SDN/NFV及网络演进

SDN西风东渐,先为CT行业不屑一顾到行业大热,至今已有7个年头,NFV概念来自于CT自身,但在此之前,网络设备硬件通用化的争论和小范围实践已经存在了十年以上,云计算虚拟化技术的成熟解决了其技术的可行性。任何一种大热或者成功的技术都是以往先驱和先烈牺牲和积累后的结果。。

那么这一波技术变革能否坚持到它们获得真正意义上的市场成功?还是像ATM技术一样大热之后昙花一现?这就要分析信息产业供求双方的力量对比、成本变动趋势。

一、信息产业的供求关系

从信息产业的本质来讲,信息源是供应方,信息消费者是需求方,服务端的计算存储性价比+网络成本决定了供应的发展,客户端计算存储能力构成了需求方。过去三十年个人用户以合理价格获得的计算存储网络能力的提升比例大约为12:13:1,提升的倍数在10^5左右,单位信息量的价格下降了10^6数量级,没有哪一种技术对社会发展的贡献可以和信息技术相比拟。这其中网络的性价比降低较慢,除了网络本身的垄断特性以外,网络接入本身作为一种服务提供,其一部分的成本并非由硅产业决定,乃是制约成本下降的主要因素。因此在技术发展上出现了很多以计算、存储换带宽的做法,比如压缩算法、镜像/CDN/Cache技术。

在上个十年,客户端技术的发展远远快于服务端和网络,中心化的网络及计算架构无法满足消费者对于信息的需求,因此P2P技术成为了一种主体的计算架构,流量以对等模型为主,而我们谈网络演进技术时主要考虑P2P流量的优化;随着多核CPU的发展以及新的服务商业模式发展,计算架构再度恢复成为C/S模式,网络流量终结在服务提供商的DC中,在区域网络内,流量又变成了南北流量为主,我们开始谈以云为中心的网络。 这一切的主因是因为客户端对信息量的消费需求在过去的数年中达到了一个饱和,同为IntelCPU,笔记本的主流CPU还是双核,而服务器CPU已经是8核乃至更多,智能手机有更多核的形态,但实际处理能力相对较低。对于不同类型的信息而言,能够产生大量带宽需求的主要是非结构化的信息,比如视频,1080P、4K、8K的视频需要消耗数兆乃至数十兆的带宽,但是其取决于大屏幕显示技术的成本降低,普及的速率并不快。另外随着工作节奏的加快、信息技术的普及,人的时间越来越碎片化,对于需要安静环境大段时间欣赏的大屏幕高清视频,其实需求并未显著增长,而是大部分时间停留在了智能终端上的小屏幕UGC内容。这使得个人用户对于带宽的需求增长相对缓慢,尤其是相对于服务端计算能力的提升而言。

二、SDN/NFV的故事

CPU的计算能力在未来十年内仍然可以遵循摩尔定律大约每18个月到2年翻一番,过去几十年存储I/O是整个信息系统中的瓶颈,但是SSD的发展弥补了这一不足。因此可以预见到未来10年,计算服务供给相对于计算消费需求而言,仍然可以维持逐年提升的能效比和性价比,这给了我们采用通用服务器NFV技术实现业务边缘网络一个理由,同时由于C/S模式的流量大部分都终结在DC中,对于视频和下载类流量而言,准确地说大部分终结在CDN中,这使得采用集中化部署NFV技术不会产生过多额外的流量迂回成本。可以简单算一下,假定每个移动用户每月消费5GB蜂窝网流量,每个月上网活跃100个小时,也就是平均14Kbps速率,多用户上网时十倍的峰/均值比,每用户140kbps,那么一个40Gbps处理能力的服务器可以处理28.57万用户,几乎没有什么成本压力;而固网宽带用户,假定忙时平均20M带宽,一个40G处理能力的服务器则可以接入2千用户,对于一个百万人口,30万家庭的城市,需要150台服务器,如果我们将CDN和宽带接入服务器做一定的整合或优化,则性价比可以进一步上升。

运营商的业务边缘网上,纯流量型的汇聚和骨干网络,还是硬件网络的天下。当然,通用服务器仍然不及专有硬件的性价比,但是通用化带来的多网元硬件能力共享以及动态伸缩能力弥补了这一不足,并且业务边缘的网元仍然需要一定的计算能力,我们无法用ASIC实现,使得专有网络芯片的优势并不大。这个就是NFV的故事,看来未来10年还是可以继续下去,除非10年后摩尔定律的终结,新的网络流量模型带来,个人用户的带宽需求增长速度超越了集中网络服务的性价比提升速度,我们再回到专有硬件优化的道路上来。

SDN是完全不同的另外一个故事。以往网络是一个自在的实体、一个独立的产业,以高冷的黑盒方式存在,超脱于IT应用之外,并且采用横向的标准化协议进行交互,其网络功能演进的速度取决于标准化博弈的速度,以年甚至数年为单位;而应用软件的更新周期不断加快,尤其是移动互联时代,软件的更新周期甚至以周计算,但是一旦应用软件的能力需要依赖于网络的特定特性,那么就被拉低到网络的速度之上,故而一般软件系统设计不会依赖于底层网络的能力,从整个信息产业乃至广域网络而言,松耦合是必然的,但是具体到一个组织内部,为什么不能让网络成为应用系统的一部分、为什么需要两套体制来管理计算、存储和网络?为何不能如同数据库服务、存储服务、认证等服务一样,由合法应用自由调用、订制?比如DC中计算、存储及网络一体化才能提供真正意义上的IaaS服务。

这就是SDN的故事:让网络成为应用的一部分,让网络的演进速度和软件同步。这个和NFV所倡导的通用化还有所区别,是一个不可逆、必然的过程,而NFV硬件通用化受信息供求双方产消能力对比的影响,就如同我们在90年代早期用通用CPU实现路由器、BRAS,后来我们改成专有硬件,NFV时代再改成通用CPU来实现一样。

在WAN骨干网络方面,理论上我们可以构建单独的NaaS服务,但是长距离带来时延、成本增加以及可靠性下降,此外WAN本身是由不同投资主体、不同运营主体构成,即使在一个运营商内也是如此,大范围、不同周期投资、不同供应商提供的网络设备个体能够标准化、互通的必然是最基础、不变的接口,因此在这样的范围内应用SDN的控制转发分离理念不仅技术上、而且在经济上也是不可行的。当然我们不排除在某些小范围的专有WAN中应用部分SDN-like的技术,比如某些区域汇聚网络实现基于流量流向统计及预测的准实时流量调度。但是骨干网络流量的快速增长,很快使得细颗粒度的带宽调度变得没有意义。全光网络的技术发展速度低于预期,使得我们尚有空间去讲一讲动态流量调度的故事。

在以视频等内容流量为主的网络中,我们的网络流量应该尽可能终结在骨干边缘的DC中的CDN上,并且采用主动分发的方式预先推送到边缘,尽可能保证用户接入的第一跳就直连到各大DC中。WAN网络的主要职责就是连接各大DC,业务边缘网络直接和DC合设,或直连DC。这也是SmartEdge、Dumb Core的网络设计理念的进一步深化发展。

三、展望未来

什么样的流量模型决定了我们采用什么样的网络架构,过去十年网络流量的可汇聚发展趋势带来了以DC为中心的网络架构,另一方面摩尔定律还可以持续下一个十年,石墨烯等新材料或许可以再延续其生命力2个十年,这使得集中服务供给的性价比尚有提升空间,在既有用户需求的增长趋势下集中服务供给成本不会显著上升。可能的变数是新的对等人人、人机交互技术、商业模式的突破带来带宽需求模型的急剧变化,比如说3D、全息的可视化交互普及、解决对等通信和集中服务商业模式之间的技术和法律问题,使得流量的模型又回到对等模式为主,从而使得完全以DC为中心的网络架构变得不再经济。在这之前目前的网络架构的生命力估计还有10-15年,这也是NFV本身的生命周期。

而网络本身可编程、软件化、和应用无缝集成的趋势不会走回头路。这会使得我们网络设备形态、芯片技术发生大的变化,ASIC增加可编程能力、通用计算架构增加网络处理扩展,使得应用软件真正可以完成对网络的集成,从而使得SDN从雷声大、雨点小的现状真正走向商业的成功。

原文发布于微信公众号 - SDNLAB(SDNLAB)

原文发表时间:2015-09-21

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