基于NFV和SDN的通信资源虚拟化及调度研究

信息与电脑2018年第17期China Computer&Communication网络与通信技术基于NFV和SDN的通信资源虚拟化及调度研究夏　洋　黄治华（中船重工集团公司 第七二二研究所，湖北 武汉　430079）摘　要：随着通信网络系统向虚拟化、软件化和服务化方向发展，网络功能虚拟化（简称NFV）和软件定义网络（简称SDN）技术被逐步引入网络基础设施中，在标准的商业服务器、交换机和存储器上完成网络功能，取代原先的专用设备。笔者参考OpenStack的解决方案，提出了基于NFV和SDN的通信基础设施虚拟化框架，对计算、存储、网络通信资源的虚拟化、虚拟网络功能服务化调用以及基于OpenStack的网络资源调度管理进行了研究，提升了通信基础设施的资源共享、按需服务能力。关键词：NFV；SDN；OpenStack中图分类号：TP308　　文献标识码：A　　文章编号：1003-9767（2018）17-141-02Research on Virtualization and Scheduling of Communication Resources Based on NFV and SDNXia Yang, Huang ZhihuaAbstract: With the development of communication network systems towards virtualization, software and service, network function (No.722 Research Institute,China Shipbuilding Industry Corporation, Wuhan Hubei 430079,China)virtualization (NFV) and software-defined network (SDN) technologies are gradually introduced into network infrastructure in standard commercial servers. The network function is completed on the switch, switch, and the memory, replacing the original dedicated device. The author refers to the OpenStack solution, proposes a communication infrastructure virtualization framework based on NFV and SDN, and virtualizes computing, storage, network communication resources, virtual network function service calls, and OpenStack-the communications infrastructure.based network resource scheduling management. Research has improved the resource sharing and on-demand service capabilities of Key words: NFV; SDN; OpenStack１　背景理资源主要包括计算、存储、网络等各种类型的基础设施硬随着用户需求的多元化，专用网络设备越发难满足新服件；虚拟资源是通过虚拟化软件对上层展示的通信资源，具务的部署要求，使用标准化的IT虚拟化技术来构建网络功能备统一调度、自动分配、控制及使用所有物理资源的能力。成为发展趋势[1-4]。本文基于NFV架构，针对通信系统中使2.2　网络功能用的通信及信息系统基础设施，采用通用硬件平台及开发的虚拟化中间层进行系统的软硬件解耦，通过SDN技术实现网络功能基于虚拟化的计算、存储及网络资源，通过软网络控制与转发的解耦，同时，向上层应用系统提供动态的件服务的形式来实现软硬件分离，并利用统一的API服务调资源调度能力，从而实现资源共享、按需服务等功能，提高用接口开放上层应用的网络功能。通信基础设施资源的利用率，并降低维护难度。2.3　资源调度２　通信基础设施虚拟化框架资源调度采用了NFV和SDN相结合的方式。一方面，2.1　网络基础设施VIM（虚拟基础设施管理）承担了管理、监控、配置硬件资源和其上的虚拟资源的功能；另一方面，SDN控制器将网络的网络基础设施可分为物理资源、虚拟资源两个层次。物控制平面从通信基础设施中分离出来，进行集中控制，负责处作者简介：夏洋（1983-），男，湖北武汉人，博士研究生，工程师。研究方向：通信网络系统设计。—　　　１４１　　　—网络与通信技术信息与电脑China Computer&Communication2018年第17期理数据转发面资源的抽象信息，可支持网络拓扑、状态信息的REST或SOAP的服务接口。通信能力开放网关通过协议适汇总和维护，并基于应用需求来调用不同的转发面资源。配统一接入基础的通信应用服务资源。在此基础上，进行业2.4　网络资源管理务能力的封装，以基于REST或SOAP的服务API接口形式注册发布到服务总线上。服务总线负责完成服务的注册、发网络资源管理是保障网络稳定、可靠和高效运行的物质布、路由和认证授权。在服务总线的支持下，应用层的各种基础，是监视网络运行、处置网络事件、评估网络性能、调高层应用可查找发现感兴趣的服务，并调用服务接口，获取度网络资源的管理平台。网络资源管理面向网络维护人员，/组合各种基础业务能力，以完成话音类、视频类、会议类、提供面向网络的综合管理功能。FTP、邮件等多种应用的逻辑控制和处理。2.5　业务应用需要指出的是，服务总线的编排服务功能是应用层的服业务应用层主要面向用户提供各类应用，其可以采用务组合，时延开销较大，可作为通信服务整体的访问入口，REST API的形式调用底层服务，也可采用基于WebRTC标准至于通信服务内部的按需组合，还是采用适用于电信架构的和开放服务API接口的SDK，将视频通信、即时消息等基础的NFV框架。通信服务功能嵌入Web页面中，实现通信与业务应用的融合。3.4　基于Openstack的资源调度及管理３　通信资源虚拟化及调度设计本文采用OpenStack框架实现云环境下的网络资源管理。管理员可通过管理台管理整个系统，并可通过Web接口为用3.1　基于NFVI和Openstack的计算存储资源虚拟化户划定资源。具体而言，可以通过基于Web的用户界面访问本文采用NFVI（虚拟网络功能基础设施）和OpenStackOpenStack的仪表板，通过命令行客户端，或通过如浏览器架构，实现通信计算、存储基础设施虚拟化。其通过标准的插件等工具发出API请求命令。最终，所有这些访问方式都IT虚拟化技术，把网络设备统一到工业化标准的高性能、大可以以REST API形式调用各种OpenStack的服务。容量的服务器、交换机和存储通用平台上，通过虚拟层向上OpenStack由多个相互关联的组件构成，和通信资源管提供一致的接口和环境，上层的多种网络设备功能可以透明理相关的服务组件包括Nova、Neutron、Horizon、Heat及地使用和访问底层资源。Tacker。其中，Tacker用于执行虚拟网络功能编排与调度。在NFVI架构中，为了不降低性能，同时，彻底实现通一方面，Tacker通过服务功能链驱动（SFC Driver）提供的信业务功能的软件化，本文在通用硬件设施的基础上，设置REST接口向SDN控制器发送相应的REST call，SDN控了一个虚拟网络功能/硬件加速层，包括虚拟交换机、虚拟制器便会对物理交换机或者虚拟交换机进行流表下发或者路由器、矢量分组处理引擎、网络数据平面加速引擎等功能，配置更改。另一方面，Tacker通过管理驱动（Management 对各类业务和信令报文的处理进行了专门的优化，极大提升Diver）提供的管理/编排接口，实现向VIM请求资源和其处理速度和效率，从而确保在虚拟化平台上可以达到与传VNF（虚拟网络功能）实例化。统专用电信设备相类似的性能水平。４　结　语3.2　基于SDN的网络资源虚拟化本文基于OpenStack框架，初步实现了基于NFV和本文采用SDN架构，实现控制转发分离及网络资源虚拟SDN的通信资源虚拟化及调度。在有线网环境下，通过该框化。SDN架构将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，架可以实现通信基础设施资源共享、按需服务等功能，并提采用集中控制替代原有分布式控制，并通过开放和可编程接口高通信网络基础设施资源的利用率和降低维护难度。未来，实现“软件定义”的网络。本文采用SDN技术将交换设备的将研究在无线网络上进行基于NFV和SDN的虚拟化和资源控制平面迁移到集中化的控制器中，利用标准化的南向接口替调度的相关问题，实现由有线域向无线域的扩展。换交换设备中的控制平面，并且在控制器中增加了北向接口供上层调用。位于控制层的SDN控制器集中了传统交换设备中参考文献分散的控制能力，通过在南向、北向、东西向引入相应的核心[1]邵维专,吕光宏.网络功能虚拟化资源配置及优化研究技术，实现底层转发设备的统一控制、上层业务所需的网络能综述[J].计算机应用研究,2018,35(2):321-326.力的便捷交付以及控制器集群的横向扩展等功能。[2]徐冉,王文东,龚向阳,等.网络功能虚拟化中延时感知3.3　标准化虚拟网络功能调用的资源调度优化方法[J].计算机研究与发展,2018,55(4):738-747.[3]周伟林,杨芫,徐明伟.网络功能虚拟化技术研究综述为满足外部系统的应用集成的需求，部分业务功能可通[J].计算机研究与发展,2018,55(4):675-688.过开放服务API对外开放。本文采用了服务总线和能力开放[4]薛海强,张昊.网络功能虚拟化及其标准化[J].中兴网关提供核心服务和应用支撑服务，提供的形式可采用基于通讯技术,2015,21(2):30-34.—　　　１４２　　　—