什么叫網(wǎng)絡(luò)虛擬化?先上兩張簡(jiǎn)單粗暴的圖。

所有的通信應(yīng)用無(wú)非就是兩部分組成：計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)。這兩者關(guān)系密不可分，但兩者關(guān)系嚴(yán)重缺乏對(duì)稱性，網(wǎng)絡(luò)一直拖累著計(jì)算。

4G網(wǎng)絡(luò)RAN將會(huì)不斷進(jìn)化，據(jù)說，未來的4G網(wǎng)絡(luò)空口速率將是現(xiàn)在的10倍。隨著智能硬件的爆發(fā)，大量的應(yīng)用接入4G網(wǎng)絡(luò)，人們的流量需求如同海嘯般洶涌而至，我們似乎趕上了好時(shí)代。不過，傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)里，每一類服務(wù)對(duì)應(yīng)基于專用集成電路的帶有專用處理器的專用服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)里的設(shè)備很多，但是，這些家伙就像霸道總裁的辦公室，僅供總裁專用，不管他在與不在，位置都占在那里，誰(shuí)也不敢冒然挪用。

這樣下去，網(wǎng)絡(luò)會(huì)嚴(yán)重拖計(jì)算的后腿。于是，有人想到了虛擬化。

或者，可以這么理解，服務(wù)器覺得老這樣拖著網(wǎng)絡(luò)跑不是辦法，遲早會(huì)被累死，就開始向網(wǎng)絡(luò)扔磚頭了!

專用的硬件對(duì)應(yīng)專用的服務(wù)，這樣的花費(fèi)是昂貴的，為了節(jié)省成本，我們得想想物盡其用。

想想你有一棟超級(jí)大的空置的公寓，你想出租，但是每一位租客的需求是不一樣的。這個(gè)時(shí)候，你想到了“虛擬化”。根據(jù)租客的需求，把這棟公寓虛擬化成不同的建筑風(fēng)格。于是，你對(duì)租客1說，“我有兩棟公寓要出租，你喜歡紅色那一棟還是藍(lán)色那一棟?”。然后你對(duì)租客2說，“我有三棟公寓要出租，大、中、小，你喜歡哪一棟?”。接著租客3。。。 繼續(xù)忽悠。。。 然后，所有的租客都住進(jìn)了你的虛擬公寓，你按住宿時(shí)間和使用空間來收租金。

2012年10月，13家運(yùn)營(yíng)商發(fā)起在ETSI組織下正式成立網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化工作組，即ETSI ISG NFV，致力于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化的需求定義和系統(tǒng)架構(gòu)制定。

談到虛擬化，首先得了解什么是虛擬化技術(shù)?最常用的虛擬化技術(shù)有操作系統(tǒng)中內(nèi)存的虛擬化，實(shí)際運(yùn)行時(shí)用戶需要的內(nèi)存空間可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于物理機(jī)器的內(nèi)存大小，利用內(nèi)存的虛擬化技術(shù)，用戶可以將一部分硬盤虛擬化為內(nèi)存，而這對(duì)用戶是透明的。又如，可以利用虛擬專用網(wǎng)技術(shù)(VPN)在公共網(wǎng)絡(luò)中虛擬化一條安全，穩(wěn)定的“隧道”，用戶感覺像是使用私有網(wǎng)絡(luò)一樣。

NFV就是基于大型共享的OTS(Off-The-Shelf，成品)服務(wù)器，通過軟件定義的方式，探索網(wǎng)絡(luò)實(shí)體的虛擬化使用。在NFV中使用的虛擬機(jī)(Virtual Machines，VMs)技術(shù)是虛擬化技術(shù)的一種。

基于軟件定義的虛擬機(jī)部署成本低，而且可以快速適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)需求變化。虛擬機(jī)就像是將所有能想到的東西都放在一臺(tái)物理服務(wù)器(physical server)上，有了云計(jì)算和虛擬化，那些冗余的服務(wù)器都可以部署在獨(dú)立的物理服務(wù)器上，不但可以并行處理，滿足網(wǎng)絡(luò)峰值需求，還可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求隨時(shí)釋放資源，方便部署，利于故障管理，快速升級(jí)，快速滿足市場(chǎng)需求。

NFV技術(shù)顛覆了傳統(tǒng)電信封閉專用平臺(tái)的思想，同時(shí)引入靈活的彈性資源管理理念，因此，ETSI NFV提出了突破傳統(tǒng)網(wǎng)元功能限制、全新通用的NFV架構(gòu)下圖所示。

NFV技術(shù)主要由3個(gè)部分構(gòu)成：VNF(虛擬網(wǎng)絡(luò)層，Virtualized Network Function)、NFVI(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施NFVI，NFV Infrastructure)和MANO(NFV管理與編排，Management and Orchestration)。

(1)虛擬網(wǎng)絡(luò)層是共享同一物理OTS服務(wù)器的VNF集。對(duì)應(yīng)的就是各個(gè)網(wǎng)元功能的軟件實(shí)現(xiàn)，比如EPC網(wǎng)元、IMS網(wǎng)元等的邏輯實(shí)現(xiàn)。

(2)NFVI，你可以將它理解為基礎(chǔ)設(shè)施層，從云計(jì)算的角度看，就是一個(gè)資源池。NFVI需要將物理計(jì)算/存儲(chǔ)/交換資源通過虛擬化轉(zhuǎn)換為虛擬的計(jì)算/存儲(chǔ)/交換資源池。NFVI映射到物理基礎(chǔ)設(shè)施就是多個(gè)地理上分散的數(shù)據(jù)中心，通過高速通信網(wǎng)連接起來。

(3)NFVMANO?；诓煌姆?wù)等級(jí)協(xié)議(Service Level Agreements ，SLAs)，NFVMANO運(yùn)營(yíng)支撐層負(fù)責(zé)“公平”的分配物理資源，同時(shí)還負(fù)責(zé)冗余管理、錯(cuò)誤管理和彈性調(diào)整等，相當(dāng)于目前目前的OSS/BSS系統(tǒng)。

這樣一來，現(xiàn)在的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)就變成了這樣：

上圖頂部的VNF對(duì)應(yīng)了網(wǎng)元功能的邏輯實(shí)現(xiàn)，比如，由多個(gè)VNF組成的VNF-FG(VNF Forwarding Graph)定義了LTE網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

那么軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)和NFV又有什么關(guān)系呢?

NFV負(fù)責(zé)各種網(wǎng)元的虛擬化，而SDN負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)本身的虛擬化(比如，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)之間的相互連接)。我們先來看看一個(gè)典型的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。

如上圖，一個(gè)網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和節(jié)點(diǎn)間的鏈路組成。每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都有一個(gè)控制面和與其它節(jié)點(diǎn)交換的網(wǎng)絡(luò)信息。在上圖中，右邊的H節(jié)點(diǎn)獲知一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)(10.2.3.x/24)存在，現(xiàn)在它需要將這一信息告訴給網(wǎng)絡(luò)中的其它節(jié)點(diǎn)。然而，節(jié)點(diǎn)H只和節(jié)點(diǎn)F和G直接相連，節(jié)點(diǎn)H通過鏈路狀態(tài)通告(Link State Advertisements ，LSAs)通知節(jié)點(diǎn)F和G，F(xiàn)和G再將信息傳遞給它們的鄰近節(jié)點(diǎn)，最終該消息傳達(dá)到整個(gè)網(wǎng)絡(luò)。這樣，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)更新自己的路由表，以確保數(shù)據(jù)可以傳送到網(wǎng)絡(luò)10.2.3.x/24。

如果節(jié)點(diǎn)C和E之間的鏈路中斷，盡管C和E知道C-E鏈路中斷，但節(jié)點(diǎn)A并不知道，節(jié)點(diǎn)A會(huì)繼續(xù)通過C-E鏈路向網(wǎng)絡(luò)10.2.3.x/24傳送數(shù)據(jù)包。由于節(jié)點(diǎn)的“近視”，導(dǎo)致數(shù)據(jù)堆積在該節(jié)點(diǎn)，這需要花一些時(shí)間來向整個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳送網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)更新信息和完成糾錯(cuò)。網(wǎng)絡(luò)越大，這種情況就越容易發(fā)生。

我們?cè)賮砜纯垂?jié)點(diǎn)G，它由控制面(control plane)和數(shù)據(jù)面(data plane)組成。為了適應(yīng)快速更新，控制面基本上是基于軟件的，這實(shí)際上意味著控制消息的處理時(shí)長(zhǎng)比基于硬件的邏輯單元(比如，數(shù)據(jù)面)要慢5到10倍。一直以來，我們僅要求控制面能夠靈活更新，但對(duì)時(shí)延要求并不是太高。相對(duì)于數(shù)據(jù)面來講，時(shí)延要求較高，我們希望數(shù)據(jù)包能夠傳送得越快越好，所以它必須是基于硬件來實(shí)現(xiàn)的。盡管基于軟件實(shí)現(xiàn)的控制面能滿足目前的要求，但隨著設(shè)備的大量接入，特別是物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，控制面的時(shí)延也需要進(jìn)一步提升。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)負(fù)責(zé)分離控制面和數(shù)據(jù)面，將網(wǎng)絡(luò)控制面整合于一體。這樣，網(wǎng)絡(luò)控制面對(duì)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面就有一個(gè)宏觀的全面的視野。路由協(xié)議交換、路由表生成等路由功能均在統(tǒng)一的控制面完成。實(shí)現(xiàn)控制平面與數(shù)據(jù)平面分離的協(xié)議叫OpenFlow，OpenFlow是SDN一個(gè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。如下圖所示：

從上圖中，我們可以看到，首先需要通過OpenFlow將網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溏R像到控制面，控制面初始化網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，初始化完成后，控制面?huì)實(shí)時(shí)更新網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹?/p>

控制面完成初始化后，會(huì)向每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)發(fā)送轉(zhuǎn)發(fā)表，根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)表用戶數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)傳送。假設(shè)現(xiàn)在節(jié)點(diǎn)H獲知新的網(wǎng)絡(luò) (10.2.3.x/24)。節(jié)點(diǎn)H將通過OpenFlow告知控制面，因?yàn)榭刂泼娼y(tǒng)領(lǐng)全局，它可以快速的為每一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建新的路由表，這樣用戶數(shù)據(jù)就可以傳送到這個(gè)新網(wǎng)絡(luò)。