一页纸看懂SDN与NFV的区别与联系

随着5G网络上市网络性能不断进化,未来的5G网络空口速率将是现在的几十倍。随着智能硬件的爆发,大量的应用接入5G网络,人们的流量需求如同海啸般汹涌而至,我们似乎赶上了好时代。但传统的通信网络里,每一类服务对应基于专用集成电路的带有专用处理器的专用服务器,网络硬件的发展远远赶不上服务器及网络变革发展的速度。基于此网络会严重拖计算的后腿。于是,专家们想到了虚拟化。

这时出现虚拟化的两派系:NFV和SDN。首先说明下什么是虚拟化技术?最常用的虚拟化技术有操作系统中内存的虚拟化,实际运行时用户需要的内存空间可能远远大于物理机器的内存大小,利用内存的虚拟化技术,用户可以将一部分硬盘虚拟化为内存,而这对用户是透明的。又如,可以利用虚拟专用网技术(VPN)在公共网络中虚拟化一条安全,稳定的“隧道”,用户感觉像是使用私有网络一样。

一、NFV是什么?

NFV就是基于大型共享的OTS(Off-The-Shelf,成品)服务器,通过软件定义的方式,探索网络实体的虚拟化使用。在NFV中使用的虚拟机(Virtual Machines,VMs)技术是虚拟化技术的一种。

基于软件定义的虚拟机部署成本低,而且可以快速适应网络需求变化。虚拟机就像是将所有能想到的东西都放在一台物理服务器(physical server)上,有了云计算和虚拟化,那些冗余的服务器都可以部署在独立的物理服务器上,不但可以并行处理,满足网络峰值需求,还可以根据网络需求随时释放资源,方便部署,利于故障管理,快速升级,快速满足市场需求。

NFV技术颠覆了传统电信封闭专用平台的思想,同时引入灵活的弹性资源管理理念,因此,ETSI NFV提出了突破传统网元功能限制、全新通用的NFV架构下图所示。

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NFV技术主要由3个部分构成:VNF(虚拟网络层,Virtualized Network Function)、NFVI(网络功能虚拟化基础设施NFVI,NFV Infrastructure)和MANO(NFV管理与编排,Management and Orchestration)。

(1)虚拟网络层是共享同一物理OTS服务器的VNF集。对应的就是各个网元功能的软件实现,比如EPC网元、IMS网元等的逻辑实现。

(2)NFVI,你可以将它理解为基础设施层,从云计算的角度看,就是一个资源池。NFVI需要将物理计算/存储/交换资源通过虚拟化转换为虚拟的计算/存储/交换资源池。NFVI映射到物理基础设施就是多个地理上分散的数据中心,通过高速通信网连接起来。

(3)NFVMANO。基于不同的服务等级协议(Service Level Agreements ,SLAs),NFVMANO运营支撑层负责“公平”的分配物理资源,同时还负责冗余管理、错误管理和弹性调整等,相当于目前目前的OSS/BSS系统。

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二、SDN是什么?

NFV负责各种网元的虚拟化,而SDN负责网络本身的虚拟化(比如,网络节点和节点之间的相互连接)。

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如上图,一个网络由网络节点和节点间的链路组成。每一个节点都有一个控制面和与其它节点交换的网络信息。在上图中,右边的H节点获知一个新的网络(10.2.3.x/24)存在,现在它需要将这一信息告诉给网络中的其它节点。然而,节点H只和节点F和G直接相连,节点H通过链路状态通告(Link State Advertisements ,LSAs)通知节点F和G,F和G再将信息传递给它们的邻近节点,最终该消息传达到整个网络。这样,网络内每个节点都会更新自己的路由表,以确保数据可以传送到网络10.2.3.x/24。

如果节点C和E之间的链路中断,尽管C和E知道C-E链路中断,但节点A并不知道,节点A会继续通过C-E链路向网络10.2.3.x/24传送数据包。由于节点的“近视”,导致数据堆积在该节点,这需要花一些时间来向整个网络传送网络状态更新信息和完成纠错。网络越大,这种情况就越容易发生。

我们再来看看节点G,它由控制面(control plane)和数据面(data plane)组成。为了适应快速更新,控制面基本上是基于软件的,这实际上意味着控制消息的处理时长比基于硬件的逻辑单元(比如,数据面)要慢5到10倍。一直以来,我们仅要求控制面能够灵活更新,但对时延要求并不是太高。相对于数据面来讲,时延要求较高,我们希望数据包能够传送得越快越好,所以它必须是基于硬件来实现的。尽管基于软件实现的控制面能满足目前的要求,但随着设备的大量接入,特别是物联网的应用,控制面的时延也需要进一步提升。

软件定义网络(SDN)负责分离控制面和数据面,将网络控制面整合于一体。这样,网络控制面对网络数据面就有一个宏观的全面的视野。路由协议交换、路由表生成等路由功能均在统一的控制面完成。实现控制平面与数据平面分离的协议叫OpenFlow,OpenFlow是SDN一个网络协议。如下图所示:

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从上图中,我们可以看到,首先需要通过OpenFlow将网络拓扑镜像到控制面,控制面初始化网络拓扑,初始化完成后,控制面会实时更新网络拓扑。

控制面完成初始化后,会向每个转发节点发送转发表,根据转发表用户数据在网络内传送。假设现在节点H获知新的网络 (10.2.3.x/24)。节点H将通过OpenFlow告知控制面,因为控制面统领全局,它可以快速的为每一个转发节点创建新的路由表,这样用户数据就可以传送到这个新网络。

三、NFV&SDN关系与区别?

(1)核心功能差异

  • SDN的三个核心要点:

1.将控制平面和数据平面分离,这是最核心的部分,现在经常提到的SDS其核心也是控制和转发分离,这是SDS设计重要原则之一,可见SDN是先于SDS的;

2.SDN使用的都是商用化,通用的路由器和交换机,这是相对于专有的芯片,专有的架构,专有的设备而言的;

3.控制面可编程;

  • 对应的NFV的三大关键点是:

1.将网络设备的功能从网络硬件中解耦出来;

2.将电信硬件设备从专用产品转为商业化产品;

3.数据平面可编程;

(2)对应OSI应用层级

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1.SDN跟NFV最明显的区别是,SDN处理的是OSI模型中的2-3层,NFV处理的是4-7。

2.SDN主要是优化网络基础设施架构,比如以太网交换机,路由器和无线网络等。

3.NFV主要是优化网络的功能,比如负载均衡,防火墙,WAN网优化控制器等。

(3)两者带来的好处:

  • SDN带来的好处:

1.简化由成千上万来自不同供应商,API接口的物理路由器交换机组成的整个网络的配置过程。

2.从应用或者策略管理的来看,整个网络大大简化,从而简化了操作。

3.减少成本,不用再为一些功能强大的贵的硬件花冤枉钱了。

  • NFV带来的好处:

1.加快产品和新业务推向市场的速度,因为无需改变硬件,要知道,硬件修改要费尽的多,开发测试周期太长。

2.由于标准化的作用,带来采购,设计,集成和基础设施的维护的过程大大简化;

3.由于有了动态分配硬件资源的能力,可以在确定的时间增加网络功能,从而增加了灵活性/扩展;

(4)NFV&SDN对数据中心架构带来的变化

  • SDN为数据中心网络架构带来的变化。

要NFV负责各种网元的虚拟化,而SDN负责网络本身的虚拟化

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  • NFV对运营商网络架构带来的变化。

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(5)SDN和NFV以及相关技术组成在网络架构中所处的位置。

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