通訊設備商的挑戰與電信商的機遇:藉由SDN與NFV,5G軟體主宰時代來臨

本篇是通訊產業專題的第六集——5G 雲端運算篇。

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網路通訊設備大廠 Cisco 去年八月宣佈大幅裁員 5,500 後、今年又要裁員 1,100 人;同為網通設備大廠的 Ericsson 也在去年十月宣佈歷史上在瑞典最大的一次裁員、一次砍掉 3,900 人。

相反地,美國電信商 AT&T 正面臨成本下降、營利成長的蜜月中——今年第二季收益高於去年同期。究竟是什麼原因,成為了硬體設備商的重大挑戰、同時卻是電信商的一大機遇呢?

要瞭解 5G 時代數千億美元產業商機,不可不瞭解 SDN (軟體定義網路) 與 NFV (網路功能虛擬化) 兩大關鍵技術。今天就讓我們來看看 SDN 與 NFV 是如何能對通訊、雲端運算掀起天翻地覆的革命吧!

 

來吧!2020 年更快更好的 5G!

5G 願景承載著海量、實時 (In-Time) 且高速的通訊需求。

  • 速度方面:從 4G 的 100 Mbps 為單位、5G 可高達 10 Gps、比 4G 快達100倍,輕鬆串流 3D 影片或 4K 高畫素影片;
  • 容量與耗能方面:為了物聯網(IoT)、智慧家庭等應用,5G網路將能容納更多裝置連結、同時維持低功耗的續航力;
  • 低延遲方面:工業 4.0 智慧工廠、車聯網自動車等遠端遙控設備,都必須即時傳輸資訊。

5G 願景──智慧家庭、物聯網、車聯網、3D 影片與 4K 高清影片下載、VR。

簡單來說,在 2020 年 5G 系統商用之時,必須達成資料傳輸更快、更大量、更不耗電的目標。現階段的 4G 網路已無法滿足這些需求,故人們對於 5G 標準的呼聲越來越高。

因應雲端時代對於流量與彈性化的控制需求,網路架構的創新也是電信商在 5G 的布局。這邊我們必須瞭解電信網路的兩大關鍵技術──軟體定義網路 (Software-Defined Networking, SDN) 與網路功能虛擬化 (Network Function Virtualization, NFV)。

(備註:4G 時部分廠商早就使用 SDN/NFV 了,但各家採用的比例不高、也尚未標準化,在布建新的 5G 網路時,各家的標準將會統一且比例更高,整個通訊生態系會變得開放)

 

什麼是 SDN (軟體定義網路)?

隨著資料量與日俱增,傳統的大型資料中心和企業網路一同面臨了幾個問題。(詳細請參考:實現雲端運算的關鍵基礎:虛擬機 (Virtal Machine) 一文)

首先是難以處理變化性高的網路流量、尤其是非預期中的資料量,比如社群網站得因應使用者在同志遊行炒得沸沸揚揚時大量換頭貼的舉動;或是突然爆紅的 Pokemon Go,剛開始時還能在卡比獸和快龍出現時衝上流量巔峰,一段時間過後玩家越來越少。

若是為了一時的高流量需求購買硬體設備來擴充,就會面臨隨後使用率降低、建置成本浪費的問題。然而若不解決流量需求,也會造成差勁的使用者體驗、或是沒辦法在風口正旺時撈一筆收益。簡言之就是缺乏佈署彈性、難以即時調度運算資源。

再來是網路架構越來越複雜,一個大型網路中包含了 Routing、VLAN、QoS 等功能,須由網管人員針對每臺交換器逐一調整設定,不但耗費人力和時間,出錯風險也高;另一方面,過度複雜的架構也讓網路在傳送資料變得相當緩慢。

如何自動處理流量高峰期、分配硬體資源以即時滿足需求?如何在越趨複雜的網路架構下,同時降低網管人員的設定難度?

SDN (軟體定義網路) 將傳統網路區分成三層,分別為應用程式層 (Application Layer)、控制層 (Control Layer) 和基礎架構層 (Infrastructure Layer, 又稱資料層);底層的部分就是交換器 (Switch)、路由器 (Router) 等設備。

控制層向上透過北橋API (Northbound API) 與應用程式溝通、向下透過南橋 API (Southbound API) 與底層硬體溝通。目前北橋 API 尚未有共通的標準存在,南橋 API 則是採用開放式網路基金會 (Open Networking Foundation, ONF) 所制訂的 OpenFlow 協定。

SDN大幅降低網管難度

SDN 將個別設備的控制層抽離出來,集中到中央控制器對整體網路作控制,設備則單純依據控制器下達的命令派送封包。這使得網管人員能在不更動硬體裝置的情形下,以中央控制方式、用程式重新規劃網路,更迅速地調整網路以因應服務及應用的需求。
談完 SDN 後,讓我們來看看另一個與 SDN 相輔相成的技術── NFV。

 

什麼是NFV(網路功能虛擬化)?

相較於 SDN 將控制層從基礎架構層抽取出來、以簡化網路運作,NFV 則是使用 IT 虛擬化技術,將原有網路功能各自需要的專門硬體 (如: 防火牆、DPI、CDN、WAN等功能都須有一個專門硬體),改成以軟體實作、再佈署在通用規格的硬體上。

NFV 節省設備佈署與維護成本

NFV 最早是由電信商所提出來的概念。現階段的軟體服務掛勾在硬體設備上,彈性很低;目前的 4G 網路無法針對不同應用提供不同的伺服器,比如你不能跟你 Pokemon Go 的皮卡丘產生即時互動──網路不能根據不同應用、提供不同的伺服器,像是 4G 網路沒辦法對低延遲 (Low Latency) 需求較高的應用程式提供客製化需求。

若想針對應用需求客製化,其成本相當高。首先電信商跟網路設備商溝通:「我想布特殊需求的 IoT 網路設備」,必須由網路設備大廠瞭解電信商需求後再行硬體設計、生產、測試,過一兩年後再把設備賣給電信商。待買完設備之後再租地區布建設備,從頭到尾的過程對電信商吃力又耗時。

再加上軟體速度革新很快,好不容易佈署好的 IoT 網路,幾年後剛建置完成、市場卻已經換了一套新的產品,使這套服務到最後只能殺價競爭。產品汰換快速、頻寬變動高,使電信商落得高建置成本、低收入的回報。

問題在於網路設備僅由 Cisco、Ericsson、Nokia 等少數幾家廠商壟斷,若終端產品裝置的革新速度很快、網路架構卻進展緩慢,最吃虧的莫過於採購網路設備、提供網路服務的電信商。在這個狀況下,說什麼IoT、智慧家庭或自動車等應用都是浮雲。

此情此景彷若 1960 年代的電腦工業──該時僅有 IBM 一間公司壟斷整個電腦生態,產品著重於高性能且服務於多使用者的大型硬體,需要專門的作業系統、專門的應用程式,讓當時的電腦產業呈現垂直封閉的狀況,電腦產業革新速度緩慢。

直到後來 IBM 推出了個人電腦的濫觴——「IBM-PC」,IBM-PC 的主要組件如處理器晶片、磁碟機、顯示器和鍵盤都是第三家公司提供的。

  • 1981年由 IBM 所推出的個人電腦 IBM 5150
  • CPU:Intel 8088,時脈 4.77MHz(若要強化浮點運算,要加裝Intel 8087加速卡)
  • RAM:16KB,最大可到 256KB
  • 顯示卡:16色輸出與解析度最高 640 × 200(CGA)
  • 儲存:錄音帶,5.25 吋軟碟機還要選購,甚至沒辦法裝硬碟
  • 作業系統:PC-DOS 1.0(尚未改名為MS-DOS)

微處理器 (Micro Processor) 的出現更讓無論是微軟、Linux 還是 Mac 的作業系統都可以在微處理器上運行 (尤其當年微軟為了拚市佔率、對其作業系統 DOS 的價格壓得低到不能再低),IBM-PC 相容機如雨後春筍一般地冒了出來,才讓個人電腦產業快速發展成一支龐大的產業。

硬體的革新速度比不上軟體,而可相容軟體的標準化硬體是讓產業蓬勃的關鍵;電信網路這邊想做的事情也一樣。

現行的電信網路服務依賴廠家私有硬體的現況,無論是路由器,或是行動網路的 PDN Gateway,都得仰賴特殊的控制層 (Control Plane) 和特殊的硬體。

如何讓網路從垂直整合、封閉且進展緩慢的「硬體導向」,逐漸走到開放、快速創新的「軟體導向」,關鍵就在 SDN 和 NFV 技術,兩者技術毫無關係、相輔相成,將硬體功能虛擬化後,轉型成至開放硬體、或是可自行訂製化的硬體平台。

SDN與NFV是兩種不同技術,彼此並無關聯性。

這對電信商的大好處,除了硬體架構都有開放標準,設備直接根據成熟的開放標準製造硬體、大幅降低硬體購買和建置成本,也讓整個網路更加開放、創新速度以軟體的速度加快,甩脫傳統硬體技術革新緩慢的問題。

進一步來說,網路軟體化有著這樣的演進──傳統上是國際大型設備通訊商,如 Cisco、 Lucent、 Ericsson 發包智邦、欣興、華宇、英業達等臺灣代工廠、再將製作完成的設備賣給電信商,獲利集中在電信商和設備商,整個產業是封閉的。

若未來因為有開放介面 (Open Interface) 的硬體、上面直接搭載開源 (Open Source) 軟體,而傳統的 OEM 代工廠商則轉型成賣白牌的硬體商,電信商利用白牌設備來布大大小小的資料中心、跑在資料中心中的可以是各式各樣的新型態應用程式。

2016 年的 SDN/NFV 已經進入商用佈署的關鍵期,根據權威調研公司 Infonetics 最新報告指出,到 2018 年時全球電信商的 SDN/NFV 市場規模將達到 110 億美元。

美國電信商 AT&T 對外宣稱其 2016 年資料中心的硬體虛擬化部分已高達 30%、2017 年目標 55%,2020 年時目標高達 75% 。

AT&T 第二季度合併營收為 398 億美元,營業收入為 73 億美元,每股調整後的收益為 79 美元,高於去年同期的 72 美元。

AT&T 首席財務官 John Stephens告訴投資者,AT&T 正致力於利用 SDN 和 NFV 幫助控制其成本。他表示:「由於成本降低,AT&T 的 EPS 收益更多,且隨著越來越多的網絡功能實現了虛擬化,網絡將變得更加自動化,AT&T預計在未來幾個季度中大幅度降低成本。 」

(不知道什麼是 EPS 的讀者,歡迎參考:用一個清潔公司老闆的故事告訴你:股票市場到底是如何運作的?

今 (2017) 年 6 月,針對自家的虛擬化戰略,AT&T 出手收購了博科 (Brocade) 的 Vyatta 作業系統及相關資產。(Vyatta是一家開源技術公司,2012 年被網路通訊設備大廠博科 (Brocade) 收購。Vyatta software 能將一套標準的 x86 硬件轉換為企業級的路由器/防火牆。)

本次交易結束後,AT&T 將擁有 Vyatta 作業系統,包括其 NFV、軟體 License 和相關專利。博科員工預計大部分將加入 AT&T。

AT&T 實驗室首席技術官兼總裁 Andre Fuetsch 對此作出解釋:「軟體化轉型迫在眉睫,我們需要以更快的速度、更低的成本添加新功能。收購 Vyatta 後,我們自己設計和構建我們所需的工具,以贏得這場轉型的勝利。」

AT&T 總裁表示:「我們將通過網路的軟體化,實現公司成為軟體公司的轉型。」

另一方面,設備商對於軟體化趨勢的洶湧浪潮也感受到了極大的壓力。2016 年 8 月, Cisco 宣布全球裁員 5,500 名員工,震撼科技圈。今 (2017) 年,由於 Cisco 發表的第三季財報顯現營收連六季負成長,Cisco 再度宣佈裁員 1,100 名員工。

圖:CISCO第三季財報
2016年才宣布裁員5500人的全球網通設備龍頭業者思科(Cisco),2017 年又決定在第四季大砍1100人。同業人士評論,「為了他們的軟體導向策略,思科需要跟以往不同技術的人才。」

同樣是網路通訊設備大廠的 Ericsson 在 2016 年 10 月也裁員約 3900 人,此次裁員也是愛立信在瑞典歷史上最大的一次裁員,原因是 Ericsson 計畫關閉掉瑞典境內所有的工廠,想從製造轉型軟體服務公司。

Cisco 和 Ericsson 調整人力的舉動,正顯示著 SDN/NFV 對於其本業的高度風險,正積極調整公司方向。 IBM、HP 亦對 NFV 有著深遠的布局,就怕慢了一步被排除在這一輪的遊戲玩家之外。

從 1G 到 4G,我們一直在述說:幾個巨頭訂好標準、各家廠商根據標準生產產品、電信商再來佈建的過程,也就是「一群人持續在標準組織裡依據各國拳頭大小吵架」的故事。

然而整個網路通訊朝向硬體標準成熟演進時,5G 將可能首當其衝。5G 不只是在通訊的速度容量做革新,而是網路虛擬化/軟體化趨勢。

其實也反映出電信產業不再僅提提供通訊設備、而成了網路服務提供者。如今 Ericsson有超過 2/3 的電信業務,都是來自軟體或服務,如雲端、IP 網路、OSS/BSS 等,全球更有將近 2 萬 5 千名的 R&D 人員,都從事軟體產品的開發,而非硬體。

由於智慧型手機和行動網路的發達,電信產業與IT產業的分界已漸漸糢糊,越來越多的電信商將重心移往雲端技術和 IoT 商機。然而改變之路尚任重而道遠,對於傳統電信商仍須經過一段期間的驗證,包括服務項目、後續維運、收費計價等系統,皆需要隨之改變。在 2018 年即將來臨的此刻,讓我們拭目以待吧。

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