中文摘要
軟體定義網路（ Software-Defined Network，SDN） 與網路功能虛擬（Network Functions Virtualization，NFV）被視為能帶動下一波網路改革的新式技術，網路服務大廠Google成功地使用SDN來大幅提升網路使用效率引領了一波SDN的熱潮，同時也使用NFV大幅簡化Data Center的網路設備，使得Data Center網路的佈建更具彈性。多個國際標準組織與電信運營商也紛紛投入相關的研究，例如開放式網路基金會（Open Networking Foundation，ONF）、歐洲電信標準化協會（European Telecommunications Standards Institute，ETSI）、AT&T、NTT Communication、中國電信、中國移動與國內中華電信等等。本文將從國際標準組織制訂內容來探討SDN與NFV之發展趨勢，同時並探討SDN應用於電信運營商的挑戰與機會。
Abstract
Software-Defined Network（SDN）and Network Functions Virtualization（NFV）are regarded as the new technologies to drive the revolution of next–generation network. Recently, network service operator Google successfully adopted SDN to dramatically improve the network utilization efficiency, and also adopted NFV to simply the network equipment and to improve the elasticity of the establishment of Data Center. Several international standard organizations and telecom operators also started to research the SDN and NFV, such as Open Networking Foundation（ONF） , European Telecommunications Standards Institute（ETSI）, AT&T, NTT Communication, China Telecom, China Mobile, and Chinese Telecom. In this article, we will investigate the contents of standards and then conclude the development trends of SDN and NFV. Besides, we will also investigate the challenges and chances of SDN applications in carrier networks.
關鍵詞(Key Words)
軟體定義網路(Software-Defined Network；SDN)
網路功能虛擬化(Network Functions Virtualization；NFV)
開放式網路基金會(Open Networking Foundation；ONF)
歐洲電信標準化協會(European Telecommunications Standards Institute；ETSI)
1. 前言
軟體定義網路（Software-Defined Network，SDN） 是近幾年快速新興的網路架構， 它的設計理念是將網路的控制層（Control Layer）和資料層（Data Layer）分離，由控制層集中控管網路， 實現網路的可編輯化（ Programmable） 與免費訂閱第161期 電腦與通訊65開放性，以大幅提升網路資源的控制彈性與使用效率，藉此以因應未來網路的快速成長與多元化。
SDN 架構概念是由Stanford 大學Nick McKeown教授於2009年IEEE INFOCOM研討會中首度發表，當時還只是學術界探討的一項新式網路架構，以及僅少數新創公司投入相關研發。在2012年7月，Nick McKeown教授與Scott Shenker教授等人所創辦的SDN先驅廠商Nicira發展的網路虛擬化技術，被AT&T、NTT、Google等大廠所採用，並被VMware以12.6億美金併購。同年， 網路服務巨擘Google宣布用來串連其全球12個IDC（ Internet Data Center）的G-Scale網路全面採用SDN網路架構， 讓原本只有30～ 40％的網路頻寬使用效率提升3倍，達到95%的網路使用效率， 因而讓SDN引起強烈的關注。其後， 引發了一波傳統網路設備大廠併購SDN新創廠商以快速卡位SDN市場的風潮，例如Cisco併購Meraki、Cariden 及Cloupia、Brocade併購Vyatta 、Juniper 併購Contrail Systems 、以及Alcatel-Lucent成立SDN子公司Nuage。同時，除了Google之外， 數家國際大廠也開始進行SDN解決方案的研發或Field Trail，例如NTT、AT&T、中國電信、中國移動與中華電信等等運營商，以及Facebook、Yahoo、微軟等等大型網路服務廠。開放式網路基金會（ Open NetworkingFoundation，ONF）主席Dan Pitt這一段話剛好可以印證這股風潮『SDN軟體定義網路是一場革命，要把權力交回到用戶和操作人員的手中。從前陳舊的網路工作模式即將消亡，我們需要一定的時間來吸收這些變化， 並改變網路的文化。這不僅僅是一項技術，而是一場運動－就像海嘯來襲一般，不可阻擋[1]。』
除了SDN網路進行了架構方面的變革， 網路功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV） 技術也在近幾年逐漸興起。相較於SDN將網路的管理層從硬體中分離，強調的是網路管理的集中化與可程式化，NFV則是將網路功能從網路設備中抽離，並以軟體來實現，藉此以打破過去網路功能必須存在硬體設備中的必然關係，著重的是網路設備功能的虛擬化。實現NFV的工作可由極具彈性的軟體來實現， 亦可交由雲端運算（Cloud Computing）來執行，透過標準化、高效能的電信等級硬體平台來展現，便可組合出各式各樣的網路設備， 例如路位址轉換器（NAT）、防火牆（Firewall）、網域名稱服務（DNS） 等等， 藉此可靈活地部署各種網路與容易達到網路更新與升級， 獨立軟體開發商也可以發展電信加值應用服務， 以因
應未來網路的多元化與快速成長。
在市場預估方面， 多項數據也顯示SDN與NFV將會快速成長。例如，市調機構IDC預估全球SDN市場將從2014年的9.6億美元， 成長到2018 年的80 億美元市場規模[2] 。市調組織Infonetics Research也預估，未來SDN與NFV軟硬體的市場，將從2013年不到5億美元的市場規模，大幅成長至2018年的110億美元市場規模[3]。國際著名顧問公司Gartner在2012年10月將SDN列為未來五年IT領域的十大關鍵技術之一[4]，而國際著名網站InfoWorld 於2011 年11月公佈了可能影響未來十年的十項新技術，SDN排列第二[5]。
在本文中， 首先將介紹SDN與NFV的架構與其優勢。接著， 將介紹目前SDN與NFV相關的國際標準組織訂定方向與最新進展， 藉此以瞭解國際大廠在SDN與NFV相關的發展趨勢。此外， 雖然諸多資料看好SDN未來的發展， 然而目前除了Data Center、校園網路與企業網路有開始導入SDN架構之外， 在電信網路仍未看到SDN被大量的使用或是有成熟的大型案例出現。因此， 也將分析SDN應用於電信網路的一些挑戰與機會，以及介紹SDN應用於4G MobileBackhaul的進展。最後則介紹目前在台灣成立的SDN聯盟的相關活動。
圖1 SDN網路架構圖。2. SDN與NFV架構與優勢簡介
2.1 SDN架構與優勢簡介
SDN主要的概念是將傳統的網路區分為三層， 如圖1所示： 分別為Application 、Control及Infrastructure Layer（或稱Data Layer），其中Application Layer 是指應用及服務的部分;Control Layer是網路控制的核心，一般又稱SDN Controller ， 其中包含有許多的控制模組（Control Program/Bundle） ; 底層的部分就是66 ICT Journal No.161一般熟知的硬體交換機（Switch）設備。在SDN架構中，所有Switch設備皆被SDN Controller集中控制，SDN Controller負責維護所有的網路架構，利用軟體來定義網路，網路中所有的資料傳輸路徑， 皆透過軟體來定義。所以，SDN也為一可程式（Programmable）網路，因為SDN可程式化的特性，開放式API的概念也因應而生。透過此開放式API即可達到不同廠商所開發之SDN Controller ， 皆可控制不同廠牌的SDN Switch，繁複的網路設定工作也可集中在SDNController完成，大幅簡化網路管理工作。在SDN架構中， 存在兩個開放式API ， 第一個為在Application 與Control Layer 之間的北橋介面（Northbound API），目前北橋介面並未有共通的標準存在，相關標準組織也正努力制訂此API介面。而Control 與Infrastructure Layer之間則透過南橋介面（Southbound API）溝通，國際標準組織開放式網路基金會（ONF） [6]所制訂的OpenFlow就是廣為接受的標準南橋介面。
圖2 傳統網路設備架構與SDN架構。SDN的架構具有哪些優勢呢？如圖2所示，傳統的網路設備是一個封閉、分散式的架構，網路設備為分散式的自主學習，藉由此種方式組構成網路上的傳輸通道。但這對於網路使用者及應用服務而言， 卻存在一個鴻溝， 使用者無法確切的掌握應用服務的網路封包流向及路徑， 導致使用管理上較不具彈性。而SDN則將網路設備的Controller Layer抽離， 讓網路設備僅剩下單純的資料傳輸（Forwarding）功能，所有的執行指令與資料傳輸路徑計算等等功能，皆由SDN Controller集中控管。因此，維運人員在操作設備時， 僅需對SDN控制器調整設定，甚至可以達到相當的自動化， 所以不需到每個設備逐一設定， 使得網路維運變的相當容易，可以節省大量OPEX的支出。此外，目前網路傳輸設備幾乎都被國際大廠主導，存在某種程度的壟斷局面。SDN將網路區分為三層架構， 每層架構間存在開放式API， 類似大家熟知的PC產業，國際大廠不容易壟斷所有的部分。因此，這對台灣網通廠商產生了相當良好的契機，透過分工合作，共同堆疊出完整的SDN解決方案，可以與國際大廠競爭與爭取網路傳輸設備市場，達到類似PC產業的蓬勃發展。
![圖3 網路功能虛擬化（NFV）之願景[7]。](https://ictjournal.itri.org.tw/files/file_pool/1/0M255628203738311866/3.jpg)
圖3 網路功能虛擬化（NFV）之願景[7]。2.2 網路功能虛擬化（NFV）之發展
網路功能虛擬化（NFV） 為近來網路技術發展的一個重要議題。電信網路經過一百年快速的發展，已經從專屬網路（Circuit Switch）演進到封包網路（ Packet Switch） ， 而核心網路的發展更是越來越複雜。目前網路設備的發展又以硬體主， 容易有相容性與互通性問題，客製化程度極高，導致開發的難度與成本也相當高。因此，用軟體實現網路功能虛擬化並採用標準伺服器與交換器硬體之NFV技術逐漸抬頭，有機會解決上述問題，也因而成為全球電信運營商與網路服務商關注的焦點。
圖3中所示即是核心網路中的重要網路設備，這些設備重要的組成功能元素均是系統網路軟體， 因此是否能夠與SDN的發展結合， 達成分工合作，加速服務的發展，受到不少矚目。
NFV與SDN的關聯性又是如何呢？如圖4中所示，SDN與NFV並沒有絕對的相依關係，但若能互助合作，將會發揮更大的效益。且ETSI在推動NFV時與ONF保持密切的合作關係，也將能助益整體的發展。至於NFV能夠達成什麼功能呢？目前發展的趨勢可以下列情境應用說明：
交換器元件，如BNG（Broadband Network Gateway）、CG-NAT、Router。
行動核心網路元件：如HLR/HSS、MME、SGSN、GGSN/PDN-GW、RNC。
訊務分析：如DPI（Deep Packet Inspection）、QoE（Quality of Experiences）量測。
下世代網路訊令（NGN）：如SBCs（Session Border Controller）、IMS（ IP Multimedia Subsystem）。
核心網路功能：如AAA 伺服器、PCRF（Policy Control and Charging Function）
網路應用服務： 如CDNs、Cache 伺服器、負載平衡伺服器(Load Balancer)。
![圖4 NFV與SDN關係圖[8]。](https://ictjournal.itri.org.tw/files/file_pool/1/0M255628204372290893/4.jpg)
圖4 NFV與SDN關係圖[8]。3. SDN與NFV國際標準組織標準 制訂趨勢探討
關於SDN與NFV， 目前有多個國際標準制訂組織正在制訂相關標準：首先是目前最活躍的開放式網路基金會（ONF） ， 其致力於SDN的標準化與商業化，包含OpenFlow SouthboundAPI 、OpenFlow 配置和管理協定的OpenFlow-Config Carrier/Wireless SDN、Migration等等相關標準； 負責制訂有線電信網路標準之Broadband Forum（BBF）也開始進行有線接取網路導入SDN架構的相關標準制訂；歐洲電信標準化協會（ETSI） 則負責NFV的需求與架構等等相關標準； 網際網路最主要的標準組織Internet Engineering Task Force（ IETF）也很早就投入SDN相關標準制訂， 透過延伸既有的標準來支援SDN 架構， 例如ALTO（ Application-Layer Traffic Optimization ） 與I2RS（ Interface to the Routing System）標準等等； ITU-T近期也開始SDN的相關研究， 例如SG13成立Y.FNsdn研究SDN功能需求和架構、SG11則負責制訂Q.SBAN研究軟體定義的寬頻接入網的應用場景及訊令需求、Q.Supplement-SDN研究SDN的訊令架構等等，以及SG15 探討SDN應用在傳輸網（ TransportNetwork）的相關議題；Optical InternetworkingForum （ OIF ） 也在制訂光傳送網（ OpticalTransport Network，OTN）導入SDN架構的相關標準。接著， 將針對最為活躍的SDN標準組織ONF其所制訂的標準內容與趨勢，以及ETSI所制訂的NFV相關標準做較詳細的介紹。
![圖5 ONF標準制訂組織架構[9]。](https://ictjournal.itri.org.tw/files/file_pool/1/0M255628204916169811/5.jpg)
圖5 ONF標準制訂組織架構[9]。3.1 ONF標準組織制訂SDN標準內容與趨勢
ONF 於2011 年由Deutsche Telecom、Facebook、Google、Microsoft、Verizon、Yahoo等6家公司發起。ONF最初會員數僅20餘家，截至2014年底已經大量增長至153個成員，會員含括電信業者、網路設備廠商、晶片商、伺服器/虛擬化軟體公司、網站業者、測試儀器廠商等等。ONF致力於SDN網路的發展， 同時也極力推動OpenFlow技術的標準化，並且也推動商業實用化， 是目前最主要的SDN國際標準制訂組織。目前，ONF Board of Directors成員也新增NTT Communications與Goldman Sachs共計8家成員。台灣廠商參與ONF會員的主要有中華電信、聯發科、衛信、資策會與工研院五家廠商。雖然會員數不多， 但預估在SDN市場興起以及各家SDN Switch晶片推出之後，將有機會繼續成長。
ONF標準組織架構如圖5所示，以四個評議會議（Council）為主軸，包含Operator、Technical、Executive與CTO。工作群組（Working Group，WG）負責不同面向標準的制訂，依照功能性區可分為四個領域， 包括Operator 、Service 、Specification、Market。
Operator：依照運營商與場域的屬性，分別探討在運營商（ Carrier ） 等級、企業（Enterprise）環境、資料中心（Data Center）所的需求功能。另外為協助SDN 網路的順利佈建，特別成立Migration 項目，探討如何從傳統的乙太網路轉移到SDN 網路，包含可以考量的的評估指標（Metrics） 、工具（Tools）等要素。
Service： 包含服務的架構、訊息模式、北橋介面（Northbound Interfaces）、第四到第七層（L4~L7）服務及安全考量等。其中，北橋介面就是要實現一個共通的應用服務介面。目前依照不同的使用情境， 制訂了16 個介面類別及訊息格式（ Information Model），這都將有助於SDN 應用服務的開發。L4~L7 是關於應用服務的運作， 尤其SDN 網路中的服務串連協同運作（Service Chaining/Orchestration）都是重要的議題， 將可服務的運作更具彈性組合與便利性。
Specification：這即是制訂標準通訊協定規範的群組。南橋介面除了OpenFlow 通訊協定為Controller 與交換器之間的溝通見面外，還有OF-Config 通訊協定，為設定、管理交換器的重要介面。另外還有針對無線網路的Wireless & Mobile 群組及測試驗證群組（Testing & Interoperability）群組。
Market：針對SDN 標準的推廣及運用，包含推動使用情境（Use Cases）及教育訓練等議題。
在ONF制訂的標準中， 比較特別的趨勢是Forwarding Abstraction WG（FAWG）在導入了Table Type Pattern（TTP）[10]以彌補OpenFlow欄位不足並促使OpenFlow得以因應各式各樣的服務之後， 在2014年9月的會員大會又導入了Protocol Independent Forwarding （PIF） [11]，亦即OpenFlow 2.0以使得SDN Switch更加靈活，以符合SDN開放性與軟體定義的特性。在此，也特別介紹這TTP與PIF這個部分的最新標準制訂的趨勢：
3.1.1 FAWG制訂TTP來管理Multiple Table：
在SDN網路中雖然仍存在許多待解決的議題， 例如Security、Scalability等等， 但多半是軟體可以解決。然而，底層硬體則不像軟體這麼有彈性，一旦硬體Forwarding無法支援，整個SDN網路的運作就會出問題。在FAWG工作會議著重於兩個議題，Table Type Pattern（TTP）來管理Multiple Table以及Protocol Independent Forwarding（PIF） 以促使SDN網路更具彈性。在TTP部分，OpenFlow 1.0原本僅有單一Table以及12個欄位， 為了支援更多的應用， 導致OpenFlow比對欄位大量增加， 到了OpenFlow1.4版本，比對欄位已經增加至41個，同時也加入Multiple Table以增加比對的彈性。不斷增加的Flow Table 欄位以及MultipleTable都是為了盡量滿足SDN的精神，即可讓底層SDN Switch的Flow Table比對與Forwarding都達到相當的彈性， 以滿足各式各樣的應用。
然而，實際的ASIC晶片非常難以做到這件事。在Flow Table大小部分， 若要支援上百KB的Flow Table，必須動用數十MB的TCAM（TernaryContent-Addressable Memory ） 來完成各種Header欄位的組合與比對， 這已遠遠超過市面上現有Switch晶片的TACM Size。針對MultipleTable部分，標準除了沒有限定Multiple Table的最大數目之外，各種Flow Table還必須可以任意編輯，並且每一級Flow Table的輸出會是下一級Flow Table的輸入，彈性極高。因此，要將所有的Multiple Table的各種組合、比對、判斷等等規範出來已經幾乎是不可能的事情，更遑論以ASIC硬體來設計實現。
圖6 透過Bottom-up TTP，促使SDN晶片容易實現 Multiple Table。因此，FAWG則提出TTP試圖來解決以上的問題。由於ASIC 硬體僅能執行固定的FlowTable 組合與有限的欄位比對與判斷， 因此FAWG定義了許多TTP形式，每一個TTP形式都包含多個Flow Table的組合以及多項欄位的比對，這使得晶片商在設計ASIC晶片有依據可循。如圖6所示，在實際執行時，SDN Controller必須先和SDN Switch溝通， 知道該Switch支援哪些TTP 的形式， 支援相同的TTP 形式的SDN Switch才可以互相聯繫。因此， FAWG也擴展OF-Config Protocol 來支援SDN Controller 和SDN Switch之間有關TTP形式的溝通。至於TTP形式該存在哪幾種， 會議中則提到可制訂必備的幾種TTP提供大家作為遵循的依據，但也提到可以允許大家各自定義， 只要該網路之Controller可以辨識，以及其他SDN Switch也可以支援即可。
圖7 SDN Controller可藉由PIF來定義底層SDN Switch的相關功能與行為。3.1.2 制訂PIF達到理想的SDN Forwarding：
為了達到ONF理想中的SDN Forwarding，FAWG 在2014 年9 月的會員大會新增Protocol Independent Forwarding (PIF)，ONF主席Dan Pitt還特定安排了提出PIF 創始者Dr. Nick McKeown給予Keynote Speech。相較於TTP的Bottom-Up觀念，Dr. Nick McKeown提到PIF是Top-Down的概念，如圖7所示。PIF的觀念相當直覺，亦即透過上層SDN Controller可以因應網路需求來定義底層SDN Switch的相關功能與行為， 亦即可以極有彈性地定義該Switch如何來處理各種封包，因此Dr. Nick McKeown也稱PIF為OpenFlow 2.0 。若PIF 可以實現， SDN Controlle便可有彈性與靈活地調配整個SDN網路，不需要再遷就底層SDN Switch的限制，也不需要去設定複雜的TTP， 達到真正發揮SDN軟體控制的精神，整個網路所有的組成元件都可以透過軟體來定義， 即便是硬體的SDN Switch晶片。
為了實現PIF，SDN Switch中的晶片必須支援Software Programmable功能。為了確認這件事情的可行性，Dr. Nick McKeown研究團隊也Survey多種可能方案，例如Ezchip或Netronome推出之NPU、Xilinx或Altera的FPGA，或者IntelFlexpipe、Cisco Doppler、Xpliant等公司推出相當特別之Flexible Match+Action ASICs，並提出這些可能的解決方案已可執行高速、高容量的封包處理與傳送能力。
圖8 SDN Controller可藉由PIF來定義底層SDN Switch的相關功能與行為。PIF的概念與架構如圖8 所示， 主要透過Intermediate Representation，扮演Compiler的角色，將上層高階控制底層SDN Switch的高階程式語言轉譯成能控制底層SDN Switch的命令。透過此一機制與具備Software Programmable能力的SDN Switch，便能達到PIF的目的。此高階的控制語言命名為P4（Programming ProtocolIndependent Packet Processors），相關資訊可於www.p4.org 網站取得，參與P4程式設計貢獻的廠商有Intel、Google 、Microsoft、Stanford、Princeton以及Barefoot Networks等等。而中間擔任Compiler 角色的Intermediate Representation也在2014 年9 月的會員大會成立Open SourceProject，希望大家可以共同來貢獻與設計完成。PIF看起來的確可以使得SDN的精神更徹底的實現， 但最大關鍵還是來自於具備SoftwareProgrammable能力的SDN Switch，也有許多會員提出這方面的質疑。因此，PIF是否有機會真的進入SDN網路， 還得看參與廠商投入的程度。
3.2 ETSI標準組織制訂NFV標準內容與趨勢
ETSI 標準組織於2012 年底成立NFV Industry Specification Group（ ISG），並由十多家大型運營商所主導，包括AT&T、CenturyLink、Verizon、Orange、KDDI、NTT、英國電信（BT）、中國移動、德國電信（Deutsche Telekom）、義大利電信（ Telecom Italia ） 、西班牙電信（Telefonica） 等等， 目前全球約有200多家廠商加入此NFV ISG來進行相關的標準制訂。此NFV ISG於2014 年底發表了NFV 架構規格書[12]，其中定義了整個參考架構，如圖9所示。整個NFV的概念透過功能區分的VNF（VirtualNetwork Function）解構電信網路中的功能元件，變成一個個獨立的VNF功能， 而這些VNF又可以透過NFV Orchestrator 及VNF管理者間的協同管理運作，組成多樣化的服務鏈結（ ServiceChaining）概念。如圖10所示，端點到端點的服務， 在核心網路中可以透過多個VNF來協同完成，且這個路徑是可以動態調整、組合而成。透過這樣的架構設計與功能機制， 將對電信網路有突破性重大發展，過去傳統電信網路所詬病的就是新服務的推動緩慢， 而透過NFV中的VNF功能串連， 電信業者可以針對不同的使用者推出專屬的服務模式， 只需透過服務功能間的動態串連即可達成，不僅是對於客製化功能的展現，也是針對核心網路功能使用效能的大幅提升，這是必須關注的重大發展趨勢。
![圖9 ETSI制訂之NFV參考架構圖[12]。](https://ictjournal.itri.org.tw/files/file_pool/1/0M255628206273765810/9.jpg)
圖9 ETSI制訂之NFV參考架構圖[12]。![圖10 Service Chaining架構[12]。](https://ictjournal.itri.org.tw/files/file_pool/1/0M255628206818644838/10.jpg)
圖10 Service Chaining架構[12]。4. SDN應用於電信網路（ Carrier Network）之趨勢與挑戰
SDN應用於Data Center、校園網路與企業網路的趨勢已逐漸明朗， 並已有多個商用佈建案例， 例如Google 用來互連Data Center 的G-Scale網路採用SDN架構將網路使用效率提升了3倍、Facebook OCP（Open Compute Project）計畫已成功節省約12億美元的Data Center相關成本支出、NEC的SDN企業網路解決方案成功應用在金澤大學附屬醫院、日本通運株式會社與全日本航空公司多家企業網路等等。然而，SDN應用於電信網路仍未看到成熟的大型應用案例。接著， 我們將探討分析SDN應用於電信網路之趨勢與挑戰。
自2012年Google成功運用SDN技術，實現高頻寬且低成本的連結資料中心的網路管理後，全球運營商也躍躍欲試， 包括Verizon、AT&T和NTT Communications皆相繼啟用SDN研究和建置相關的Field Trial。其中，美國AT&T在2014年推出了基於SDN/NFV 架構的User-DefinedNetwork Cloud（UDNC）系統[13]，目標於2020年將75%的網路納入此新式架構。目前AT&T已經通過Domain 2.0計劃[14]，要將網路設備的軟體與硬體分離，透過標準化API來進行溝通，藉此促使網路佈建更有彈性， 展現積極投入SDN/NFV發展的態度。此外，德國電信、西班牙電信、NTT、SKT也都有進行SDN/NFV的相關實驗，以進行商用部署的準備。中國大陸三大運營商中國電信、中國移動與中國聯通近幾年也積極探索SDN/NFV在Optical Transport Network、Mobile Backhaul等領域的應用，並經進行了一些現場試驗和小規模部署。在台灣，中華電信研究院也於2013年宣布將和日本NTT DATA合作，共同開發SDN相關技術與應用， 包括如何運用SDN技術降低電信網路營運成本，以及開發新的加值應用的可能性。
由此可見，多數運營商多已開始佈局SDN，並進行一些SDN應用於電信網路的Field Trial。然而，SDN的應用在運營商少見成熟的案例且仍未被大量採用，運營商要引入SDN仍存在一些挑戰。綜合歸納，這些挑戰包含SDN相關晶片還不夠豐富，目前僅少數廠商宣稱於今年2015年推出可推出SDN Switch晶片，導致目前SDN Switch仍是在傳統交換器晶片上植入Open vSwitch（OVS）這一類的軟體， 執行OpenFlow等命令時仍是以純軟體方式進行，導致速度與規模都受到限制。其次，相較於較為封閉的校園網路與企業網路，電信網路部署SDN的難度要高出許多，且電信網路規模龐大，對SDN網路設備的性能要求會高出許多。此外，關於SDN的相容性、互通性與可靠性等性能也是運營商佈建電信網路所關注的重點，這對於SDN廠商具有一定的挑戰。此外， 從傳統已佈建的電信網路邁向新式SDN網路需要Smooth Migration，運營商需要處理既有網路（ Legacy Network） 與SDN網路共存的Hybrid Network管理的問題。因此，為了加速SDN電信網路的佈建，SDN網路設備的性能、成熟度、標準化程度、互通性與可靠度都需要運營商與SDN相關廠商共同努力。
![圖11 擴增4G網路所需之成本比例[15]。](https://ictjournal.itri.org.tw/files/file_pool/1/0M255628207452513865/11.jpg)
圖11 擴增4G網路所需之成本比例[15]。5. SDN於4G網路的應用機會
雖然SDN應用於電信網路仍在評估與發展階段，不少運營商已開始評估將SDN應用於4G網路，以因應4G網路的快速發展。以下將介紹4G運營商遭遇之困難，以及SDN應用於4G網路的機會與趨勢。4G網路為因應遽增的用戶以及大量的影音服務應用，4G網路佈建的規模必須快速地成長。許多應用所需網路容量與網路傳輸延遲的要求都越來越高，導致4G運營商必須付出更大的成本來建置4G網路以滿足這些新興的應用。然而，價量背離之剪刀效應卻使得4G運營商卻步，不斷思考如何能夠以低成本、高效率且靈活地升級4G網路以因應未來的需求。
此外，在4G網路建設中，Small Cell小基站可以使得4G網路覆蓋率大幅度提升，因此大量Small Cell佈建已經成為必然的趨勢。根據ITIS預測，2017年全球Small Cell出貨量將可達2700萬台，遠遠高於傳統Macro Cell。Small Cell規模的不斷擴展雖然解決了網路覆蓋率的問題，但也給傳統的Mobile Backhaul，例如IPRAN、PTN等等， 帶來了不少的壓力。如圖11所示，根據Juniper的預估， 擴增Mobile網路的佈建成本中，Mobile Backhaul就佔了70%， 是最主要的支出，因此4G運營商想要降低成本也必須從Mobile Backhaul著手。
圖12 4G網路導入SDN與NFV技術可朝向四大方向進行。SDN可降低網路佈建與維運成本， 並提網路使用效率與提供各式應用服務更佳的QoS，有機會來解決4G運營商在Mobile Backhaul遇到的難題。此外，除了Mobile Backhaul導入SDN，如圖12所示，4G網路導入SDN與NFV技術可朝向四大方向進行： 1. SDN-Enabled EPC：利用SDN概念分割核網之Control與Data Plane，可提升核心網路彈性與使用效率並降低成本； 2.SDN-Enabled Mobile Backhaul：即上述利用SDN架構，提供更有效率Backhaul 網路；3. CloudRAN：將SDN架構延伸至Radio Access，結合有線及無線之整合性SDN網路，更能有效提升網路頻寬使用率並優化使用者的網路應用體驗（QoE）。4. Network Functions Virtualization：利用NFV取代核網內昂貴的專用硬體設備， 佈建軟體的Load Balancer、Firewall、DPI等功能於商用標準伺服器、交換器或虛擬機器，易於客製化與彈性調度、有效利用硬體資源、節省CAPEX與OPEX。上述之發展方向，已有國際大廠投入相關技術與產品開發， 如易利信提出Cloud EPC ;華為提出SDN-Enabled LTEhaul，透過SDN技術實現承載和控制分離， 可大幅簡化4G Mobile Backhaul管理和運維難度，來達到節省60%的OPEX，並可實現新業務的快速佈建，容易達到網路Reliability以及Scalability ; NEC提出SDN-Enabled Backhaul Resource Manager，利用SDN有效將Mobile Backhaul Network虛擬化， 以提供差異化服務， 提出ProgrammableFLOW SDN Controller技術，有效動態管理管路資源， 大幅度提升網路使用效率， 並滿足End-to-End QoS 等等。此外， 歐盟CROWD（ Connectivity Management for Energy Optimized Wireless Dense Networks）計畫也於2013年成立， 成員主要有ALU, Intecs, France Telecom/Orange Lab等等，將透過SDN網路架構來支援高密度的基站佈建，克服Wireless Access Network Interference問題，改善Mobile Backhaul網路使用效率不佳的問題，以及克服網路管理遭遇的大量Signaling等等的問題。
![圖13 SDN可有效減少Mobile Backhaul資本支出 [16]。](https://ictjournal.itri.org.tw/files/file_pool/1/0M255628208630361810/13.jpg)
圖13 SDN可有效減少Mobile Backhaul資本支出 [16]。6. 台灣SDN聯盟活動
SDN應用服務蓬勃且快速的發展， 如何能夠掌握先機串連產業鏈是重要的議題， 因此國內SDN相關業者在工研院、資策會及中華電信共同號召下， 於2013年10月成立了SDN聯盟。目前聯盟訂定三大發展方向， 包括『共通平台組』負責發展共同平台與介面規格、『測試驗證組』負責測試設備及應用環境、訂定設備測試及互通案例， 以及『應用服務組』負責研究Data Center、電信網路、企業網路需求發展及應用服務，希望集合眾人的力量串連產業晶片、網通設備、系統整合、運營服務商一起努力，凝聚共識、促成產業合作。如圖14所示，由三單位共同擔任召集人角色，中華電信以電信運營商的角色， 提供在及企業網路中， 對於SDN應用服務的需求。工研院在推動SDN共同平台分組將與應用服務分組密切互動， 以應用服務的需求來建議提出共通平台的北橋共通介面，同時也透過聯盟共同的力量來分享目前各Controller 的技術內涵。資策會將於測試驗證分組中扮演重要的推手， 將發展SDN設備與應用服務的測試環境。
圖14 台灣SDN聯盟架構圖。SDN聯盟於2014年經過六次工作會議凝聚共識，透過各種User Cases探討使用情境，制訂了Northbound API共通介面初版，將基本的北橋介面分成16個類別，再制訂出Framework架構，期望能包含到完整的應用服務開發介面。在2014年11月SDN聯盟年度大會， 也公開展示廠商合作所開發的應用服務， 包含有Load Balancer分散式資安防護（ IPS ） 、ServiceChaining及WiFi上網及資安加值服務， 成功的交出第一年成績單。在2015年更規劃了實際測試場域，將以學校、企業為主要的場域，規劃佈建新穎SDN應用服務， 並驗證共通北橋介面是否符合需求。另外測試驗證分組也引進了ONF測試認證規範， 並以交大NBL為測試實驗室， 這是ONF所認可的全球第五個測試認證實驗室，相信對國內產業會有相當大的助益。
7. 展望
從Google在Data Center中採用SDN架構，得到良好的效益驗證後， 引起SDN相關技術蓬勃快速的發展， 校園網路與企業網路的實際應用案例也逐漸增多。即便是電信運營商，也逐漸開始採用SDN與NFV進行相關的研究與Field Trail， 期望可以解決電信網路剪刀效應與網路管理日趨複雜的問題。多個國際標準制訂組織ONF、ETSI、IETF、ITU-T與BBF也積極在進行SDN與NFV的相關標準制訂。然而，SDN與NFV是否可以大量興起以及被大量使用，仍有幾個關鍵點需要努力。首先SDN與NFV需要更多成熟的大型成功案例， 單一個Google採用SDN的成功案例並不足夠， 更多的成功應用案例，才可以促使使用者看到SDN與NFV帶來的價值，才有機會促使SDN與NFV被廣泛使用。再者，SDN需要有殺手級的應用以更加凸顯SDN的價值，以及觸發SDN被大量應用的轉折點。此外，SDN網路的佈建避免不了與傳統網路混合佈建，因此SDN網路與傳統網路網通將會共存， 這個SDN混合式網路管理的難度相當的高， 如何盡快推出相關的管理技術與平台，並實際佈建驗證， 也將是影響SDN能否快速普及的重要因素。
國內在網通產業一向偏向於終端硬體設備，對於系統軟體的開發較為欠缺。然而，SDN與NFV的興起將可促使網路設備與系統進行重大的變革，國內廠商應緊握這個難得的機會，並透過產業鏈的互相合作與垂直整合達到產業升級。當前重要的議題是把握幾個重要的應用，推出解決方案並建置場域測試，以盡早相關佈局市場。例如SDN混合網路管理解決方案， 現有網路與SDN網路共存將會持續好長一段時間，如何解決協同運作的問題將是關鍵重點。再者，搭配4G網路的快速興起，面對龐大與複雜的網路流量與各式應用，一直是4G運營商頭痛的問題。如何利用SDN與NFV來提升網路使用效率，來有效率且具成本效益地解決4G網路的問題，也是一個值得關注的重點。另外， 可以佈局企業SDN的應用服務， 企業內多樣化的應用服務屬性與資料中心的運作需求是不一樣的，尤其BYOD（Bring Your Own Device）進入到企業內是一個不可擋的趨勢，如何動態、有效率的管理企業網路，且能夠達到兼顧資料安全等議題，對於企業資安人員是很大的挑戰。國內業者應盡快推出SDN與網路虛擬化等解決方案， 達到動態調整網路區分及安全隔離性和服務差異化等問題，也是一個關鍵重點。
徐達儒
現任職於工研院資通所光通訊網路技術部。
交通大學光電工程研究所博士。
專長為SDN網路、光纖通訊網路(OpticalCommunicationNetwork) 、可見光通訊(Visible Light Communication) 與被動光纖網路系統(PON)。
E-mail:sparkle@itri.org.tw
許鴻基
現任職於工研院資通所網路通訊服務技術部。
交通大學資訊工程研究所碩士。
專長為SDN網路應用技術、網路通訊技術(Voice over IP) 及行動應用服務(Mobile Services)。
E-mail: hchsu@itri.org.tw
