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之於5G——淺談SDN和NFV
在我剛開始了解5G核心網架構的時候，我注意到軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）作為兩種新興技術被多次提及。然而，對於SDN和NFV技術在5G中扮演著的重要角色，很多文獻在這方麵僅僅一筆帶過，很多技術博客也是從專業的運營商角度來強調SDN和NFV的引入為運營商帶來的時間和成本上的節省，這其實讓我很困惑，因為我依舊不明白為什麼SDN和NFV技術可以具有這麼大的潛力，無法從根本上來理解這兩種技術對於5G至關重要的意義。作為初級入門者，如果不能從本質上理解這一點的話，我認為對於整個5G核心網技術係統的完整性認識是不會有幫助的。因此在這裏把我的一點理解歸納整理，希望對初學者有所幫助，如果有理解不到位的地方，歡迎各位批評指正。
接下來我將從我理解的角度來討論為什麼要為5G引進SND技術和NFV技術。
這首先要從當前的核心網EPC的一大缺陷講起，這個缺陷就是耦合！EPC在構建之初並沒有從服務和基礎架構的出發點去考慮問題，而是針對單一服務（使用場景）設計的集中式架構，這就導致EPC架構下物理組件之間的功能劃分非常耦合，功能的耦合也帶來部署的難度，同時功能的實現嚴重依賴於物理硬件，很多功能的實現必須建立在昂貴的專有設備基礎之上。
總結來講，傳統EPC網絡的耦合主要體現在兩個方麵：
控製平麵和用戶平麵的耦合；硬件和軟件的耦合。
這兩方麵的耦合帶來三個方麵的限製：
這樣的傳統架構為運營商部署網絡帶來成本和時間上的挑戰；隨著終端類型和數量以及服務類型越來越多，很難為這個“龐然大物”拓展新的功能和服務，並且無法高效地分配資源；降低用戶服務質量體驗（QoS）。
我們以接下來的EPC網絡架構圖來進一步說明上麵提到的“耦合”問題。如
圖1，EPC中有四大組件：
MME：移動管理實體，負責網絡連通性的管理，主要包括用戶終端的認證和授權、會話建立以及移動性管理；HSS：歸屬用戶服務器，作為用戶數據集為MME提供用戶相關的數據，以此來協助MME的管理工作；SGW：服務網關，負責數據包路由和轉發，將接收到的用戶數據轉發給指定的PGW，並將返回的數據交付給eNB；PGW：PDN網關，負責為接入的用戶分配IP地址以及進行用戶平麵QoS的管理，並且是PND網絡的進入點。
從圖1中的虛線和實線標記可以看出，MME僅承擔控製麵功能，但是SGW和PGW既承擔大部分用戶平麵功能，又承擔一部分控製平麵功能，這就使得用戶平麵和控製平麵嚴重耦合，從而限製了EPC的開放性和靈活性。另一方麵，在這種架構下，很多網絡元素必須運行於配備專用硬件的多個刀片式服務器上，這對於運營商來說是極大的開銷。
詳細介紹完EPC的耦合缺陷之後，我們來簡要介紹一下SDN技術和NFV的基本概念。
SDN技術是一種將網絡設備的控製平麵與轉發平麵分離，並將控製平麵集中實現的軟件可編程的新型網絡體係架構。我們知道，在傳統網絡中，控製平麵功能是分布式的運行在各個網絡節點（如集線器、交換機、路由器等）中的，因此如果要部署一個新的網絡功能，就必須將所有網絡設備進行升級，這極大地限製了網絡創新！從這個角度來看，SDN便是應運而生的“救星”！SDN采取了集中式的控製平麵和分布式的轉發平麵，兩個平麵相互分離，控製平麵利用控製-轉發通信接口對轉發平麵上的網絡設備進行集中控製，並向上提供靈活的可編程能力。由於具備這種“天賦”，於是SDN自然而然成為EPC控製麵和用戶麵耦合問題的“克星”。
NFV技術是一種將網絡功能整合到行業標準的服務器、交換機和存儲硬件上，並且提供優化的虛擬化數據平麵，可通過服務器上運行的軟件讓管理員取代傳統物理網絡設備的技術。從古至今都有這麼一個道理：對於外界物理實體的依賴性越強，越不利於自身的發展。獨立性在我看來是一個意義重大的優秀品質，這同樣體現在網絡技術上。對專用網絡設備的依賴，將會導致我們在麵對網絡創新時的無能為力，這一點在現階段的EPC中已經得到了印證，因此我們必須謀求新的技術來擺脫對專用硬件的依賴！通過使用NFV可以減少甚至移除現有網絡中部署的中間件，它能夠讓單一的物理平台運行於不同的應用程序，用戶和租戶可以通過多版本和多租戶使用網絡功能，從而促進軟件網絡環境中的新網絡功能和服務的創新，NFV適用於任何數據平麵和控製平麵功能、固定或移動網絡，也適合需要實現可伸縮性的自動化管理和配置。
通過以上對SDN和NFV的簡單介紹，可以大致概括：SDN技術是針對EPC控製平麵與用戶平麵耦合問題提出的解決方案，將用戶平麵和控製平麵解耦可以使得部署用戶平麵功能變得更靈活，可以將用戶平麵功能部署在離用戶無線接入網更近的地方，從而提高用戶服務質量體驗，比如降低時延。NFV技術是針對EPC軟件與硬件嚴重耦合問題提出的解決方案，這使得運營商可以在那些通用的的服務器、交換機和存儲設備上部署網絡功能，極大地降低時間和成本。
SDN和NFV技術催生了5G核心網架構，如圖2所示：
在此基礎上，有的文獻提出5G架構應該盡可能減少網絡實體，並取消服務網關和PDN網關的概念，而將其抽象成為控製平麵網關和用戶平麵網關,並且提議控製平麵網關和用戶平麵網關以軟件的形式運行於運營商的雲係統中，而非使用專用的硬件設備。這一提議的架構如圖3所示：
總之，不論未來5G核心網采用何種架構，SDN技術和NFV技術的結合使用，都會使得5G核心網在高效性、可編程性和靈活性上發生質的飛躍！對於運營商部署網絡和用戶享受更優質服務來說都是巨大的福音！
本文轉自d1net（轉載）
最後更新：2017-07-27 11:03:28