本文系SDNLAB社區(qū)譯者計劃發(fā)布文章，SDNLAB將與國外優(yōu)質(zhì)媒體和個人進行長期的內(nèi)容合作，帶來更多的優(yōu)質(zhì)技術(shù)文章，本文是<<網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化：新興的虛擬化網(wǎng)絡(luò)層技術(shù)>> 系列文章的第三篇。

本文譯者：Andy Yu， 現(xiàn)于灣區(qū)一家網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商擔(dān)任PM職位，曾先后在AMD，Dell等公司任職多年。

我們在之前的系列里面討論了OPNFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的網(wǎng)絡(luò)平臺），主要覆蓋了有關(guān)虛擬架構(gòu)和相應(yīng)的支持NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）組織管理。本文將主要介紹組建不同虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的開源解決方案。

一個虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能（ VNF ）能夠運行于一個NFV基礎(chǔ)設(shè)施（ NFVI ），并由NFV Orchestrator（ NFVO ）和VNF Manager編排。 VNF除了定義良好的功能行為外，預(yù)期可對其它網(wǎng)絡(luò)功能，VNF Manager，EMS和NFVI 提供接口。

商業(yè)軟件和服務(wù)器目標(biāo)所取代的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施范圍可包括防火墻，VPN網(wǎng)關(guān)，交換機和路由器。 研究者們甚至認為幾乎任何網(wǎng)絡(luò)功能都可以被虛擬化。NFV在如今的市場焦點包括交換機元件，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和應(yīng)用。NFV的典型網(wǎng)絡(luò)功能被認為是交換機元件，運營商級NAT和路由器，移動網(wǎng)絡(luò)（回程和接入）的節(jié)點，在家庭/小型辦公室路由器功能，流量分析設(shè)備，IP多媒體子系統(tǒng)（ IMS） ，應(yīng)用層優(yōu)化功能和安全功能。

虛擬EPC和IP多媒體系統(tǒng)
3GPP是為移動和融合網(wǎng)絡(luò)功能的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和規(guī)格定義網(wǎng)絡(luò)功能標(biāo)準的標(biāo)準化機構(gòu)。 LTE是從全球移動通信系統(tǒng)（GSM ）演變?yōu)楸环Q為UMTS系統(tǒng)的早期的3GPP系統(tǒng) 發(fā)展而來的。

最常用于當(dāng)今的LTE移動網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)被稱為核心分組網(wǎng)演進（EPC ），它是由UE ，演進的通用陸地?zé)o線電接入網(wǎng)絡(luò)（ E-UTRAN）和EPC核心組成（LTE- ARCH= UE + EUTRAN + EPC） 。在E-UTRAN包括基站，這是所謂的eNodeB （ eNBs） 。EPC包括四個網(wǎng)絡(luò)單元，即服務(wù)網(wǎng)關(guān)（ SGW） ， PDN網(wǎng)關(guān)（ PGW） ，以及移動性管理實體（MME） [X1] 。移動網(wǎng)絡(luò)由大量種類繁多的專用硬件設(shè)備組成。

由于NFV和SDN被引進于EPC，上面列出的一些組件正在成為虛擬化過程中，開放的API也正在被虛擬化元件之間引入。在下面的表格中，我們從最小的EPC開始，在隨后的行中為最小的EPC添加越來越多的功能。最后一列顯示了每個功能的3GPP架構(gòu)組件：

IP多媒體子系統(tǒng)（IMS）是一個用于提供IP多媒體服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)框架。

當(dāng)前存在有相當(dāng)數(shù)量的開源項目來實現(xiàn)EPC架構(gòu)的各個組件。下表中列出了一些軟件。然而，需要理解的是，不存在單一的軟件解決方案可以實現(xiàn)完整的EPC。為了實現(xiàn)這一目標(biāo)，不同的軟件必須合作而且所謂的“膠”被發(fā)明出來從而使得這些軟件可以共同實現(xiàn)EPC的功能。

虛擬交換和路由
兩個最重要的網(wǎng)絡(luò)功能是路由和交換功能。NFV的目標(biāo)是通過運行于商業(yè)硬件或虛擬機上來支持各種標(biāo)準協(xié)議，例如BGP ＆ OSPF。下面，我們將介紹一些用于實現(xiàn)交換和路由功能流行的開源軟件。

交換：
Linux網(wǎng)橋：這是一種通過IEEE 802.1D協(xié)議基于軟件的交換機，自帶的Linux發(fā)行版作為內(nèi)核模塊。它包括FDB （轉(zhuǎn)發(fā)DB） ， STP（生成樹） ，混雜模式以接收所有數(shù)據(jù)包過濾和流量整形支持 - 這使得它比通過硬件實現(xiàn)的網(wǎng)橋功能更強大。

OpenVswitch （ OVS ） ： OVS可能是目前最流行和廣泛使用基于軟件的交換機。它支持OpenFlow，并且可作為一個通用的交換機。它包括各種功能，例如asVLAN標(biāo)記， VXLAN ，GRE ，粘接（bonding），基于流的轉(zhuǎn)發(fā)(flow based forwarding)，用戶空間的控制臺(user space control plane)等。

Lagopus：這是另外一種兼容OpenFlow 1.3的軟件交換機。類似OVS 一般，它也與Intel DPDK非常匹配。，他們在他們的路線圖中計劃集成其他控制臺方案，如Quagga和GoBGP ，對此我相信會非常有利于開放的各種用戶解決方案。

Vale/Netmap：類似于Linux網(wǎng)橋和OVS，Vale連接了物理或虛擬網(wǎng)絡(luò)接口。然而，較之其他軟件的交換機，它擁有更高性能（高吞吐量和低CPU使用率）和可擴展性。更好的性能是通過Netmap的API來實現(xiàn)的，事實上，Vale 是作為Netmap分發(fā)（distribution）的一部分提供的。

路由：

Quagga：Quagga是個擁有許多小型后臺進程的集合，每一個后臺進程都有一個特定的任務(wù)。這個任務(wù)可能是運行一個OSPF或BGP等路由協(xié)議。Zebra后臺進程負責(zé)與內(nèi)核進行交互，并提供了一個簡單的API （稱為Zserv ）供其他后臺進程使用，所以它們并不需要直接調(diào)用內(nèi)核。其他的后臺進程運行各自的協(xié)議。用戶可以配置Quagga，使所有這些后臺進程從同一個位置查看它們的配置文件，或者單獨配置每個后臺進程。

BIRD：BIRD是一個由布拉格查理大學(xué)數(shù)學(xué)和物理學(xué)院教授們開發(fā)的項目。目前，它由CZ.NIC實驗室開發(fā)和支持。BIRD項目旨在開發(fā)一個功能齊全的動態(tài)IP路由程序，主要是針對于（但不限于）Linux ， FreeBSD和其他類UNIX系統(tǒng)和GNU通用公共許可證下發(fā)布的系統(tǒng)。它同時支持 IPv4和IPv6 （需要使用-enable - IPv6來進行配置）的， 多種路由表BGP ，RIP，OSPF ，靜態(tài)路由及IPv6路由器公告等。

VYoS：VyOS是一款基于Linux的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，它提供基于軟件的路由功能，包括各種OSPF，BGP路由協(xié)議，集成了防火墻和VPN的支持功能。 VyOS其實是Vyatta（被博科通訊Brocade Communications收購）的一個分支。

虛擬商網(wǎng)元（個人網(wǎng)絡(luò)設(shè)備）
研究人員認為，雖然核心路由器的虛擬化是不可行的，但是至少在不久的將來，由于高性能（吞吐量）的需求，骨干網(wǎng)邊緣（PE）路由器的虛擬化將是一個更可行的選擇。

虛擬專用網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)，如L3 VPN的IP （每個PE設(shè)備的作用就像一組虛擬路由器） ，L2 VPN， EVPN和偽線（pseudowires）在被當(dāng)虛擬化時，這些功能會體現(xiàn)出靈活性和可擴展性，這將是對供應(yīng)商的一個主要收益之處，許多供應(yīng)商已經(jīng)考慮通過執(zhí)行在云中執(zhí)行相同的虛擬化來實現(xiàn)例如PE的功能。

與PE路由器相類似，寬帶遠程接入服務(wù)器（B -RAS ）是供應(yīng)商網(wǎng)絡(luò)將各種互聯(lián)網(wǎng)流量來源，如DSL ，有線網(wǎng)絡(luò)，無線寬帶網(wǎng)絡(luò)和以太網(wǎng)等，而匯聚于一個單一由從DSLAM設(shè)備出入的網(wǎng)絡(luò)。它可以是一個簡單的路由器從核心到客戶端轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包（反之亦然），或一個復(fù)雜的路由器（通過每個用戶）實現(xiàn)IP政策，Qos，包處理（packet manipulation），限制器等虛擬化功能. BRAS的虛擬化功能也被證明 無論是在成本和靈活性/可擴展性方面 都有益于 用于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)供應(yīng)商。

開源個人網(wǎng)絡(luò)設(shè)備
之前提到的大多數(shù)路由類開源軟件如路由，如Quagga，VyOS和BIRD，都可以用來實現(xiàn)眾多PE的功能。這些例如IPtables(netfilter)和Radius-server(freeRADIUS) 之類的軟件都屬于標(biāo)準Linux發(fā)行版的一部分，可分別用于虛擬防火墻和虛擬AAA 。軟件snort在一些NFV應(yīng)用部署中被用于虛擬入侵檢測系統(tǒng)（virtual IDS）。

此外，其他的軟件如MPLS-Linux和xl2tp-daemon也可用于虛擬化的PE的功能。最近，AT＆T和愛立信共同通過OpenDaylight控制器提出了基于SDN的L3VPN 。

虛擬CPE
客戶端設(shè)備或CPE是指那些通常位于企業(yè)或住宅寬帶用戶端的網(wǎng)絡(luò)終端設(shè)備，用于與電信服務(wù)運營商網(wǎng)絡(luò)對接服務(wù)。通常情況下，服務(wù)運營商可以通過從不同的硬件廠商，企業(yè)用戶和住宅用戶來配置和管理客戶端設(shè)備。

如果不使用虛擬化的CPE，每當(dāng)任何新技術(shù)的應(yīng)用，增加新的服務(wù)，或?qū)Π踩?，保密性和計量功能的升級都可能會顯著增加服務(wù)運營商的成本。

通過虛擬的CPE，大多數(shù)的CPE功能被拉出客戶端并移入運營商的網(wǎng)絡(luò)（可能是在其數(shù)據(jù)中心） 。這樣產(chǎn)生了一個“簡化”的CPE ，CPE充當(dāng)了連接到服務(wù)運營商網(wǎng)絡(luò)的簡單Layer-2轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備。通常情況下，如DHCP ，防火墻，NAT，路由，VPN等服務(wù)通過在運營商的數(shù)據(jù)中心作為一個虛擬機（ VM）實例中運行的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（ VNFs ）提供。

開源vCPE ：
網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，如DHCP ，防火墻，NAT， DNS（ vDHCP ， VFW ， vNAT ， VDNS ， ） ，都可以通過開源實現(xiàn)，并且可以作為許多標(biāo)準的Linux發(fā)行版的一部分發(fā)行。例如， DNS和DHCP可以用dnsmasq來部署。而用于實現(xiàn)NAT和防火墻的IPtables，一直沒有有針對于NFV 和致力于構(gòu)建虛擬客戶端設(shè)備的獨立的開源項目，例如客戶路由器，虛擬機頂盒和虛擬的家庭路由器。

虛擬訪問網(wǎng)元
駐留在混合光纖的DSL “遠程”節(jié)點，例如FTTcab和FTTdp ，通常位于街道或建筑物接入網(wǎng)絡(luò)的功能，正逐漸成為虛擬化的熱點。出于經(jīng)濟上的考量，這些節(jié)點應(yīng)盡量緊湊，具有非常低的功率消耗和非常低的維護成本。對這些遠程節(jié)點的簡化可以通過對某些功能如 OLT ， DSLAM ，ONU， ONT ， MDU和DPU等的虛擬化，把復(fù)雜的工作轉(zhuǎn)移到虛擬化環(huán)境來達到經(jīng)濟上的可行性。目前盡管還沒有任何開源軟件來實現(xiàn)這些用于虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能，但一些大型電信運營商，如AT＆T，正在朝著虛擬化這些功能的方向努力，我們期望他們在不久的將來也許會開放源碼，但愿這個希望能夠早日成為現(xiàn)實！

原文鏈接：http://thenewstack.io/opensource-virtual-network-functions-part3/