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将SDN与NFV技术应用到有线电视网络集团客户业务的进展(四):“虚拟化的商企CPE(驻地网网关设备)”项目

美国有线电视网络实验室正在加速软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的研发。
 
知名的网络解决方案供应商以及包括SDN(软件定义网络)控制器生产厂商在内的新兴供应商正在研发可用于数据中心/云数据中心的软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术相关可行解决方案,并开始在全球范围内部署。但是,部署率却受到以下两大方面的限制:(1)向一种新的架构进行转变的逻辑;(2)缺乏对于软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术及其影响的理解。
 
TechTarget(一家技术型媒体公司)最近报道了一项针对全球IT(信息技术)公司的调研结果(相关调研的主题是“这些IT公司对于2015年的技术规划”):在接受调研的公司中,有15%计划要部署软件定义网络技术、有27%计划要部署网络功能虚拟化技术。相关调研报告还给出了这样的结论:影响软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术延迟部署的一大原因是“业界缺乏对于这两项技术的理解”。
 
2014年CableLabs(美国有线电视网络实验室)及其各有线电视网络运营商成员单位启动了一个全新的创业型项目,以探索如何快速地将软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术部署到商企服务各个应用场景的数据网络之中。商企服务提供商们已经意识到软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术具有提高业务运营效率的潜力、促进产品创新的潜力以及面向商企集团客户推出不断开发新业务的潜力。
 
总体看来,上述相关项目主要聚焦于软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术的开源化部署方式,并选择OpenDaylight作为开源SDN控制器来打造一个具有参考性的平台。
 
“创业型”方式由企业家Eric Ries定义,可以对成本开销以及人工创造力进行优化,以通过全新的制造技术来驱动相关成果的创建。具体地,“创业型”方式包括快速的科学实验、早期反馈(来自关键利益主体)两个主要流程,并聚焦于关键特征、对相关反馈以及变化的环境迅速作出响应。
 
在有线电视网络运营商业务集合之中的商企服务部分,有着大量的业务,主要包括:以太网服务、移动回程、第二层虚拟专用网络、第三层虚拟专用网络、云计算服务以及安全服务等。为了在把软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术部署到商企服务的解决方案方面取得进步,CableLabs(美国有线电视网络实验室)提议采取“快速科学实验”的方式,来确定优先部署上述两项新兴技术的应用场景清单/列表,然后再利用已有可用的开源SDN控制器平台,具体地针对这些应用场景研发标准化的数据模型以及各项网络服务的应用编程接口。OpenDaylight开源控制器的应用编程接口连接功能可用于通过每种应用场景之下的实际网络资源或者虚拟网络资源来部署各类网络服务。
 
紧接着,网络服务应用编程接口就可以被上传到开源开发者社区进行共享。通过标准化之后,商企服务应用提供商们就可以据此进行使用。通过这种方式,众多的第三方供应商就可以通过开源控制器以及开放式的标准化应用编程接口,为有线电视网络运营商开发用于商企服务的软件定义网络应用以及各种虚拟化的网络功能软件/虚拟机。
 
CableLabs(美国有线电视网络实验室)的相关项目组的处理方式为:把每种商企服务的应用场景划分为通信栈之中的一个“瘦切片”,并为每一个这样的“瘦切片”研发与验证相对应的数据模型以及应用编程接口。如此一来,相关的挑战就被划分到可管理的分段之中:把“瘦切片”的数据模型以及应用编程接口上传到开源社区,对应用编程接口进行与开源控制器相适配的优化,然后再面向广大的第三方软件开发者全面地开放相关接口。
 
图1所示即为“瘦切片”的理念。其中的示例应用场景是MEF(城域以太网服务)——由全球城域以太网论坛所明确的诸如以太网专线服务的Service Definitions(服务定义)。此外,其中所采取的是OpenDaylight开源控制器。

1  CableLabs(美国有线电视网络实验室)采取“瘦切片”模式的CableCloud(有线电视网络“云”)架构
资料来源:自参考文献[1]
 
通过开源SDN控制器,网络服务应用编程接口通过配置诸如虚拟交换机等网络资源来获得必要的网络连接来辅助商企服务应用,并通过执行突发数据流量控制、吞吐量限制以及MTU(最大吞吐单元)大小调整等SLA(Service Level Agreement,服务等级协议)。相关配置的大部分都可以被考虑进软件定义网络技术的功能范畴。
 
此外,如果虚拟交换机的配置并不足以满足商企服务的目标,那么就可以通过适当地增加VNFs(Virtual Network Functions,虚拟化的网络功能)来提高相关能力。例如,很多的服务等级协议需要执行并监测吞吐速率、延迟/时延以及抖动等性能参数。
 
另外,某个虚拟化的网络功能的部署位置比较灵活:可以是云端、可以是网元,或者是云端与网元之间的某个网络节点。图2所示为以FM(Fault Management,故障管理)与PM(Performance Management,性能管理)为例,将相关的网元分别部署于云端以及网元之中。

部署有虚拟化性能管理功能以及虚拟化故障管理功能的以太网专线服务
资料来源:自参考文献[1]
 
在商企服务的部署之中,有线电视网络运营商通常会在集团客户的驻地机房采取NID(Network Interface Device,网络接口设备)来终结服务提供商网络,并将服务提供商的外部网络连接至集团客户的内部网络。图2就列出了一个可发挥网络接口设备功用的网元。网络接口设备可执行多项功能以支撑商企服务数据流量的传送,包括:带宽管理、QoS(服务质量)、数据分组/包标记、服务等级协议监测(比如:网络环回测试)、网络故障检测以及其他众多的网络性能管理功能。
 
同其他的网元一样,也可以采取软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术来部署网络接口设备,以获得上文相关部分所述的巨大潜在效益。实际上,MEF(全球城域以太网论坛)已经明确了vNID(虚拟化的网络接口设备)的定义,一些网络设备供应商也陆续地宣布推出虚拟化网络接口设备产品或者虚拟化商企服务CPEs(驻地网网关)。但是,这些产品或者解决方案在目前尚未成熟,而且并未充分地利用好软件定义网络技术与网络功能虚拟化技术潜在的灵活性以及自动化能力。
 
此外,目前,开源控制器平台仍在继续向前发展与演进。某些虚拟化商企服务CPEs或者虚拟化网络接口设备供应商正在其产品中设置开源SDN控制器的某些功能。但是,开源控制器平台的潜力尚未得到挖掘。
 
随着面向商企服务的标准化应用编程接口已经可以投入实用,并已面向开源平台而优化,而且,网络设备供应商们也使用这些应用编程接口来为有线电视网络运营商的商企服务开发相关的网络应用以及虚拟化的网络功能软件,虚拟化商企服务CPEs也将成为虚拟化商企服务的一大关键部分。
 
CableLabs(美国有线电视网络实验室)的目标是助力有线电视网络行业在开源网络虚拟化技术创新、规范以及集成/整合方面成为引领者。为此,美国有线电视网络实验室已经在其CableCloud总体项目中成立了多个相关的项目小组来推动网络功能虚拟化技术的发展。其中的“虚拟化商企服务驻地网关设备”项目所采取的是“瘦切片”模式,并已经采取OpenDaylight开源协议为以太网专线服务开发了相应的数据模型以及应用编程接口。该项目组还研发了如图3所示的开发与演示平台,其中,采取了Raspberry Pi小型计算平台来运行虚拟机以仿真出网络接口设备NID,并以一个简单的用户界面对相关工作流程进行初始化,应用编程接口向OpenDaylight开源控制器发起相关请求,以对Raspberry Pi小型计算平台之中的虚拟机进行配置,来建立相互之间的连接链路。相关平台对各个应用编程接口进行了验证,并已对通过OpenDaylight开源控制器以及应用编程接口创建虚拟化商企服务驻地网关设备的概念进行了验证。

美国有线电视网络实验室“虚拟化商企服务驻地网关设备”开发与演示平台
资料来源:自参考文献[1]
 
“虚拟化商企服务驻地网关设备”首个应用场景或者“瘦切片”就是以太网专线服务。接下来,该项目组还将通过扩展对应的数据模型以及应用编程接口来打造其他商企服务的“瘦切片”。
 
目前,美国有线电视网络实验室正在为包括有线电视网络运营商在内的服务提供商进一步发展商企服务而积极参与开源项目的研究,并向相关的国际标准化组织提交工作成果文档、研发相关的技术平台。
 
 
参考文献:
 [1] Kevin Luehrs, Virtual Business CPE[C]. 2015 Spring Technical Forum Proceedings. NY:NCTA, 2015-05-05.
 
本文作者为上海情报服务平台兼职情报分析员
 

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