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回顾:从1G到5G 看通讯产业技术发展与竞合

2016-12-31 02:20
瑾年Invader
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什么是SDN(软件定义网路)?

随着资料量与日俱增,传统的大型资料中心和企业网路一同面临了几个问题。

首先是难以处理变化性高的网路流量、尤其是非预期中的资料量,比如社群网站得因应使用者在同志游行炒得沸沸扬扬时大量换头贴的举动;或是突然爆红的Pokemon Go ,刚开始时还能在卡比兽和快龙出现时冲上流量巅峰,一段时间过后玩家越来越少。若是为了一时的高流量需求购买硬件设备来扩充,就会面临随后使用率降低、建置成本浪费的问题。然而若不解决流量需求,也会造成差劲的使用者体验、或是没办法在风口正旺时捞一笔收益。简言之就是缺乏布署弹性、难以即时调度运算资源。

再来是网路架构越来越复杂,一个大型网路中包含了Routing、VLAN、QoS等功能,须由网管人员针对每台交换器逐一调整设定,不但耗费人力和时间,出错风险也高;另一方面,过度复杂的架构也让网路在传送资料变得相当缓慢。

如何自动处理流量高峰期、分配硬件资源以即时满足需求? 如何在越趋复杂的网路架构下,同时降低网管人员的设定难度?

SDN(软件定义网路)将传统网路区分成三层,分别为应用程式层(Application Layer)、控制层(Control Layer)和基础架构层(Infrastructure Layer, 又称资料层);底层的部分就是交换器(Switch)、路由器(Router)等设备。

控制层向上透过北桥API (Northbound API)与应用程式沟通、向下透过南桥API (Southbound API)与底层硬件沟通。目前北桥API尚未有共通的标准存在,南侨API则是采用开放式网路基金会(Open Networking Foundation, ONF) 所制订的OpenFlow协定。

从1G到5G,不能错过的通信标准变迁史回顾

SDN将个别设备的控制层抽离出来,集中到中央控制器对整体网路作控制,设备则单纯依据控制器下达的命令派送封包。这使得网管人员能在不更动硬件装置的情形下,以中央控制方式、用程式重新规划网路,更迅速地调整网路以因应服务及应用的需求。

谈完SDN后,让我们来看看另一个与SDN相辅相成的技术为──NFV。

什么是NFV(网路功能虚拟化)?

相较于SDN将控制层从基础架构层抽取出来、以简化网路运作,NFV则是使用IT虚拟化技术,将原有网路功能各自需要的专门硬件(如: 防火墙、DPI、CDN、 WAN等功能都须有一个专门硬件),改成以软件实作、再布署在通用规格的硬件上。

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NFV最早是由电信商所提出来的概念。现阶段的软件服务挂勾在硬件设备上,弹性很低;目前的4G网路无法针对不同应用提供不同的伺服器,比如你不能跟你Pokemon Go的皮卡丘产生即时互动──网路不能根据不同应用、提供不同的伺服器,像是4G网路没办法对低延迟(Low Latency)需求较高的应用程式提供客制化需求。

若想针对应用需求客制化,其成本相当高。首先电信商跟网路设备商沟通:「我想布特殊需求的IoT网路设备」,必须由网路设备大厂了解电信商需求后再行硬件设计、生产、测试,过一两年后再把设备卖给电信商。待买完设备之后再租地区布建设备,从头到尾的过程对电信商吃力又耗时。

再加上软件速度革新很快,好不容易布署好的IoT网路,几年后刚建置完成、市场却已经换了一套新的产品,使这套服务到最后只能杀价竞争。产品汰换快速、频宽变动高,使电信商落得高建置成本、低收入的回报。问题在于网路设备仅由Cisco、Ericsson、Nokia等少数几家厂商垄断,若终端产品装置的革新速度很快、网路架构却进展缓慢,最吃亏的莫过于采购网路设备、提供网路服务的电信商。在这个状况下,说什么IoT、智能家庭或自动车等应用都是浮云。

此情此景仿若1960年代的电脑工业──该时仅有IBM一间公司垄断整个电脑生态,产品着重于高性能且服务于多使用者的大型硬件,需要专门的作业系统、专门的应用程式,让当时的电脑产业呈现垂直封闭的状况,电脑产业革新速度缓慢。

直到后来IBM推出了个人电脑的滥觞IBM-PC,IBM-PC的主要组件如处理器芯片、磁碟机、显示器和键盘本来就都是第三家公司提供的,微处理器(Micro Processor)的出现更让无论是微软、Linux还是Mac的作业系统都可以在微处理器上运行(尤其当年微软为了拼市占率、对其作业系统DOS的价格压得低到不能再低),IBM-PC相容机如雨后春笋一般地冒了出来,才让个人电脑产业快速发展成一支庞大的产业。

硬件的革新速度比不上软件,而可相容软件的标准化硬件是让产业蓬勃的关键;电信网路这边想做的事情也一样。现行的电信网路服务依赖厂家私有硬件的现况,无论是路由器,或是行动网路的PDN Gateway,都得仰赖特殊的控制层(Control Plane)和特殊的硬件。如何让网路从垂直整合、封闭且进展缓慢的“硬件导向”,逐渐走到开放、快速创新的“软件导向”,关键就在SDN和NFV技术,两者技术毫无关系、相辅相成,将硬件功能虚拟化后,转型成至开放硬件、或是可自行订制化的硬件平台。

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这对电信商的大好处,除了硬件架构都有开放标准,设备直接根据成熟的开放标准制造硬件、大幅降低硬件购买和建置成本,也让整个网路更加开放、创新速度以软件的速度加快,甩脱传统硬件技术革新缓慢的问题。

进一步来说,网路软件化有着这样的演进──传统上是国际大型设备通讯商,如Cisco、Lucent、 Ericsson发包智邦、欣兴、华宇、英业达等台湾代工厂、再将制作完成的设备卖给电信商,获利集中在电信商和设备商,整个产业是封闭的。若未来因为有开放介面(Open Interface)的硬件、上面直接搭载开源(Open Source)软件,而传统的OEM代工厂商则转型成卖白牌的硬件商,电信商利用白牌设备来布大大小小的资料中心、跑在资料中心中的可以是各式各样的新型态应用程式。

从1G到5G,不能错过的通信标准变迁史回顾

2016年的SDN/NFV已经进入商用布署的关键期,根据权威调研公司Infonetics最新报告指出,到2018年时全球电信商的SDN/NFV市场规模将达到110亿美元。美国电信商AT&T 对外宣称其2016年资料中心的硬件虚拟化部分高达30%,2020年目标为75% 。AT&T表示:“我们将通过网路的软件化,实现公司成为软件公司的转型。”

另一方面,设备商对于软件化趋势的汹涌浪潮也感受到了极大的压力。今(2016)年8月, Cisco宣布全球裁员5,500名员工,震撼科技圈。Cisco调整人力的举动,正显示着SDN/NFV对于其本业的高度风险,正积极调整公司方向。IBM、HP亦对NFV有着深远的布局,就怕慢了一步被排除在这一轮的游戏玩家之外。

从1G到4G,我们一直在述说:几个巨头订好标准、各家厂商根据标准生产产品、电信商再来布建的过程,也就是“一群人持续在标准组织里依据各国拳头大小吵架”的故事。然而整个网路通讯朝向硬件标准成熟演进时,5G将可能首当其冲。5G不只是在通讯的速度容量做革新,而是网路虚拟化/软件化趋势。

其实也反映出电信产业不再仅提提供通讯设备、而成了网路服务提供者。如今Ericsson有超过2/3的电信业务,都是来自软件或服务,如云端、IP网路、OSS/BSS等,全球更有将近2万5千名的R&D人员,都从事软件产品的开发,而非硬件。

由于智能手机和行动网路的发达,电信产业与IT产业的分界已渐渐模糊,越来越多的电信商将重心移往云端技术和IoT商机。然而改变之路尚任重而道远,对于传统电信商仍须经过一段期间的验证,包括服务项目、后续维运、收费计价等系统,皆需要随之改变。在2017年即将来临的此刻,让我们拭目以待吧。

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