以軟件仿真專(zhuān)用設備功能　NFV技術(shù)革新網(wǎng)絡(luò )架構

　　現今網(wǎng)絡(luò )建設系以硬設備為核心，不僅易有兼容與互操作性問(wèn)題，客制化設計難度及成本也相當高，因此，以軟件仿真各種專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )設備功能的網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化(Network Functions Virtualization, NFV)技術(shù)逐漸抬頭，并已成為全球網(wǎng)絡(luò )服務(wù)與電信商積極研發(fā)的新焦點(diǎn)。

　　隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)的普及，提供網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的營(yíng)運商須部署各種專(zhuān)業(yè)網(wǎng)絡(luò )設備及相應的軟件平臺，以支持愈趨多樣化的聯(lián)網(wǎng)需求。然而目前網(wǎng)絡(luò )建置普遍奠基于硬件思維，各式硬設備常有不兼容或無(wú)法互通的情形，導致網(wǎng)絡(luò )營(yíng)運商商在規劃網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)時(shí)，常須耗費大量部署時(shí)間及高額成本尋求合適的解決方案。若為大型網(wǎng)絡(luò )建置案，其規劃難度、期程與成本又將大幅提高。

　　為解決網(wǎng)絡(luò )營(yíng)運商開(kāi)始面臨的困境，更節省布建與維護成本、部署時(shí)更具靈活性的網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化(Network Functions Virtualization, NFV)概念逐漸興起。其做法為，將原先部署于數據中心、網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)或終端用戶(hù)處的路由器、防火墻、負載均衡器(Load Balancer)、交換機、服務(wù)器等各式信息基礎設備的網(wǎng)絡(luò )功能，利用標準虛擬化技術(shù)，整合于共享的服務(wù)器、儲存設備與交換機中。換言之，諸如封包傳遞、路由、數據傳輸層控制權等網(wǎng)絡(luò )功能，將從各種網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)有設備中搬移出并被標準化，改由一般網(wǎng)絡(luò )硬件及控制軟件進(jìn)行協(xié)調管理，昂貴的網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)屬設備將被取代。

　　基于NFV，網(wǎng)絡(luò )與電信營(yíng)運商得以更為節省成本、彈性與靈活地處理客戶(hù)網(wǎng)絡(luò )建置需求，或適應不斷變革的網(wǎng)絡(luò )應用服務(wù)，而不須經(jīng)由升級或更換專(zhuān)用設備來(lái)達成目的;也因部署服務(wù)與設備的周期大為縮短，可幫助營(yíng)運商快速因應網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)日新月異的變化，加速業(yè)務(wù)的拓展。對于中、大型企業(yè)而言，藉由各式信息專(zhuān)有設備的虛擬化，除推動(dòng)革新商用服務(wù)時(shí)的相關(guān)部署較不因硬件受限外，亦能減少硬件資源浪費、提升使用效率、節約設備的擺設空間與可觀(guān)的用電成本。

　　以下將介紹目前推動(dòng)NFV相關(guān)標準制定的發(fā)展情形與其相關(guān)技術(shù)架構。

　　電信商齊心推動(dòng)　NFV標準制定如火如荼

　　目前NFV相關(guān)標準制定事宜，主要由歐洲電信標準協(xié)會(huì )(ETSI)所推動(dòng)?？春眯畔⒃O備網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化所帶來(lái)的影響與收益，營(yíng)運商是參與NFV標準發(fā)展活動(dòng)最為積極的群體，尤其是網(wǎng)絡(luò )服務(wù)與電信營(yíng)運商。2012年底，ETSI成立NFV產(chǎn)業(yè)規格小組(Industry Specification Group, ISG)，由ATT、CenturyLink、Colt、Telstra、Verizon、Orange、KDDI、日本電信(NTT)、英國電信(BT)、中國移動(dòng)、德國電信(Deutsche Telekom)、意大利電信(Telecom Italia)、西班牙電信(Telefonica)等十數家具指標性的大型營(yíng)運商所主導，目前全球已有超過(guò)一百五十個(gè)組織成員加入相關(guān)標準工作的推動(dòng)。

　　ETSI NFV ISG除公布NFV標準規畫(huà)時(shí)程與目標外，亦發(fā)表白皮書(shū)說(shuō)明標準發(fā)展進(jìn)度，包括NFV技術(shù)發(fā)展之愿景、優(yōu)勢與技術(shù)挑戰等。截至2013年10月，該小組已公開(kāi)五篇GS(ETSI Group Specification)標準文件，其主要內容如下列所述。

　　.NFV應用案例(Use Cases)

　　該標準文件中描述數個(gè)NFV ISG初步認為適合應用NFV技術(shù)的情境或領(lǐng)域。

　　.NFV結構框架(Architectural Framework)

　　該文件敘述NFV技術(shù)的高階功能架構(High-level NFV Framework)、虛擬化網(wǎng)絡(luò )相關(guān)功能，以及虛擬化基礎建設之規畫(huà)原則等內容。

　　.NFV術(shù)語(yǔ)文件(Terminology for Main Concepts in NFV)

　　該文件定義NFV ISG推動(dòng)標準制定過(guò)程中，所統一使用的專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)。

　　.NFV需求文件(Virtualisation Requirements)

　　內容描述欲實(shí)現NFV及其服務(wù)模式時(shí)，所牽涉的相關(guān)技術(shù)或商業(yè)需求。

　　.NFV概念證明(Proofs of Concepts; Framework)

　　該文件說(shuō)明NFV ISG針對NFV相關(guān)生態(tài)系統(Ecosystem)之互操作性的測試與驗證，所規畫(huà)發(fā)展的概念性證明架構。

　　而2014?2015年，NFV ISG的預期工作，則為NFV愿景與現況實(shí)行之落差的相關(guān)議題探討，并將闡述NFV相關(guān)技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。

　　NFV包含五大功能區塊

　　根據推動(dòng)NFV標準制定工作的ETSI組織所釋出的標準文件，NFV的技術(shù)架構如圖1所示，共可分為五個(gè)功能區塊，包括：「虛擬化網(wǎng)絡(luò )功能(Virtualized Network Function, VNF)」、「網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化基礎建設(NFV Infrastructure, NFVI)」、「網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化管理與協(xié)調流程(NFV Management and Orchestration, NFV MANO)」、「營(yíng)運支持系統(Operation Support System, OSS)及企業(yè)支持系統(Business Support Systems, BSS)」、「服務(wù)、虛擬化網(wǎng)絡(luò )功能及基礎建設描述(Service, VNF and Infrastructure Description)」，以下將就各功能區塊分別進(jìn)行介紹。

　　圖1　NFV技術(shù)架構

　　虛擬化網(wǎng)絡(luò )功能

　　此功能區塊由各種不同的虛擬網(wǎng)絡(luò )功能與網(wǎng)絡(luò )組件管理系統(Element Management System, EMS)組成，前者顧名思義，是由軟件的形式來(lái)實(shí)現原本傳統的非虛擬化網(wǎng)絡(luò )中，各類(lèi)網(wǎng)絡(luò )硬件所具備的功能，例如第三代合作伙伴計劃(3GPP)長(cháng)程演進(jìn)計劃(LTE)EPC中的行動(dòng)管理實(shí)體(Mobility Management Entity, MME)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)(Serving Gateway, SGW)、封包數據網(wǎng)絡(luò )網(wǎng)關(guān)(Packet Data Network Gateway, PGW)等功能，家庭網(wǎng)絡(luò )中的家庭網(wǎng)關(guān)(Residential Gateway, RGW)功能，抑或傳統網(wǎng)絡(luò )功能中的動(dòng)態(tài)主機配置協(xié)議(DHCP)、防火墻等功能。

　　一個(gè)VNF可被配置在一或多個(gè)的虛擬機(Virtual Machines, VM)之上，由EMS負責VNF的操作與管理，通常每個(gè)VNF各自具備相對應的EMS對其進(jìn)行操控，然有時(shí)一個(gè)EMS也可能同時(shí)管理多個(gè)VNF，EMS與VNF的配合操作取代傳統網(wǎng)絡(luò )的運作模式，不再須要布建各式網(wǎng)絡(luò )專(zhuān)用硬件。

　　網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化基礎建設

　　NFVI即NFV架構中最基本的基礎建設，主要包含虛擬資源(Virtualised Resources)、虛擬層次(Virtualisation Layer)、實(shí)體資源(Hardware Resources)三個(gè)功能區塊。其中，實(shí)體資源包括計算、儲存與網(wǎng)絡(luò )(例如路由器、有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)鏈接等)的硬件資源，虛擬層次則介于實(shí)體與虛擬資源之間，跨軟硬件進(jìn)行整合，將硬件資源虛擬化之后，便成為可動(dòng)態(tài)請求使用的虛擬資源。

　　所有VNF及EMS皆架設于NFVI之上，NFVI中無(wú)論是虛擬層次或硬件資源，由VNF的角度來(lái)看，皆被視為一體，用以提供VNF所需的虛擬化資源。

　　網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化管理與協(xié)調流程

　　NFV MANO功能區塊為NFV技術(shù)架構中進(jìn)行整體控管與協(xié)調的重要角色，主要包括流程協(xié)調(Orchestrator)、VNF管理(VNF Manager)與虛擬化基礎建設管理(Virtualised Infrastructure Manager)三個(gè)部分。每當有軟件及硬件資源的需求時(shí)，NFV MANO將協(xié)調、驗證與授權相關(guān)資源的請求，同時(shí)負責管理VNF的生命周期(Lifecycle)，例如實(shí)例化(Instantiation)、彈性組織(Scaling)、更新、查詢(xún)、終止等。此外，NFV MANO亦負責網(wǎng)絡(luò )服務(wù)的策略管理(Policy Management)、效能量測與關(guān)聯(lián)事件的收集與轉送、與基礎建設相關(guān)資源的配置，例如為虛擬機添增資源、提升能源效率(Energy Efficiency)、資源歸還(Resource Reclamation)等。

　　營(yíng)運支持系統/企業(yè)支持系統

　　此功能區塊代表著(zhù)營(yíng)運商各自的營(yíng)運支持系統與企業(yè)支持系統。對于網(wǎng)絡(luò )服務(wù)或電信營(yíng)運商而言，采用NFV技術(shù)架構快速、靈活的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )部署業(yè)務(wù)，以提供用戶(hù)各式便利服務(wù)的同時(shí)，必須考慮自身的營(yíng)運業(yè)務(wù)模式與計費原則。因此，NFV MANO執行資源調配取用的任務(wù)時(shí)，將參考營(yíng)運支持系統與企業(yè)支持系統的角度來(lái)進(jìn)行協(xié)調配置。

　　服務(wù)/虛擬網(wǎng)絡(luò )功能及基礎建設描述

　　由于NFV系統將朝向跨廠(chǎng)商或跨業(yè)務(wù)發(fā)展，其相關(guān)服務(wù)與整體運作過(guò)程中牽涉到許多資料的處理運算，NFV MANO進(jìn)行流程協(xié)調管理時(shí)，必須辨識及參考相關(guān)數據，這些信息便定義于「服務(wù)、虛擬化網(wǎng)絡(luò )功能及基礎建設描述」數據文件(Data-set)中，內容可能含有VNF部署范本(Deployment Template)、VNF轉送圖(Forwarding Graph)、NFVI信息模型(Information Model)與各式服務(wù)相關(guān)信息等。

　　其中，VNF轉送圖可包括端到端(E2E)服務(wù)描述與績(jì)效指針(KPI)數據、各VNF描述及實(shí)體網(wǎng)絡(luò )功能描述的數據與相關(guān)鏈接(Link)、實(shí)體與邏輯接口描述數據等信息。

　　NFV降低硬件建置與維護成本

　　NFV將既有專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )設備的功能以軟件的方式虛擬化，并經(jīng)由云端運算(Cloud Computing)相關(guān)技術(shù)實(shí)現，藉此可快速、靈活與彈性的部署網(wǎng)絡(luò )業(yè)務(wù)，縮短設備配置周期，降低硬件建置與維運的成本，同時(shí)提升服務(wù)推陳出新的效率與便捷性，進(jìn)一步為網(wǎng)絡(luò )服務(wù)與電信營(yíng)運商創(chuàng )造更高營(yíng)收。資策會(huì )產(chǎn)業(yè)情報研究所(MIC)認為，NFV為2014年重大科技產(chǎn)業(yè)趨勢關(guān)鍵技術(shù)，此外，由于NFV的運作概念中，與網(wǎng)通業(yè)者積極推動(dòng)的軟件定義網(wǎng)絡(luò )(Software-Defined Networking, SDN)技術(shù)擁有相通的核心精神，兩者具備互補整合之高度條件，可能于不久的將來(lái)掀起下一波網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)業(yè)新革命。

　　另一方面，因NFV技術(shù)發(fā)展時(shí)程不長(cháng)，其標準制定組織ETSI NFV ISG亦才提出相關(guān)技術(shù)架構不久，目前市面尚無(wú)足夠的設備產(chǎn)品或服務(wù)來(lái)實(shí)現與驗證，加上NFV的運作模式從根本上，與傳統網(wǎng)絡(luò )的硬件布建思維大相徑庭，虛擬化網(wǎng)絡(luò )架構與服務(wù)如欲普及，無(wú)論于技術(shù)接軌、實(shí)際營(yíng)運或管理等方面，皆存在許多可能面臨的挑戰，如舊有網(wǎng)絡(luò )設備架構的更換、與現有系統或服務(wù)的兼容性、相關(guān)技術(shù)與網(wǎng)管人員的訓練成本、因轉換新架構與管理方案可能導致的業(yè)務(wù)影響或延遲等。

　　雖仍有如上述諸多技術(shù)議題待克服，然而網(wǎng)絡(luò )虛擬化架構已是未來(lái)全球網(wǎng)絡(luò )服務(wù)與電信營(yíng)運商朝向的發(fā)展趨勢，原有網(wǎng)絡(luò )通訊產(chǎn)業(yè)生態(tài)必將受到?jīng)_擊，國內網(wǎng)通硬設備商或相關(guān)業(yè)者應及早思考因應策略及配套措施，以期于未來(lái)網(wǎng)絡(luò )通訊產(chǎn)業(yè)變革之浪潮中站穩腳步，搶占市場(chǎng)商機。