理解三个网络热点名词：SDN，NFV与NV

SDN(Software Defined Network)，NFV(Network Function Virtulizaiton)，NV(Network Virtulization)，三个网络名词是电信界与IT界的热点词汇，它们与运营商网络、云计算，虚拟化密切相关，所以频繁的在不同领域，不同场合出现，以致于很多人对它们混为一谈，在此，就自己前一段的学习与体会，谈谈所理解的SDN，NFV与NV。

漫谈SDN

SDN即软件定义网络，开放网络基金会(ONF)将软件定义网络定义为三个特征：

控制平面与转发平面分离

控制平面集中化

网络可编程

了解现有网络的人一看就明白，我们现在的网络无论运营商骨干网，城域网，接入网，数据中心网络以及企业的园区网，办公网，都是非SDN的，即硬件定义的网络，特点是：

控制部件与转发部件一体化，形态上体现为厂家专用的、封闭的、控制与转发平面紧耦合的设备;

控制平面工作方式是分布式的，每台设备独立通过二层，三层的协议学习网络拓扑，形成转发表与路由表，报文转发自主决定。

不可编程，网络的部署通过设备厂家的特有命令行，命令行各家不一，没有标准。

SDN描绘的理想网络应该是这样的：

转发平面通用化(Openflow的目标)，转发设备的研发，生产，制造不再有门槛，制造商仅需要将通用芯片组装成设备即可，厂家设备差异化消失。转发设备受控于控制器，转发信息由控制器下发。

控制器即Controller，要性能强(控制相当规模的网络)，可部署复杂业务(高级服务)，支持高可用。Controller能形成集群组，支持更大规模网络。

公开的北向接口，应用或云平台可以通过这个接口调用控制器，实现业务所需的网络服务。

在这里啰嗦大家熟悉的SDN的定义以及SDN实现的理想网络，是因为业界对SDN有不同的解读，有种说法是SDN重在第三项特征可编程，第一，二特征没这么重要。我的看法是，如果控制不集中，在现有设备商上是可以实现一定程度的可编程，可其带来的好处是有很大局限的，局限之处在于：

无全局拓扑

配置上下文一致性没保证

无统一的网络运行状态信息

因此，SDN的三个特征是互为补充的，只有这三者之间的有机结合才能真正解决硬件定义网络的束缚，上层业务才能随心所欲调用网络，使其为之服务。

Google的B4以及Facebook最新的数据中心都证明了这一点，其核心建设思想都在强调Controller对网络的全面掌控。可见，强调满足一、二特征还是必须的。

谈SDN需提及Openflow(尽管它表面上只是一个南向接口协议)，因为它们被同时提出并紧密相关，在此，说说我理解的Openflow。

从SDN提出第一天起，以斯坦福大学Nick教授为代表的学术界就一直在致力于转发平面的通用化，Openflow充分体现了这一设想。但大家都了解，Openflow的进展到目前为止并不顺利，原因有三点：一：目前的商业芯片无法有效支持Openflow定义的多字段匹配;二：商业芯片对匹配、动作多级流水线的支持也很有限;第三点倒是与Openflow没有直接关系，业界各厂家推出的controller+switch方案与现网的互通性过于简单，不满足生产要求，使得所建的网络成为孤岛，只能用于特定场合(如研究与测试)，并非可以全面推广的通用方案。

尽管现状如此，但Openflow实现转发层面通用化的努力还是有非常大的意义。假设Openflow的标准固定下来，基于Openflow的商业芯片量产，对于网络界的意义不亚于x86对于服务器行业的意义。

漫谈NFV

NFV是ETSI(即欧洲电信标准化协会)旨在通过采用通用硬件及在其上流行的虚拟化技术，来取代目前由电信设备厂商给运营商提供的专用硬件设备，从而降低网络建设的昂贵成本支出。NFV背后的支持者是电信业界的各大巨头。

IT业者不大了解电信网络，以为NFV的目标是拿通用服务器代替数据中心的交换机、路由器等设备。实际上，NFV所涵盖的范围要广泛的多，电信网络中除了数据网络外还有固定网络，移动网络以及传输网络，涉及的网元类型达百十种之多(电信业内的专家都难准确说出电信网络究竟有多少种网元)，都在NFV所涵盖的范围。

既然NFV的目标是通用服务器替代专用电信设备，那就需要了解它们各自的特点。专用电信设备的特点是性能强，可靠性高，有较强的可扩展能力。而通用服务器的长处是计算能力强，标准化，有成熟、开放的虚拟化技术支持。

上面讲到电信网络中的网元类型很多，功能上有侧重计算密集型的(以处理信令为主)，也有侧重转发性能的。NFV应该发挥通用服务器的强项，目标先锁定那些计算密集型的网元，之后再随着CPU处理网络报文性能的提高，再逐步覆盖那些侧重转发的网元。

这里以数据通信设备为例，讲讲NFV可能的发展路径。数据通信中的常见设备有交换机，路由器，防火墙，深层监测及应用交付设备等。交换机与路由器基本工作在OSI定义的二层到三层，而深层监测与应用交付设备工作在OSI定义的四层到七层。越往上层走，芯片需要处理的报文字段就越多，计算的工作负荷就越大;越往下层，芯片需要处理的字段就越少，计算资源的需求就越小。

拿业界最有代表性的三类芯片CPU，NP(Network Processor)与ASIC(Application Specific Integrated Circuit)作性能分析：NP比CPU快一个数量级，ASCI又比NP快一个数量级。拿最新的数据参考，NFV领先的某公司刚发布了性能测试报告，采用的双路服务器实现的最大三层转发性能为80Gbps(注意：该服务器工作在裸设备模式，还没作虚拟化，虚拟化后必然有一定程度的性能降低)，可是，交换机领域量产的单颗芯片的转发性能已经是1.28T。

所以，NFV如果要大行其道的话，CPU必须在性能方面大大缩短与NP及ASIC之间的差距。

漫谈NV

随着云数据中心里计算虚拟化的趋势，数据中心中业务快速部署、自动化以及自服务成了必然的需求，这在公有云，大规模私有云里体现的最为明显。对网络提出了以下几个方面新的要求：

云平台无法操纵现有网络设备，无法根据应用的要求配置网络。

多租户之间要实现隔离。

单租户的不同应用之间安全性要保障。

虚拟机迁移的要求打破了原有网络的边界，配置的网络策略需要随动迁移。

上述要求使得现有网络无所适从，所以NV应运而生。

NV的方法是在现有网络之上构建了一个叠加(Overlay)的，虚拟的网络，这个网络直接支持业务，由云平台操控。而现有网络只作为传输通道，只在特定情况下支持业务(如需要虚机与物理机之间互通)。

NV的体系架构大致如下：

服务器Hypervisor上安装转发部件，接收Controller下发的转发指令，形成转发表，转发数据报文。

Controller控制其下的Hypervisor们，准确的说是控制其上的转发部件;管理整个虚拟网络。

Controller提供API接口给云平台，云平台部署业务时只跟Controller打交道。

对于东西向流量，由Controller控制下的Hypervisor之间(以下称虚拟机集群)转发实现，而南北向流量，需要部署专门的虚拟路由器或物理网络设备作为虚拟机集群的出口。

南北向流量处理需要多提一点的是，不论专门的虚拟路由器还是物理设备，上面运行的是传统路由协议，Controller要与其互通，需要支持相同的协议。

叠加网络是这样形成的，Hypervisor之间建立隧道，通用的协议是VXLAN或NVGRE(隧道协议后续还有发展，这里不作探讨)。虚拟机之间的流量封装在Hypervisor地址内传送。物理网络设备只看到Hypervisor地址，不会看到虚拟机地址。

了解传统网络设备的就会意识到，这个架构似曾相识，虚拟机集群像一台机架式路由器或交换机，Controller就是主控，Hypervisor就是接口卡，每台虚拟机连接到接口卡上。Hypervisor之间通过VXLAN连接，VXLAN相当于机架式设备的背板或交换引擎(当然VXLAN报文不能跑在空气中，由物理网络设备转发)。这里，Controller负责控制平面，Hypervisor们组成转发平面。

在此回答NV是如何解决前面提到的计算虚拟化挑战问题的：

云平台通过Controller控制虚拟网络，满足应用部署要求。

隧道建立时，有隧道标识，VXLAN封装有VNI字段，24位，1千6百万个。每个VXLAN就是一个广播域，VXLAN之间二层隔离。为单个租户建立独有的虚拟路由器，租户VXLAN终结到自己的路由器，自然也实现了三层隔离。

Hypervisor上的转发部件可以为虚拟机配置ACL实现安全控制，也可以与第三方安全模块集成，实现更复杂的安全功能。

云平台在迁移虚拟机时同时调用Controller接口，配置的网络策略实现随动迁移。

最后谈谈SDN,NFV,NV三者之间的关系：

就之前对三者的描述，大家可以了解到，三者间绝不等同，但又互有交集。

SDN, NFV, NV之间的区别：

三者各自提出的背景不同，解决的问题也不同。SDN解决的是加快网络部署的问题，面向的是整张网。而NFV的诉求是通用服务器对专用网元的替代，针对的是单个的网元。形象的说，SDN关注的是面的问题，NFV关注的是点的问题。有电信界专家称SDN注重降低OPEX，NFV注重降低CAPEX，不无道理(当然，SDN的推动转发平面通用化成为现实，CAPEX也会大大降低)。

再讲讲SDN与NV的区别，相比SDN，NV解决的只是虚拟化数据中心的网络问题，SDN面向的网络更广泛，只要有网络灵活多变，业务部署复杂，就是SDN的目标所在。NV采用叠加网络解决虚拟化数据中心的方案只能用在数据中心，没法用到园区网，运营商城域网，骨干网等其他网络。所以，NV相比SDN，所针对的只是虚拟机网络，只适用于数据中心内，面向的网络范围要小的多。上一段将SDN与NFV比作面与点的关系，那NV针对的就是整个网络版图里的一块块小角。

总结一下，SDN,NV,NFV分别对应网络的面，角，点。

SDN, NFV, NV之间的交集：

NV是虚拟机世界的网络解决方案，我的理解是它采用了SDN的思想，NFV的方式满足数据中心云化的特定网络需求。之前的NV架构中，Controller与Hypervisor转发部件之间就是控制与转发分离，控制平面集中化的体现，Controller又有接口供云平台调用，实现可编程，不是完全符合SDN的三个特征吗?

在介绍NV时提到的处理南北向流量的虚拟路由器，与物理路由器功能上没有什么不同，只是运行在物理服务器上的一台虚拟机，实现了路由器功能，这不就是NFV的实际应用!

SDN与NFV诉求不同，前者面向面，后者面向点，但它们尽管不同，但有关联，而且关联关系会随着这两项技术的发展会越来越密切。先抛开SDN说NFV，现网中如果拿通用服务器替代专用网络设备，就是NFV的实现。而网络中实现SDN可以通过现有的专用设备，只要满足开篇提到的三特征即可。这么说，好像SDN与NFV无关。那为什么又说SDN与NFV会越来越密切?通用服务器替换专用设备，可能会更便于实现SDN定义的三特征，而且SDN与NFV都是大势所趋，未来会出现在Controller控制下用通用服务器作为网元形成的网络，既实现了SDN，又是NFV。如果发展到这一步，SDN与NFV就是完美的融合了。

关于作者：薛保平，曙光信息产业公司网络架构师，分别在曙光，爱立信，世纪互联从事网络架构，网络设计与设施等工作，在数据通信行业有超过15年的从业经验。