网络功能虚拟化软件定义网络

‘壹’ SDN和NFV的区别

一、性质不同

1、NFV：网络功能虚拟化。

2、SDN：软件定义网络。

二、核心技术不同

1、NFV核心技术：通过基于行业标准的x86服务器、存储和交换设备替换通信网络中的专用和专用网络元件设备。

2、SDN核心技术：核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离，实现了对网络流量的灵活控制，使网络作为一个管道更加智能化，为核心网络的创新和应用提供了良好的平台。

(1)网络功能虚拟化软件定义网络扩展阅读：

2006年，SDN诞生于美国GENI项目资助的斯坦福大学CleanSlate课题，斯坦福大学的nickmckeown教授提出了校园网实验创新的openflow概念。基于openflow的可编程特性，sdn的概念应运而生。

CleanSlate项目的最终目标是重塑互联网，旨在改变已经略显过时、难以发展的现有网络基础设施。

‘贰’ 5g无线接入的关键技术主要包含

5G网络技术主要分为三类：核心网、回传和前传网络、无线接入网。核心网关键技术主要包括：网络功能虚拟化（NFV）、软件定义网络（SDN）、网络切片和多接入边缘计算（MEC）。
NFV，就是通过IT虚拟化技术将网络功能软件化，并运行于通用硬件设备之上，以替代传统专用网络硬件设备。
NFV将网络功能以虚拟机的形式运行于通用硬件设备或白盒之上，以实现配置灵活性、可扩展性和移动性，并以此希望降低网络CAPEX和OPEX。
NFV要虚拟化的网络设备主要包括：交换机（比如OpenvSwitch）、路由器、HLR（归属位置寄存器）、SGSN、GGSN、CGSN、RNC（无线网络控制器）、SGW（服务网关）、PGW（分组数据网络网关）、RGW（接入网关）、BRAS（宽带远程接入服务器）、CGNAT（运营商级网络地址转换器）、DPI（深度包检测）、PE路由器、MME（移动管理实体）等。NFV独立于SDN，可单独使用或与SDN结合使用。

‘叁’ 5G技术（三）——核心网

姓名：安鑫 学号：17050110007 学院：物理与光电工程学院

引自：

https://blog.csdn.net/istrangeboy/article/details/103341433

【嵌牛导读】核心网关键技术主要包括：网络功能虚拟化（NFV）、软件定义网络（SDN）、网络切片和多接入边缘计算（MEC）。

【嵌牛提问】核心网的关键技术具体是什么？

【嵌牛鼻子】核心网关键技术

【嵌牛正文】

5G网络技术主要分为三类：核心网、回传和前传网络、无线接入网。本文介绍核心网技术。

1 网络功能虚拟化（NFV）

NFV，就是通过IT虚拟化技术将网络功能软件化，并运行于通用硬件设备之上，以替代传统专用网络硬件设备。NFV将网络功能以虚拟机的形式运行于通用硬件设备或白盒之上，以实现配置灵活性、可扩展性和移动性，并以此希望降低网络CAPEX和OPEX。NFV要虚拟化的网络设备主要包括：交换机（比如Open vSwitch）、路由器、HLR（归属位置寄存器）、SGSN、GGSN、CGSN、RNC（无线网络控制器）、SGW（服务网关）、PGW（分组数据网络网关）、RGW（接入网关）、BRAS（宽带远程接入服务器）、CGNAT（运营商级网络地址转换器）、DPI（深度包检测）、PE路由器、MME（移动管理实体）等。 NFV独立于SDN，可单独使用或与SDN结合使用。

2 软件定义网络（SDN）

软件定义网络（SDN），是一种将网络基础设施层（也成为数据面）与控制层（也称为控制面）分离的网络设计方案。网络基础设施层与控制层通过标准接口连接，比如OpenFLow（首个用于互连数据和控制面的开放协议）。 SDN将网络控制面解耦至通用硬件设备上，并通过软件化集中控制网络资源。控制层通常由SDN控制器实现，基础设施层通常被认为是交换机，SDN通过南向API（比如OpenFLow）连接SDN控制器和交换机，通过北向API连接SDN控制器和应用程序。SDN可实现集中管理，提升了设计灵活性，还可引入开源工具，具备降低CAPEX和OPEX以及激发创新的优势。

3 网络切片（Network Slicing）

5G网络将面向不同的应用场景，比如，超高清视频、VR、大规模物联网、车联网等，不同的场景对网络的移动性、安全性、时延、可靠性，甚至是计费方式的要求是不一样的，因此，需要将一张物理网络分成多个虚拟网络，每个虚拟网络面向不同的应用场景需求。虚拟网络间是逻辑独立的，互不影响。只有实现NFV/SDN之后，才能实现网络切片，不同的切片依靠NFV和SDN通过共享的物理/虚拟资源池来创建。网络切片还包含MEC资源和功能。

4 多接入边缘计算（MEC）

多接入边缘计算（MEC），就是位于网络边缘的、基于云的IT计算和存储环境。它使数据存储和计算能力部署于更靠近用户的边缘，从而降低了网络时延，可更好的提供低时延、高宽带应用。MEC可通过开放生态系统引入新应用，从而帮助运营商提供更丰富的增值服务，比如数据分析、定位服务、AR和数据缓存等

‘肆’ SDN和NFV的区别和联系

软件定义型网络(SDN)

SDN诞生于高校，成熟于数据中心

SDN的基本定义和元素:

1. 分离控制和转发的功能

2. 控制集中化

3.使用广泛定义的(软件)接口使得网络可以执行程序化行为

网络功能虚拟化(NFV)

NFV由服务供应商创建。

NFV旨在利用标准的IT虚拟化技术解决这些问题，具体是把多种网络设备类型融合到数据中心，网络节点和终端用户企业内可定位的行业标准高容量服务器，交换机和存储中。

二者关键点的比较

SDN

产生原因：分离控制和数据平面中央控制可编程网络

目标位置：园区网，数据中心/云

目标设备：商用服务器和交换机

初始化应用：基于云协调器和网络

新的协议：OpenFlow

组织者：Open Networking Forum（ONF）

NFV

产生原因：从专有硬件到普遍硬件过度重新定位网络功能

目标位置：运营商网络

目标设备：商用服务器和交换机

初始化应用：路由器，防火墙，网关，CDN，广域网加速，SLA确保

新的协议：尚无

组织者：ETSI NFV Working Group

‘伍’ 5g承载网的关键技术

5g承载网的关键技术分为三类：核心网、回传和前传网络、无线接入网。
1、核心网。核心网关键技术主要包括：网络功能虚拟化（NFV）、软件定义网络（SDN）、网络切片和多接入边缘计算（MEC）。
2、回传和前传网络。回传（Backhaul）指无线接入网连接到核心网的部分，光纤是回传网络的理想选择，但在光纤难以部署或部署成本过高的环境下，无线回传是替代方案，比如点对点微波、毫米波回传等。前传指BBU池连接拉远RRU部分，如C-RAN章节所述。前传链路容量主要取决于无线空口速率和MIMO天线数量，4G前传链路采用CPRI（通用公共无线接口）协议。
3、无线接入网。为了提升容量、频谱效率，降低时延，提升能效，以满足5G关键KPI，5G无线接入网包含的关键技术包括：C-RAN、SDR（软件定义无线电）、CR（认知无线电）、SmallCells、自组织网络、D2D通信、MassiveMIMO、毫米波、高级调制和接入技术、带内全双工、载波聚合、低时延和低功耗技术等。

‘陆’ 软件定义网络，网络虚拟化和网络功能虚拟化的区别

网络团队经常要处理铺天盖地的配置请求，这些配置请求可能需要数天或数周来处理，所幸的是，现在有几种方法可以帮助企业提高网络灵活性，主要包括网络虚拟化[注](NV)、网络功能虚拟化[注](NFV[注])和软件定义网络[注](SDN[注])。

这三种方法可能听起来有些混淆，但其实每种方法都是在试图解决网络移动性这个宏观问题的不同子集问题。在这篇文章中，我们将探讨NV、NFV和SDN的区别以及每种方法如何帮助我们实现可编程网络。

网络虚拟化

企业网络管理员很难满足不断变化的网络需求。企业需要一种方法来自动化网络，以提高IT对变化的响应率。在这个用例中，我们通常试图解决一个问题：如何跨不同逻辑域移动虚拟机？网络虚拟化其实是通过在流量层面逻辑地划分网络，以在现有网络中创建逻辑网段，这类似于硬盘驱动器的分区。

网络虚拟化是一种覆盖;也是一个隧道。NV并不是物理地连接网络中的两个域，NV是通过现有网络创建一个隧道来连接两个域。NV很有价值，因为管理员不再需要物理地连接每个新的域连接，特别是对于创建的虚拟机。这一点很有用，因为管理员不需要改变他们已经实现的工作。他们得到了一种新方式来虚拟化其基础设施，以及对现有基础设施进行更改。

NV在高性能x86平台上运行。这里的目标是让企业能够独立于现有基础设施来移动虚拟机，而不需要重新配置网络。Nicira(现在属于VMware)是销售NV设备的供应商。NV适合于所有使用虚拟机技术的企业。

网络功能虚拟化

NV提供了创建网络隧道的功能，并采用每个流服务的思维，下一个步骤是将服务放在隧道中。NFV主要虚拟化4-7层网络功能，例如防火墙或IDPS，甚至还包括负载均衡(应用交付控制器)。

如果管理员可以通过简单的点击来设置虚拟机，为什么他们不能以相同的方式打开防火墙或IDS/IPS呢?这正是NFV可以实现的功能。NFV使用针对不同网络组件的最佳做法作为基础措施和配置。如果你有一个特定的隧道，你可以添加防火墙或IDS/IPS到这个隧道。这方面很受欢迎的是来自PLUMgrid或Embrane等公司的防火墙或IDS/IPS。

NFV在高性能x86平台上运行，它允许用户在网络中选定的隧道上开启功能。这里的目标是，让人们为虚拟机或流量创建服务配置文件，并利用x86来在网络上构建抽象层，然后在这个特定逻辑环境中构建虚拟服务。在部署后，NFV能够在配置和培训方面节省大量数据。

NFV还减少了过度配置的需要：客户不需要购买大型防火墙或IDSIPS产品来处理整个网络，客户可以为有需要的特定隧道购买功能。这样可以减少初始资本支出，但其实运营收益才是真正的优势。NFV可以被看作是相当于Vmware，几台服务器运行很多虚拟服务器，通过点击配置系统。

客户了解NV和NFV之间的区别，但他们可能不希望从两家不同的供应商来获得它们。这也是为什么Vmware现在在VmwareNSX提供NV和NFV安全功能的原因。

软件定义网络

SDN利用“罐装”流程来配置网络。例如，当用户想要创建tap时，他们能够对网络进行编程，而不是使用设备来构建网络tap。

SDN通过从数据平面(发送数据包到特定目的地)分离控制平面(告诉网络什么去到哪里)使网络具有可编程性。它依赖于交换机来完成这一工作，该交换机可以利用行业标准控制协议(例如OpenFlow)通过SDN控制器来编程。

NV和NFV添加虚拟通道和功能到物理网络，而SDN则改变物理网络，这确实是配置和管理网络的新的外部驱动手段。SDN的用例可能涉及将大流量从1G端口转移到10G端口，或者聚合大量小流量到一个1G端口。SDN被部署在网络交换机上，而不是x86服务器。BigSwitch和Pica8都有SDN相关的产品。

所有这三种类型的技术都旨在解决移动性和灵活性。我们需要找到一种方式来编程网络，而现在有不同的方法可以实现：NV、NFV和SDN。

NV和NFV可以在现有的网络中运作，因为它们在服务器运行，并与发送到它们的流量进行交互;而SDN则需要一种新的网络架构，从而分离数据平面和控制平面。

‘柒’ sdn是什么意思

软件定义网络（SDN）是控制功能和转发功能的分离，它使网络具有更大的自动化和可编程性。它通常与网络功能虚拟化（NFV）结合使用，NFV以虚拟化网络功能（VNFs）的形式将网络功能与硬件分离。

在SDN架构中有三个层面：

1.应用层：在网络上运行的应用及服务。

2.控制层：SDN控制器或网络的“大脑”。

3.基础面：交换机和路由器，以及其支撑的物理硬件。

为了在这些层级之间进行完成通信，SDN使用北向和南向应用接口（API），其中北向接口在基础层和控制层之间进行通信，南向API在应用层和控制层之间进行通信。

北向接口：使用SDN的应用程序依赖于控制器来告诉他们网络基础状态，以便他们知道哪些资源是可用的。此外，SDN控制器可以根据网络管理员建立的策略自动确保应用程序流量路由。应用层与控制层通信，告诉它应用程序需要什么资源，以及它们的目的地。

控制层协调如何向应用层提供网络中可用的资源。它还利用其智能，根据应用程序的延迟和安全需求，为应用程序找到最佳路径。整个业务流程是自动化完成的，而不是手动配置的。

南向接口：SDN控制器通过南向接口与基础层（如路由器和交换机）通信。网络基础层被告知应用程序数据必须采用由控制器决定的路径转发。控制器可以实时改变路由器和交换机转发的方式。数据不再依赖于设备路由表来确定数据转发路径。相反，控制器可以智能优化数据转发的路径。

‘捌’ SDN 是什么

软件定义网络（Software Defined Network，SDN）是由美国斯坦福大学Clean-Slate课题研究组提出的一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式。

其核心技术OpenFlow通过将网络设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，使网络作为管道变得更加智能，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。

设计思想

利用分层的思想，SDN将数据与控制相分离。在控制层，包括具有逻辑中心化和可编程的控制器，可掌握全局网络信息，方便运营商和科研人员管理配置网络和部署新协议等。

在数据层，包括哑的交换机（与传统的二层交换机不同，专指用于转发数据的设备），仅提供简单的数据转发功能，可以快速处理匹配的数据包，适应流量日益增长的需求。两层之间采用开放的统一接口（如OpenFlow等）进行交互。控制器通过标准接口向交换机下发统一标准规则，交换机仅需按照这些规则执行相应的动作即可。

‘玖’ SDN的主要技术特点

SDN的主要技术特点

SDN的应用场景与SDN技术本身的特点有很大的相关性，下面是我带来的SDN的主要技术特点。供大家参考。

SDN的主要技术特点体现在3方面：

● 转发与控制分离。SDN具有转发与控制分离的特点，采用SDN控制器实现网络拓扑的收集、路由的计算、流表的生成及下发、网络的管理与控制等功能;而网络层设备仅负责流量的转发及策略的执行。通过这种方式可使得网络系统的转发面和控制面独立发展，转发面向通用化、简单化发展，成本可逐步降低;控制面可向集中化、统一化发展，具有更强的性能和容量。

● 控制逻辑集中。转发与控制分离之后，使得控制面向集中化发展。控制面的集中化，使得SDN控制器拥有网络的全局静态拓扑，全网的动态转发表信息，全网络的资源利用率，故障状态等。因此，SDN控制器可实现基于网络级别的统一管理、控制和优化，更可依托全局的拓扑的动态转发信息帮助实现快速的故障定位和排除，提高运营效率。

● 网络能力开放化。SDN还有一个重要特征是支持网络能力开放化。通过集中的SDN控制器实现网络资源的统一管理、整合以及虚拟化后，采用规范化的北向接口为上层应用提供按需分配的网络资源及服务，进而实现网络能力开放。这样的方式打破了现有网络对业务封闭的问题，是一种突破性的创新。

SDN控制与转发分离的特点，使得设备的硬件通用化、简单化，设备的硬件成本可大幅降低，可促进SDN的应用;但由于设备硬件的变化，转发流表的变化也存在SDN设备与现有网络设备的兼容问题，在一定时期内可能限制SDN在大规模网络中的应用。

SDN控制逻辑集中的特点，使得SDN控制器拥有网络全局拓扑和状态，可实施全局优化，提供网络端到端的部署、保障、检测等手段;同时，SDN控制器可集中控制不同层次的网络，实现网络的多层多域协同与优化，如：分组网络与光网络的联合调度。

SDN网络能力开放化的特点，使得网络可编程，易快捷提供的应用服务，网络不再仅仅是基础设施，更是一种服务，SDN的应用范围得到了进一步的拓展。

关于5G移动通信网络架构中SDN与NFV技术的应用论文

【摘要】

在当前的移动通信网络之中，关键在于突破软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的相关技术难题。在此之前，我们了解到如果在5G网络架构中运用SDN和NFV技术，将产生很大程度上的便利；再者，对国际上SDN与NFV技术最前沿的研究状况进行了阐述，对以SDN/NFV的网络架构为基础的设计理念进行了探究；最后，综合各种因素对在SDN/NFV技术之上的5G网络架构展开了试探性的探讨，并且对其中技术上的重难点进行了剖析，提出了相应的解决方案，希望能够为行业发展做出一定的贡献。

关键词

软件定义网络；网络功能虚拟化；5G网络架构

一些市场研究机构经过调研得出这样一个结论，第五代移动通信（以下简称为5G）网络大概会在2017年左右把相关协议确立下来，实现商业化的时间暂定为2020年。然而，近年来互联网流量消耗量不断升高，市场方面需求紧迫，再加之第五代移动通信技术在未来战略中占据着重要的位置，因此，市场上早已开始了对5G网络技术的研究，5G网络的需求正变得越来越迫切。

在国内市场，部分企业和组织也顺应时代的发展，接连开启了对5G网络的技术攻关。国际上更是如此，各国电信运营商争相提出自己的5G设想，并且都在对自己的方案进行技术论证。显然，不管是国外还是国内，无论是运营商还是设备商，都开始了对5G技术研究的漫漫长路。各组织之间的较量对达成行业内的技术共识是十分重要的，对于行业巨头来说，这是获取专利抢占技术高地，决胜未来的关键时期。现在的5G技术，还没有在关键领域达成技术共识。也正因如此，移动通信领域将迎来巨大的变革，这也将带来前所未有的机遇和挑战。

一、将SDN和NFV引入5G网络架构所带来的好处

SDN严格来说是一种网络创新架构，它有一些明显的特点：

1）控制部分与转发部分是隔离开的；

2）控制集中化；

3）用到的软件接口都是被广泛定义的。

核心要点在于，把控制面与数据面隔开，转发的功能仅由硬件设备的下层实现，其上层则分离，用于集中实现控制，从而实现网络应用与功能的可编程性。在集中化的控制系统中，可以掌握所有用户的网络使用情况，进而在全局上对网络流量进行宏观调控，合理配制网络资源，提高对资源的利用率。

在未来的网络中可以科学合理的利用SDN的这些优势，使其可以在网络通信行业大展拳脚。正是由于SDN技术的合理运用，才使得移动网络的基本功能得到更加有效地发挥，这也使其纵向融合变成现实，简化网络的同时可以适应逐渐增长的接入速率。追根溯源，SDN首创于斯坦福大学，而NFV的概念则来源于运营商联盟，他们的目的在于处理硬件设施笨重、传统与难以拓展等问题的同时，可以更好地使用现有的网络，使得投资利益最大化。

在不久前发布的NFV白皮书中可以了解到，他们对于SDN与NFV的关系是这样定义的：首先，这两者有着一种互补关系，他们是可以实现融合的，不过两者并没有依赖关系，换句话说，也就是NFV可以实现独立的布置，而不用考虑SDN的影响。但是两者是存在互补性的，其主要表现在SDN能使NFV具有更大的兼容性和操作简便的特点，反过来，NFV的虚拟化等技术则可以提升SDN的灵活性。

二、目标网络架构初探

就目前市场现状来看，阿朗及中国的华为、中兴等信息通讯公司、各大主要研究机构与论坛等争相提出自己设想的5G白皮书，这些白皮书分别承载了各大公司对5G网络时代的展望，对市场供需关系的理解。当今世界的5G网络架构并不成熟，几乎所有构想都处于刚刚提出，正在进行技术认证的阶段。

在SDN与NFV等基础思想的指导下，设计的5G移动通信网络架构主要有以下三种设计思路：

（1）对网元功能采用划分处理

当前的网络有着封闭且无序的特点，甚至部分功能存在相互冲突的情况，这就需要重新定义网络功能，进行更加清晰地梳理和划分。第一步要做的就是将控制端与转发端进行分离，以及实现软件与硬件的解耦。通过分离可以实现将控制功能全部置于SDN控制器之上的目的，在转发面使用合适的转发设备，一般都是标准件，其优势在于成本低廉，他们在同一接口实现连接。在控制面和转发面上均可以实现扩容或升级功能，这就使得设备愈发便捷高效。

（2）网络功能抽象

在对各部分网元功能进行分开处理之后，还需要做共性提取的工作，经过一定规律的封装，将具有不同功能的模块分离出来，对各模块之间使用的连接口均采用标准件。对比于未划分之前的网络功能，经过分解的网络功能模块将变得越来越多，这就将使得接口和协议变得极为复杂。

经过抽象处理实现网络功能的模块化，在各功能模块之间使用API接口，使得他们更加具有开放性，在相关标准的基础上对其进行重组，让重组后的网元功能具有全网视图，同时尽量满足用户的需求，为客户带来最佳的业务数据流传送与整合方法，进而实现网络资源的合理利用，强化互联网的服务能力。

当今的互联网技术发展日新月异，基于互联网行业的创新实践多如牛毛，这一切的一切都与其使用公共硬件平台，让客户使用开放的API接口，简化民众创新环节，减少创新要求有着极为重要的联系。故而，将API公布给开发者，使其随意使用，互联网的设计与开发突破传统的只针对运营商，转变为面向更为广大的用户群体，让运营商有着更加灵便的网络能力，进而解决已有的.因硬件问题而引发的升级困难、扩展性差等缺点。

（3）网络功能重构

将已经开放接口的各功能子模块分选出来，按照一定的需求进行组合使用，这样一来不但可以拥有基础的现有网络的基本功能，更重要的是可以让各组件相互独立，甚至实现动态性的伸缩，与此同时，可以结合未来的发展趋势进行快速研发、调试和合理布置，体现全新的功能。因此，在这个基础之上网络资源就能够实现共享，而且还能在实际业务的要求下进行按需编排和故障隔离等。这其实也就是进行重新划分并抽象的目的所在。

众所周知，IT技术具有灵活快速的优点，这一点也被电信网络所学习，在即将到来的5G时代，其网络架构将不可能是以往的固定、封闭的架构，取而代之的将是一个全新的依托于虚拟化技术的构架。对现有的模块进行划分及重组之后，不但可以实现最为基本的现有的网络功能，而且更重要的是可以减持冗余。举例说明，比如一些模块的功能或业务已然超过了使用寿命，而且也达到了退出市场的条件。但实际真的如此吗？根据测算其现有电路交换机的两千余个功能使用率甚至不超过百分之一，在模块化的基础之上，运营商就能够根据自己的实际需求进行选择，在最大限度利用投资资源的同时做到省去无用花费的目标。

三、结束语

文章在SDN和NFV技术的基础上，实现现有网络的解耦、抽象和重构，提出了一些创造性的使用设想，比如控制面与转发面实现分离、控制集中化、可编程的未来移动通信网络架构，并对未来移动通信的网络架构采取了试探性的摸索。经过总结分析可以知道，基于SDN和NFV的新型网络架构，不但能解决传统架构固有的一些缺点，还能够满足未来不断增多的新业务对网络可编程和快速响应的要求。