要實現(xiàn)隔離。

單租戶的不同應(yīng)用之間安全性要保障。

虛擬機遷移的要求打破了原有網(wǎng)絡(luò)的邊界，配置的網(wǎng)絡(luò)策略需要隨動遷移。

上述要求使得現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)無所適從，所以NV應(yīng)運而生。

NV的方法是在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)之上構(gòu)建了一個疊加(Overlay)的，虛擬的網(wǎng)絡(luò)，這個網(wǎng)絡(luò)直接支持業(yè)務(wù)，由云平臺操控。而現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)只作為傳輸通道，只在特定情況下支持業(yè)務(wù)(如需要虛機與物理機之間互通)。

NV的體系架構(gòu)大致如下：

服務(wù)器Hypervisor上安裝轉(zhuǎn)發(fā)部件，接收Controller下發(fā)的轉(zhuǎn)發(fā)指令，形成轉(zhuǎn)發(fā)表，轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)報文。

Controller控制其下的Hypervisor們，準(zhǔn)確的說是控制其上的轉(zhuǎn)發(fā)部件;管理整個虛擬網(wǎng)絡(luò)。

Controller提供API接口給云平臺，云平臺部署業(yè)務(wù)時只跟Controller打交道。

對于東西向流量，由Controller控制下的Hypervisor之間(以下稱虛擬機集群)轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)，而南北向流量，需要部署專門的虛擬路由器或物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備作為虛擬機集群的出口。

南北向流量處理需要多提一點的是，不論專門的虛擬路由器還是物理設(shè)備，上面運行的是傳統(tǒng)路由協(xié)議，Controller要與其互通，需要支持相同的協(xié)議。

疊加網(wǎng)絡(luò)是這樣形成的，Hypervisor之間建立隧道，通用的協(xié)議是VXLAN或NVGRE(隧道協(xié)議后續(xù)還有發(fā)展，這里不作探討)。虛擬機之間的流量封裝在Hypervisor地址內(nèi)傳送。物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備只看到Hypervisor地址，不會看到虛擬機地址。

了解傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的就會意識到，這個架構(gòu)似曾相識，虛擬機集群像一臺機架式路由器或交換機，Controller就是主控，Hypervisor就是接口卡，每臺虛擬機連接到接口卡上。Hypervisor之間通過VXLAN連接，VXLAN相當(dāng)于機架式設(shè)備的背板或交換引擎(當(dāng)然VXLAN報文不能跑在空氣中，由物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā))。這里，Controller負(fù)責(zé)控制平面，Hypervisor們組成轉(zhuǎn)發(fā)平面。

在此回答NV是如何解決前面提到的計算虛擬化挑戰(zhàn)問題的：

云平臺通過Controller控制虛擬網(wǎng)絡(luò)，滿足應(yīng)用部署要求。

隧道建立時，有隧道標(biāo)識，VXLAN封裝有VNI字段，24位，1千6百萬個。每個VXLAN就是一個廣播域，VXLAN之間二層隔離。為單個租戶建立獨有的虛擬路由器，租戶VXLAN終結(jié)到自己的路由器，自然也實現(xiàn)了三層隔離。

Hypervisor上的轉(zhuǎn)發(fā)部件可以為虛擬機配置ACL實現(xiàn)安全控制，也可以與第三方安全模塊集成，實現(xiàn)更復(fù)雜的安全功能。

云平臺在遷移虛擬機時同時調(diào)用Controller接口，配置的網(wǎng)絡(luò)策略實現(xiàn)隨動遷移。

最后談?wù)凷DN,NFV,NV三者之間的關(guān)系：

就之前對三者的描述，大家可以了解到，三者間絕不等同，但又互有交集。

SDN, NFV, NV之間的區(qū)別：

三者各自提出的背景不同，解決的問題也不同。SDN解決的是加快網(wǎng)絡(luò)部署的問題，面向的是整張網(wǎng)。而NFV的訴求是通用服務(wù)器對專用網(wǎng)元的替代，針對的是單個的網(wǎng)元。形象的說，SDN關(guān)注的是面的問題，NFV關(guān)注的是點的問題。有電信界專家稱SDN注重降低OPEX，NFV注重降低CAPEX，不無道理(當(dāng)然，SDN的推動轉(zhuǎn)發(fā)平面通用化成為現(xiàn)實，CAPEX也會大大降低)。

再講講SDN與NV的區(qū)別，相比SDN，NV解決的只是虛擬化數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡(luò)問題，SDN面向的網(wǎng)絡(luò)更廣泛，只要有網(wǎng)絡(luò)靈活多變，業(yè)務(wù)部署復(fù)雜，就是SDN的目標(biāo)所在。NV采用疊加網(wǎng)絡(luò)解決虛擬化數(shù)據(jù)中心的方案只能用在數(shù)據(jù)中心，沒法用到園區(qū)網(wǎng)，運營商城域網(wǎng)，骨干網(wǎng)等其他網(wǎng)絡(luò)。所以，NV相比SDN，所針對的只是虛擬機網(wǎng)絡(luò)，只適用于數(shù)據(jù)中心內(nèi)，面向的網(wǎng)絡(luò)范圍要小的多。上一段將SDN與NFV比作面與點的關(guān)系，那NV針對的就是整個網(wǎng)絡(luò)版圖里的一塊塊小角。

總結(jié)一下，SDN,NV,NFV分別對應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的面，角，點。

SDN, NFV, NV之間的交集：

NV是虛擬機世界的網(wǎng)絡(luò)解決方案，我的理解是它采用了SDN的思想，NFV的方式滿足數(shù)據(jù)中心云化的特定網(wǎng)絡(luò)需求。之前的NV架構(gòu)中，Controller與Hypervisor轉(zhuǎn)發(fā)部件之間就是控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，控制平面集中化的體現(xiàn)，Controller又有接口供云平臺調(diào)用，實現(xiàn)可編程，不是完全符合SDN的三個特征嗎?

在介紹NV時提到的處理南北向流量的虛擬路由器，與物理路由器功能上沒有什么不同，只是運行在物理服務(wù)器上的一臺虛擬機，實現(xiàn)了路由器功能，這不就是NFV的實際應(yīng)用!

SDN與NFV訴求不同，前者面向面，后者面向點，但它們盡管不同，但有關(guān)聯(lián)，而且關(guān)聯(lián)關(guān)系會隨著這兩項技術(shù)的發(fā)展會越來越密切。先拋開SDN說NFV，現(xiàn)網(wǎng)中如果拿通用服務(wù)器替代專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，就是NFV的實現(xiàn)。而網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)SDN可以通過現(xiàn)有的專用設(shè)備，只要滿足開篇提到的三特征即可。這么說，好像SDN與NFV無關(guān)。那為什么又說SDN與NFV會越來越密切?通用服務(wù)器替換專用設(shè)備，可能會更便于實現(xiàn)SDN定義的三特征，而且SDN與NFV都是大勢所趨，未來會出現(xiàn)在Controller控制下用通用服務(wù)器作為網(wǎng)元形成的網(wǎng)絡(luò)，既實現(xiàn)了SDN，又是NFV。如果發(fā)展到這一步，SDN與NFV就是完美的融合了。

關(guān)于作者：薛保平，曙光信息產(chǎn)業(yè)公司網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師，分別在曙光，愛立信，世紀(jì)互聯(lián)從事網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與設(shè)施等工作，在數(shù)據(jù)通信行業(yè)有超過15年的從業(yè)經(jīng)驗。