1.2 NFV的内涵

1.2.1 NFV的定义和场景

NFV是通过使用x86等通用性硬件以及虚拟化技术，来承载很多的网络功能化软件，从而降低网络昂贵的设备成本。NFV技术可以通过软硬件解耦及功能抽象，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈。

虚拟化消除了网络功能（NF）和硬件之间的依赖关系，为虚拟化网络功能创建了标准化的执行环境和管理接口。可使多个 VNF以虚拟机（VM）的形式共享物理服务器，物理服务器进一步汇集成为一个集中而灵活的共享NFV 基础设施（NFVI）资源池，这和云计算基础设施很像，而业界主流的NFVI 实现也是在云计算IaaS基础之上，进行了性能、稳定性的优化。NFV的分层架构，使NFV各模块解耦，运营商和设备商各司其职，既紧密合作，又无强绑定。

已发布的 NFV 用例文档描述了 NFVISG 各成员提出的NFV可能应用的场景。主要包括9个不同的用例，分别是基础设施即服务、虚拟网络功能即服务、虚拟网络平台即服务、虚拟网络功能转发表、核心网和IMS虚拟化、基站虚拟化、家庭互联网虚拟化、CDN虚拟化、固网接入虚拟化，涵盖了无线接入、固网接入、企业/家庭、CDN、核心网、数据中心等不同场合。

1.2.2 NFV与其他技术的关系

1.2.2.1 NFV的云计算基因

云计算是一种借助于互联网方式，按需获取一系列可调配资源（如计算、存储、网络、应用服务）的服务，这些资源可被服务提供商管理，并迅速调配、交付和释放。云计算从正式提出到现在已经经历了8年，从Gartner技术曲线也可以看出，云计算早已从技术爆发期过渡到平稳发展期，云计算是以虚拟化技术为原点，不断发展融合，继而成为平台，提供服务。虚拟化也是从计算虚拟化发展到存储虚拟化和网络虚拟化，从而引出NFV的概念。网络功能虚拟化是三者融合的虚拟化技术。

虚拟化技术是一种将现有计算、存储、网络等各种实体资源进行抽象、转换的资源管理技术。虚拟化技术是IT技术发展趋势的一部分，可以为用户带来更好的使用实体资源的组织管理方式，并且这些实体资源的虚拟部分是不受现有资源的架设方式、地域或物理组态所限制。虚拟化技术并不是一门新技术。早在1960年，IBM就第一次提出了虚拟化的概念。目前虚拟化技术种类繁多，如服务器虚拟化、存储虚拟化、网络虚拟化、应用虚拟化等。

服务器虚拟化，顾名思义，就是将服务器物理资源抽象成逻辑资源，让一台服务器变成几台甚至上百台相互隔离的虚拟服务器。最近，随着x86服务器的普及，服务器虚拟化已经达到了饱和点，近的x86服务器工作负载是虚拟化的。2014年，在Gartner关于x86服务器虚拟化基础架构的年度调查中，VMware和微软均被列入领导者象限，前者领先后者紧随。

存储虚拟化就是对存储硬件资源进行抽象化表现。目前，存储虚拟化的应用并未及服务器虚拟化普遍，部分原因是存储硬件便宜，采用这种技术的动机没有服务器虚拟化那么强烈。2014年，VMware收购了一家虚拟存储公司，从而巩固其虚拟存储功能，并发布VirtualSAN(vSAN)的测试版本，这是一个用于汇集多个物理服务器上的基于服务器闪存的解决方案。微软也一直在加强其StorageSpaces技术。目前存储虚拟化逐渐被软件定义存储概念所代替，软件定义存储（SDS）是一种数据存储方式，所有存储相关的控制工作都从阵列控制器中剥离出来。这个软件不是作为存储设备中的固件，而是在一个服务器上作为操作系统（OS）或hypervisor的一部分。而硬件可以是通用x86服务器的普通硬盘存储。

网络虚拟化早期指虚拟专用网络 (VPN)，现在多指软件定义网络。VPN 对网络连接的概念进行了抽象，允许远程用户访问组织的内部网络，如同物理上连接到该网络一样。SDN从2013年开始正式进入大众视野，通过控制与转发分离实现网络的虚拟化。

应用虚拟化包括两层含义：一是应用软件虚拟化；二是桌面虚拟化。应用软件虚拟化是把应用软件对底层系统和硬件的依赖抽象出来，从而解除应用软件与操作系统和硬件的耦合关系。桌面虚拟化就是专注于桌面应用及其运行环境的模拟与分发，是对现有桌面管理自动化体系的完善和补充。

NFV虚拟化是对传统网络的一种颠覆，是对虚拟化技术乃至云平台技术的深化和融合，既借助云平台实现网元功能的虚拟化，又借助SDN实现虚拟化网元的连接，这需要电信运营商、设备商、软件开发商开放合作，形成完整的生态体系。

1.2.2.2 NFV与SDN的关系

网络设备一般由控制平面和数据平面组成。控制平面为数据平面制定转发策略，规划转发路径，如路由协议、网关协议等。数据平面则是执行控制平面策略的实体，包括数据的封装/解封装、查找转发表等。目前，设备的控制面和转发面都是由设备厂商自行设计和开发，不同厂家实现的方式不尽相同。并且，软件化的网络控制面功能被固化在设备中，使设备使用者没有任何控制网络的能力。这种控制平面和数据平面紧耦合的方式带来了网络管理复杂、网络测试繁杂、网络功能上线周期漫长等问题。因而，软件定义网络应运而生。

SDN作为一种新型的网络架构，将设备紧耦合的网络架构解耦成应用、控制、基础设施分离的三层架构，通过标准化的交互协议可实现数据转发层面与控制层面的分离，解耦后的架构提供网络应用的接口，实现网络的集中管理和网络应用的可编程。SDN理念试图打破现有紧耦合的组网模式，为网络灵活控制与统一管理提供思路。

NFV初衷是通过研究发展标准IT虚拟化技术，使许多网络设备类型能够融入到符合行业标准的大量服务器、交换机和存储设备中，进而解决网络现有的问题。其中，包括在一系列行业标准服务器硬件上运行的软件中执行网络功能，这里的软件可以根据需要在网络中不同位置的硬件上安装和卸载，不需要安装新的硬件设备。该技术可以为网络运营商和它们的客户提供显著的好处：

1）通过减少设备的成本和能耗，降低运营商的CAPEX和OPEX；

2）减少部署新网络业务的上市时间；

3）提高新业务的投资利润率；

4）按比例增加、减少和发展业务更具灵活性；

5）向虚拟应用市场和纯软件新成员开放；

6）有机会低风险开展创新业务的实验和部署。

从定义和本质来讲，SDN和NFV是相互独立的两个概念，但是作为未来网络最重要的两项技术，却紧密相关。ETSI ISG工作组发布了白皮书“Network Function Vitualization-Introductory White Paper”。在该白皮书中，详细描述了NFV与SDN的关系，如图1-1所示。

首先，网络功能虚拟化和软件定义网络有很强的互补性，但并不相互依赖。尽管两个概念和解决方案可以融合，并且形成更大的潜在价值，但网络功能虚拟化可以不依赖于SDN部署。

其次，依赖于应用在大量数据中心内的现有技术，网络功能虚拟化的目标可以基于非SDN的机制而实现。但是，如果可以逐渐接近SDN所提出的将控制平面和数据平面分离的思路，那么就能进一步使现有的部署性能增强且简化互操作性，减轻运营和维护流程的负担。

1.2.3 NFV带来的冲击

Infonetics的统计数据显示，来自全球主流运营商和设备提供商86%的受访者认为，容量的弹性伸缩是NFV最大的驱动力，其次是业务软件化带来的新业务上线快和硬件通用化需求。NFV将是对运营商现有运营模式和运维模式的一次重新洗礼。SDN和NFV不仅打乱了运营商根深蒂固的服务网络，而且还会改变运营商开展业务的方式。

首当其冲的改变便是组织架构。当前运营商的组织架构是针对传统网络来设置的，CT和IT部门分离，IT部门多是支撑网络的运营和运维。NFV把IT引入到网络中，CT与IT逐步融合，各部门之间的职责、定位、角色、业务流程等都要发生变化。

其次是需要改变运维模式。现在的网络架构下，运营商采用专业网管、网元垂直管理和专有硬件管理等模式。而网络功能虚拟化之后，运营商现有的运维模式将发生改变，纵向垂直式的管理，将向横向集中运维模式演进，运维从竖井变为横向的分层打通，同时需要增加更多的专业技术人才。

最后，由于NFV采用分层架构，相应地带来建设方式的变化，未来是一个多厂商集成的模式。当前，运营商采用招标模式来采购设备，一套通信系统一般采用同一厂商设备及售后服务，后续升级也都绑定到同一厂商上。而NFV出现后，将是一个开放的生态环境，底层硬件设备、虚拟化软件、虚拟网络功能模块、BSS/OSS都可以解耦，采用不同厂商实现，解除了厂商绑定的风险。如此一来，将对运营商现行的设备采购模式产生较大的冲击，NFV将会对传统运营商的内部体制、运维体系、流程等带来各方面的变化。

对厂商来说，目前设备都有待成熟。NFV到来后，专有硬件设备变为通用服务器，从单纯的硬件角度来说，性能和可靠性方面必然有所下降。以核心网虚拟化设备举例，其性能瓶颈主要集中在I/O接口数据转发上，虚拟化核心网的性能和传统设备相比大概有30%～40%的性能损失，未来目标是减少到10%之内，才能满足NFV规模商用的需求。当然，NFV也在探索DPDK、SR-IOV等软件技术来解决这一问题。此外，NFV的可靠性也是运营商担忧的一个问题。传统专有电信设备，可靠性可达到5个9，这也是电信级网络的需求。而NFV基于通用服务器，可靠性明显低于传统专用的电信设备，这需要在软件上保证系统的可靠性。NFV基于云计算基础设施，为本身的高可靠性带来保证。不管怎样，技术在快速发展，未来这些问题将会逐一解决。