基於SDN/NFV技術的實踐——從技術挑戰和解決方案說開來

推動 SDN/NFV 的發展的三大突破口

軟體定義型網路 (SDN) 和網路功能虛擬化 (NFV) 都是近年來熱議的話題。SDN 和 NFV 的出現，或許可以很好地解決當前網路（電信）運營商的面臨的困境——例如網路靈活性差，組網成本高，管理複雜，運維量大，新業務上線慢等問題。因此全球的網路運營商們都在積極擁抱 SDN 和 NFV。

中國聯通網路技術研究院首席專家唐雄燕曾在上個月的「2017 中國 SDN/NFV 大會」上演講表示，要推動 SDN/NFV 的發展，目前主要由三大突破口。

其一是面向政企客戶的產業互聯網，為整個產業互聯網的發展、為企業提供更加智能的彈性的靈活的網路服務。其二是物聯網，NB-IoT 已經開始大規模建設，建設基礎設施的同時，核心網需要進行一些物聯網專網建設，這種新的建設實質上也是為 NFV 技術提供了一個很好的應用機會。其三是 5G，SDN/NFV 真正要大規模到來的時代，真正成為網路的基礎，需要等到 5G 時代。到了 5G，整個網路都需要基於 SDN/NFV 去構建網路切片，SDN/NFV 的到來也就順理成章了。

這篇文章，我們就以 SDN/NFV 技術在聯通沃雲的發展和成長為例，來講講 SDN/NFV 優化層面會面臨的一些技術挑戰、相應的解決方案以及解決方案成果，從而更好的揭示不同的業務場景下，如何使 SDN/NFV 技術突破已有的天花板，實現其更好的性能。

技術發展背景

聯通雲數據公司自 2013 年發布沃雲品牌之初，就開始使用 SDN/NFV 技術。它當時已認識到傳統的、硬體與軟體緊密綁定的網路組件，將會制約沃雲未來的業務發展。通過引入OVS 和自研 NFV vRouter，聯通雲數據希望以軟體定義網路的方式降低網路的採購和運營成本，並提升網路的靈活性。為了強化其技術領先性和競爭力，在 2016 年聯合英特爾，成立了「聯通雲數據有限公司 - 英特爾公司聯合創新實驗室」（以下簡稱「聯合創新實驗室」）。

聯通雲數據公司雲計算與大數據研發部的網路架構師孟璞輝指出：「網路硬體設備一旦部署到資源池，便沒有辦法對它進行遷移，擴容方面也只能通過採購硬體這種傳統的升級方式完成。相比之下，SDN 和 NFV 有更多的靈活性，只要擁有這個技術便可以隨時在任意一個資源伺服器中部署網元，增加和減少網元對沃雲來說幾乎是零成本的。」

除了基於成本和靈活性的考慮，聯通雲數據公司沃雲業務快速發展的現狀，及其對未來業務的規劃，也要求其必須要對 SDN/NFV 技術進行持續且深入的研究和應用，例如隨著以視頻、流媒體為代表的，對網路數據帶寬和延遲要求更高的互聯網新興應用的興起，聯通雲數據公司也希望在沃雲之上為現有及未來客戶提供類似產品和服務，這就需要其進一步優化 SDN/NFV 能力，來滿足這些應用對網路的要求。而同時，由於現有業務拓展的速度快，如果不推進網路優化工作，不僅新業務的推出會受到制約，沃雲的既有業務也有可能會在一年之內觸及到網路的「天花板」或「瓶頸」。

技術挑戰和解決方案

在 SDN/NFV 優化方面，聯通雲數據公司此前已在沃雲平台內 OVS 和自研 NFV vRouter 的使用中解決了一系列技術問題，針對其原生方案進行了優化，例如提升了 OVS 的安全組性能等。但近年來沃雲面臨的業務需求壓力逐漸增大，導致其 OVS、vRouter 的性能越來越不足應對嚴峻挑戰，例如在 1024 位元組、1500 位元組兩種數據包的轉發性能上，受限於 OVS 固有性能約束，網路無法達到線速，限制了用戶整網間訪問。

鑒於 OVS 和 vRouter 已成為沃雲的網路關鍵組件，且它們的性能潛力尚未被充分釋放，聯通雲數據公司就在與英特爾成立聯合創新實驗室後的第一時間裡，開展了利用 DPDK（Data PlaneDevelopers Kit）技術優化和加速 OVS 和 VPP（Vector PacketProcessing）的測試驗證工作。

DPDK 建立了一種內核旁路機制， 為了提高數據包處理速度， 允許虛擬交換機旁路內核， 並直接與兼容的網卡通信。DPDK 是一個開源的數據平面開發工具集， 提供了一個用戶空間下的高效數據包處理庫函數， 它通過環境抽象層旁路內核協議棧、 輪詢模式的報文無中斷收發、 優化內存 / 緩衝區 / 隊列管理、 基於網卡多隊列和流識別的負載均衡等多項技術， 實現了在 x86 處理器架構下的高性能報文轉發能力， 用戶可以在 Linux 用戶態空間開發各類高速轉發應用， 也適合與各類商業化的數據平面加速解決方案進行集成。

DPDK 技術在網路數據包加速方面的出色表現， 已經得到了雲計算領域的廣泛認可。 而聯通雲數據公司也在沃雲的網路設備中大量採用了基於英特爾技術、 可支持 DPDK 技術的網卡設備。 基於這樣的內、外部因素， 聯通雲數據公司決定在聯合創新實驗室中， 以自身業務需求特點出發， 選擇 DPDK 技術進行測試驗證。

為了確保 OVS+DPDK、VPP+DPDK 的優化和測試驗證結果能夠真正對接沃雲的實際業務需求。聯合創新實驗室的技術專家們專門針對沃雲的實際業務場景搭建了網路拓撲結構，以模擬出它的現網運營環境。

在測試驗證過程中，實驗室內英特爾一方的技術專家們針對 DPDK 性能優化工作提供了關鍵技術知識的分享，並基於測試結果的日誌記錄分析，圍繞沃雲實際業務的網路流量特點制定了相應網路加速調優方案，其中涉及到數據包大小的調整，以及加大隊列深度等方方面面。利用 DPDK 加速 OVS 的測試驗證結果顯示，64 位元組包轉發性能從 4% 線速提高到 87% 線速，超過 1800 萬 pps 的包轉發率，性能提升 20 倍以上；128 位元組包轉發性能達到滿線速。DPDK 加速 VPP 的性能提升同樣得到重大突破，它的純粹轉發能力基本上與 OVS+DPDK 的性能提升一致。

解決方案成果

聯通雲數據有限公司與英特爾的聯合創新實驗室僅用了不到兩個月的時間，就在 OVS 和 VPP 的性能優化和加速工作上取得了較為成功的進展。利用 DPDK 加速後， VPP 網路吞吐在處理小包時， 在不丟包情況下性能可達到 52.5%， 當包長為 256 位元組時， 實現線速轉發。基於英特爾 10Gbps 網卡，DPDK 技術加速後的 128 位元組數據包轉發性能已能達到近 100% 線速，從而能滿足沃雲未來業務拓展對網路資源的需求。

聯通雲數據公司技術專家認為，將 OVS+DPDK、VPP+DPDK 的優化組合部署到生產運營系統中，至少可以滿足「沃雲」未來三年業務發展對網路流量增長需求的預期。將 DPDK 技術用於更多 SDN/NFV 應用加速鑒於 DPDK 技術帶來的優化效果，聯通雲數據公司計劃在網路負載均衡、防火牆等虛擬網元上也採用它，來進一步提升沃雲 SDN/NFV 的整體性能表現。

在沃雲未來的網路規劃中，聯通雲數據公司希望其所有網路資源都能實現 SDN 化，來降低成本、提高網路靈活性並避免被廠商綁定，同時也期望在網路性能方面，例如數據包吞吐、延時、抖動等關鍵性能指標上，能滿足沃雲未來業務發展的需求。在 NFV 方面，希望建立一個具備 NFV 能力的資源池，通過 SDN 將數據流引入其中，再藉助靈活的編排為客戶提供不同的業務鏈產品和服務，來滿足沃雲客戶在業務創新方面對靈活和多樣化的訴求。

當前基於 2-3 層虛擬網元的性能優化工作，僅是聯通雲數據公司進行 SDN/NFV 網路轉型的第一階段。它還將針對沃雲的需求逐步展開 4-7 層虛擬網路的預研和測試，為此也將與英特爾，在聯合創新實驗室內進一步利用 DPDK 技術，為一系列 NFV 資源池的能力提供優化。同時，聯合創新實驗室針對 SDN/NFV 領域所取得的技術積累，也會與中國聯通網路技術研究院在通信網路上推進的 SDN 及 NFV 創新實踐進行共享。

除利用 DPDK 技術加速 SDN/NFV，聯通雲數據公司還在考慮採用基於英特爾 FPGA 的加速方案，即通過在網卡上載入 FPGA 或者直接在 CPU 上集成 FPGA，為沃雲的 SDN/NFV 網路轉發提供更易於定製和更為靈活、智能的加速方案。此外，藉助整機櫃設計（RSD）的方案來實現網元功能虛擬化、資源的動態化管理和調度，也進入了聯通雲數據公司 SDN/NFV 預研的範疇。

點擊展開全文

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！