CN112602292B - 5g核心网中的片间共享 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于操作第一网络切片实例NSI‑2的网络功能NF1的网络设备，该网络设备用于建立从NSI‑2的NF1到第二网络切片实例NSI‑1的网络功能NF2的端到端路径。此外，本发明还涉及相应的方法。

Description

5G核心网中的片间共享
技术领域
通常，本发明涉及电信领域。更具体地，本发明涉及用于通信网络，特别是5G核心网中的片间共享(inter-slice sharing)的设备、系统和方法。
背景技术
下一代移动网络，即5G网络，有望支持许多新型服务以及私人和工业环境中各种设备(例如汽车、可穿戴设备、传感器和执行器)之间的连接。新型服务和连接通常意味着在延迟时间(latency)、数据速率等方面的截然不同的服务请求，这自然要求不同的处理方式，从而对5G网络的控制提出了挑战。
特别地，支持各种新型服务会对核心网体系结构产生深远的影响。在当今的移动网络中，服务主要是指仅为数据和语音服务而访问人们手中的便携式设备。核心网可以按照尽力而为(best-effort)原则对便携式设备施加基本相同的处理。因此，这些服务是可预测的，并且可以预先计划好如何响应它们。然而，伴随各种新的服务请求，服务模式将变得非常异构。因此，很难预测对5G网络的服务请求。一种满足要求的适当方法是以动态方式灵活地响应任何传入服务。
有效地响应不同且不可预测的服务请求并非易事。具有静态网络部署的管理性预规划方法不起作用。最近，已经提出了软件定义网络(Software-Defined Networking，SDN)和网络功能虚拟化(Network Function Virtualization，NFV)作为实现灵活和可编程网络基础架构的两种关键使能器。SDN背后的思想是将所有内容抽象为流，并将流处理的复杂性转移到被称为SDN控制器(SDN Controller，SDNC)的逻辑集中式元件上。因此，SDN视图(SDNview)将所有网络元件简化为仅负责流处理的“哑”流处理装置。利用这些概念，SDN在SDNC处融合所有管理和控制面(control plane，CP)智能。作为回报，通用抽象和本地可用数据简化了网络控制和管理应用程序的开发。NFV进一步将以前主要由专用和专门的硬件实现的现有网络功能转换为可以根据需要轻松地对其进行部署或移除的虚拟化功能模块。
有了这两种使能技术，鉴于可以按需部署/分配任何网络功能(networkfunction，NF)(NFV的特征)并且可以对它们的转发行为进行远程编程(SDN的特征)，响应新服务请求变得比以前容易得多，就像安装和运行计算机程序一样。
在即将到来的5G时代，通过移动网络提供的服务将不仅限于人类通信和基本的互联网连接。而是，有望通过无线移动网络提供越来越多的垂直行业的服务。然而，传统的尽力而为(best-effort)服务质量(Quality of Service，QoS)无法支持异构服务。例如，如果医疗机器人必须实时精确地进行远程手术，则eHealth服务需要超低延迟时间的连接。另一个例子是，为了提供身临其境的娱乐体验，虚拟现实(virtual reality，VR)实况广播需要高吞吐量带宽，同时需要低延迟交互。因此，5G网络将不得不为不同的客户保证各种服务级别协议(service level agreement，SLA)，但共享相同的物理基础架构。
满足这些不同要求的一种方法是，首先，使用上述SDN和NFV技术将物理基础结构虚拟化为云，从而将物理基础结构转换为完全可编程的，其次，强调资源隔离以提供性能保证。这两个提议产生了一个新的技术概念，称为网络切片，其中多个网络租户将拥有彼此隔离并由SLA保证的自己的网络资源。一个租户的这一部分隔离网络资源是容纳在共享基础架构中的一个虚拟化逻辑网络，称为网络切片实例(network slice instance，NSI)。作为一项关键技术，在NSI中，NSI的配置和特征(称为切片类型)是为特定客户定制的。根据当前的3GPP SA2定义，NSI是用于提供服务的端到端联网能力。
除了突出即将到来的网络切片技术的定制和资源隔离的特征外，还提出了片间共享，这带来了技术挑战，而到目前为止很少考虑。根据当前的3GPP定义，片间共享应支持两种共享情况。第一种情况是一个NSI中的特定网络功能(NF)可以与另一个NSI共享或由另一个NSI使用。第二种情况是NSI的子集可以被共享或用于组成另一个NSI。注意，后一种情况是前一种情况的一般情况，因为NSI的子集包括多个NF。然而，这样的特征/功能与分割网络的精神相矛盾。换句话说，网络资源切片提倡分割资源，而不是共享资源。这给网络切片技术带来了技术挑战。由于网络切片技术仍在开发中，并且不存在电信级(carrier grade)解决方案，因此提出了两种可能的候选方案作为片间共享的解决方案。
第一种解决方案来自3GPP技术规范。在3GPP SA2中，提出了服务化架构(service-based architecture，SBA)作为即将到来的5G的主要体系结构框架。与前几代不同，SBA定义了一种模块化服务模型，其中NF通信通过基于服务的接口(service-based interface，SBI)总线进行，而不是通过硬件设备之间的专用点对点有线连接进行。SBI总线将NF与每个NF必须关联的参考点解耦。基于SBA/SBI总线，可以通过链接任何所需的NF以通过NF组合来提供网络服务。一个NF实例可以与其他NF共享和关联。尽管支持NF共享，但不清楚SBA/SBI总线将如何支持片间NF共享，其中属于不同NSI的NF不应该像普通NF那样可见。
给定虚拟化环境设置，自然会考虑是否可以使用来自云计算的现有解决方案。提出用于互连两个虚拟数据中心的虚拟私有云(Virtual private cloud，VPC)对等似乎是一个合适的选择。云资源提供商基于租户的请求在云数据中心供应计算资源。供应的资源逻辑上专用于该特定租户，并根据租户提交的订单进行保证，这类似于网络切片场景。这一部分供应的资源称为VPC。在云基础架构中，一个租户可具有多个VPC实例，它们可以部署在同一数据中心，也可以跨越不同的数据中心在地理位置上进行部署。在这两种情况下，租户可能希望其VPC可以形成相互通信(例如，专用IP寻址)的完整专用网络。因此，云基础架构必须能够建立这种互连，这就是VPC对等。但是，正如下面将更详细说明的，VPC对等不能简单地用作片间共享的解决方案。首先，VPC对等不支持在对等VPC中重叠的地址。规划时可以避免地址重叠，但是在请求两个NSI时，对等两个NSI可能无法进行规划。换句话说，有可能最初对两个NSI分别进行了规划(因此可能在各NSI上有重叠的专用地址)，由于后来的要求，我们必须对等两个NSI。在这种情况下，很难完全重新分配地址，因为这可能会挂起并且停止正在运行的服务。
其次，在两个VPC之间，仅支持一个对等连接。VPC对等更像是在云数据中心层的路由表修改。创建VPC时，它始终连接到物理或虚拟的网关路由器。如果VPC需要访问外部，则将网关配置为充当网络地址转换(network address translation，NAT)，否则所有流量都可内部路由。当需要VPC对等时，将在两个网关节点上修改路由策略，以使来自任一VPC的流量都能通过。如有必要，也可以建立直接路径。但是，在当前的云平台上，只能建立一个这样的连接，如果是部分可见性的(例如，某些VM仍应该是私有的)，则必须添加安全策略，否则两个VPC连接为一个域。然而，这不能满足片间NF共享的要求。
因此，仍然需要用于提供片间NF共享的设备、系统和方法，特别是在5G核心网中。
发明内容
本发明的实施例由独立权利要求的特征限定，并且实施例的进一步有利的实施方式由从属权利要求的特征限定。
通常，本发明的实施例提供了用于片间共享场景的新的互连技术，其在需要时提供点对点共享，同时保持切片隔离。
与现有的对等技术(即，SBI总线和VPC对等)相比，本发明的实施例不仅推向更细的互连粒度，而且除了基本的传输层连接之外还考虑了服务层要求，从而提供了一种两层互连方案。本发明的实施例保持了隔离，其中，在专用网络名称空间中创建网络接口，在NSI网关节点处创建隧道端口，并且将新的接口和隧道端口链接在一起，以在目标实体之间建立端到端(end-to-end，E2E)路径。根据本发明的实施例，当在传输层建立E2E路径时，通过添加规则来满足在服务层的隔离。基于本发明的实施例实现的原子片间共享(atomicinter-slice sharing)操作，也可以构成复杂的共享场景(例如，子片共享)。利用智能实施策略，可以以非常有效的方式来实现本发明的实施例。
更具体地，根据第一方面，本发明涉及一种网络设备，该网络设备用于操作第一网络切片实例NSI-2的网络功能NF1，其中该网络设备用于在网络中建立从NSI-2的NF1到第二网络切片实例NSI-1的网络功能NF2的端到端(特别是隔离的)路径。
在第一方面的另一可能的实现形式中，NSI-2定义第一网络名称空间，并且NSI-1定义第二网络名称空间，其中网络设备用于在第三网络名称空间中提供NSI-2中的第一接口，以用于建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端隔离路径。
在第一方面的另一可能的实现形式中，NSI-2包括第一通信实体，特别是第一网络名称空间中的虚拟交换机，其中NF1通过第二接口与第一通信实体(特别是虚拟交换机)连接，其中NSI-1包括第二通信实体，特别是第二网络名称空间中的虚拟交换机，其中NF2通过第三接口与第二通信实体(特别是虚拟交换机)连接，其中网络设备用于在第三网络名称空间中提供NF1和第一通信实体(特别是虚拟交换机)之间的第一接口，以用于建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端隔离路径的至少一部分。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备用于通过在NF1和第一通信实体(特别是第一网络名称空间中的虚拟交换机)之间提供第一接口并将第一接口分配给第三网络名称空间，在第三网络名称空间中提供NF1和第一通信实体(特别是在虚拟交换机)之间的第一接口。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备用于通过进一步在第一通信实体(特别是虚拟交换机)上提供用于NF1的端口，在第三网络名称空间中提供NF1和第一通信实体(特别是虚拟交换机)之间的提供第一接口。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备进一步用于在NSI-2和NSI-1之间提供通信隧道，以用于建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端隔离路径的至少一部分。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备进一步用于提供从第一通信实体(特别是NSI-2的虚拟交换机)的第一通信隧道端口(特别是第一vxlan端口)到第二通信实体(特别是NSI-1的虚拟交换机)的第二通信隧道端口(特别是第二vxlan端口)的通信隧道。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备用于提供第一通信隧道端口，使得第一通信隧道端口用于将具有主机地址的分组封装并发送给第二通信隧道端口。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备用于提供第二通信隧道端口，使得第二通信隧道端口用于解封装从第一通信隧道端口接收的分组。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备进一步用于提供和/或调整NSI-2中的一个或多个转发规则和/或NSI-1中的一个或多个转发规则，以用于建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端隔离路径的至少一部分。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备进一步用于提供和/或调整第一通信实体(特别是NSI-2的虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则和/或第二通信实体(特别是NSI-1的虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备用于以这样的方式提供和/或调整第一通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则，使得第一通信实体(特别是虚拟交换机)通过NF1和第一通信实体(特别是虚拟交换机)之间的第一接口从NF1接收的分组被转发给第一通信实体(特别是虚拟交换机)的第一通信隧道端口。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备用于以这样的方式提供和/或调整第二通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则，使得第二通信实体(特别是虚拟交换机)从第二通信实体(特别是虚拟交换机)的第二通信隧道端口接收的分组被转发给NF2。
在第一方面的另一可能的实现形式中，通信隧道是单向或双向的。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备进一步用于基于一个或多个服务层要求来执行一个或多个传输层调整，以用于建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端对端隔离路径的至少一部分。
在第一方面的另一可能的实现形式中，一个或多个传输层调整包括：调整NF1与第一通信实体(特别是虚拟交换机)之间的第一接口；调整第一通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则；调整第二通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则；和/或调整从第一通信实体(特别是虚拟交换机)的第一通信隧道端口到第二通信实体(特别是虚拟交换机)的第二通信隧道端口的通信隧道。
在第一方面的另一可能的实现形式中，网络设备用于基于反馈回路执行一个或多个传输层调整。
根据第二方面，本发明涉及一种操作第一网络切片实例NSI-2的网络功能NF1的相应方法，其中该方法包括建立从NSI-2的NF1到第二网络切片实例NSI-1的网络功能NF2的端到端隔离路径的步骤。
在第二方面的另一可能的实现形式中，NSI-2定义第一网络名称空间，并且NSI-1定义第二网络名称空间，其中建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端(特别是隔离的)路径的步骤包括在第三网络名称空间中提供NSI-2中的第一接口的步骤。
在第二方面的另一可能的实现形式中，NSI-2包括第一通信实体，特别是第一网络名称空间中的虚拟交换机，其中NF1通过第二接口与第一通信实体(特别是虚拟交换机)连接，其中NSI-1包括第二通信实体，特别是第二网络名称空间中的虚拟交换机，其中NF2通过第三接口与第二通信实体(特别是虚拟交换机)连接，其中建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端隔离路径的步骤包括在第三网络名称空间中提供NF1和第一通信实体(特别是虚拟交换机)之间的第一接口。
在第二方面的另一可能的实现形式中，在第三网络名称空间中提供NF1和第一通信实体(特别是虚拟交换机)之间的第一接口的步骤包括：在NF1和第一通信实体(特别是第一网络名称空间中的虚拟交换机)之间提供第一接口，并将第一接口分配给第三网络名称空间。
在第二方面的另一可能的实现形式中，在第三网络名称空间中提供NF1和第一通信实体(特别是虚拟交换机)之间的第一接口的步骤进一步包括：在第一通信实体(特别是虚拟交换机)上提供用于NF1的端口。
在第二方面的另一可能的实现形式中，建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端隔离路径的步骤包括：在NSI-2和NSI-1之间提供通信隧道。
在第二方面的另一可能的实现形式中，提供通信隧道的步骤包括：提供从第一通信实体(特别是虚拟交换机)的第一通信隧道端口(特别是第一vxlan端口)到第二通信实体(特别是虚拟交换机)的第二通信隧道端口(特别是第二vxlan端口)的通信隧道。
在第二方面的另一可能的实现形式中，第一通信隧道端口用于将具有主机地址的分组封装并发送给第二通信隧道端口。
在第二方面的另一可能的实现形式中，第二通信隧道端口用于解封装从第一通信隧道端口接收的分组。
在第二方面的另一可能的实现形式中，第一通信实体(特别是虚拟交换机)进一步用于将第二网络切片实例的标识符添加到由第一通信实体(特别是虚拟交换机)通过第一接口从第一网络功能接收的分组中。
在第二方面的另一可能的实现形式中，建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端隔离路径的步骤包括：提供和/或调整NSI-2中的一个或多个转发规则和/或NSI-1中的一个或多个转发规则。
在第二方面的另一可能的实现形式中，建立从NSI-2的NF1到NSI-1的NF2的端到端隔离路径的步骤包括：提供和/或调整第一通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则和/或第二通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则。
在第二方面的另一可能的实现形式中，调整第一通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则，使得第一通信实体(特别是虚拟交换机)通过第一接口从NF1接收的分组被转发给第一通信隧道端口。
在第二方面的另一可能的实现形式中，调整第二通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则，使得第二通信实体(特别是虚拟交换机)从第二通信隧道端口接收的分组被转发给NF2。
在第二方面的另一可能的实现形式中，通信隧道是单向或双向的。
在第二方面的另一可能的实现形式中，该方法进一步包括：基于一个或多个服务层要求来执行一个或多个传输层调整。
在第二方面的另一可能的实现形式中，执行一个或多个传输层调整的步骤包括：调整第三接口；调整第一通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则；调整第二通信实体(特别是虚拟交换机)的转发表中的一个或多个转发规则；和/或调整从第一通信实体(特别是虚拟交换机)的第一通信隧道端口到第二通信实体(特别是虚拟交换机)的第二通信隧道端口的通信隧道。
在第二方面的另一可能的实现形式中，一个或多个传输层调整是基于反馈回路执行的。
根据第三方面，本发明涉及一种通信网络，其包括：具有网络功能NF1的第一网络切片实例NSI-2；具有网络功能NF2的第二网络切片实例NSI-1；以及根据本发明第一方面的网络设备。
根据第四方面，本发明涉及一种计算机程序产品，其包括程序代码，当在计算机上执行该程序代码时，用于执行根据第二方面的方法。
在附图和以下描述中阐述了一个或多个实施例的细节。根据说明书、附图和权利要求书，其他特征、目的和优点将是显而易见的。
附图说明
以下参考附图更详细地描述本发明的实施例，其中：
图1是示出由本发明的实施例实现的片间共享概念的网络架构的高级框图；
图2是示出根据本发明的实施例的用于实现片间共享概念的网络架构的框图；
图3是示出图2的网络架构的框图，该网络架构进一步包括根据本发明的实施例的实现片间共享概念的接口和隧道路径；
图4是示出图3的网络架构的框图，该网络架构进一步包括根据本发明的实施例的实现片间共享概念的流规则配置表；以及
图5是示出图4的网络架构的框图，该网络架构进一步包括根据本发明的实施例的用于服务层策略控制的管理实体。
在下文中，相同的附图标记表示相同或至少在功能上等效的特征。
具体实施方式
在以下描述中，参考了构成本公开的一部分的附图，通过说明的方式示出了本发明的实施例的特定方面或者本发明的实施例可以被使用的特定方面。应该理解，本发明的实施例可以用在其他方面，并且包括图中未描绘的结构或逻辑变化。因此，以下详细描述不应被理解为限制性的，本发明的范围由所附权利要求限定。
例如，应当理解，与所描述的方法有关的公开对于配置为执行该方法的相应设备或系统也可以成立，反之亦然。例如，如果描述了一个或多个特定的方法步骤，则相应的设备可以包括一个或多个单元，例如功能单元，以执行所述一个或多个方法步骤(例如，一个单元执行一个或多个步骤，或多个单元各自执行多个步骤中的一个或多个)，即使这样的一个或多个单元在附图中未明确描述或示出。另一方面，即使没有在附图中明确描述或示出这样的一个或多个步骤，例如，如果基于一个或多个单元来描述特定装置，例如功能单元，相应的方法可以包括执行一个或多个单元的功能的步骤(例如，执行一个或多个单元的功能的一个步骤，或分别执行一个或多个单元的功能的多个步骤)。此外，应当理解，除非另外特别指出，否则本文所述的各种示例性实施例和/或方面的特征可以彼此组合。
如将在下面更详细地描述的，本发明的实施例提供了用于实现片间对等通信，即片间共享，的设备、系统和方法。本发明的实施例提供了针对两个冲突目标的解决方案，其中，一方面，这种片间共享(或对等)应当是细粒度且足够灵活的，另一方面，仍保持各个网络切片实例(NSI)的隔离。此外，本发明的实施例提供了服务层对等，其中，即使片间传输层通信是可能的，也要考虑到特定的服务要求。从以下详细描述中将认识到，本发明的实施例可以容易地部署和自动化，而无需引入复杂的人工干预。在下文中，将以自下而上的方式描述本发明的实施例。
通常，在传输层的层面上，本发明的实施例基于以下用于处理片间传输层共享的构思。由于NSI是逻辑上隔离的资源，因此NSI的任何NF也都与外界隔离且不可见。为了对等包含在两个不同NSI中的两个NF，本发明的实施例建立了也被隔离的路径。本发明的实施例创建由新添加的接口和必要隧道连接组成的两个NSI之间的端到端(E2E)路径。根据本发明的实施例，那些附加的接口(特别是端口)将在独立的网络名称空间中，该网络名称空间对于目标NF所在的NSI中的其他NF是不可见的。而且，本发明的实施例不使这两个NSI彼此完全可见。相反，根据本发明的实施例，将在NSI被NAT到外部世界的网关节点上创建特殊隧道端口，该特殊隧道端口将链接到添加在目标NF上的相应接口。此外，根据本发明的实施例，为了实现片间共享服务级别协议(SLA)，这样的各个隧道端口将考虑QoS要求。根据本发明的实施例，如果新的接口和/或隧道端口用于单向的，则这样的路径可以是单向的。
在服务层的层面上，本发明的实施例基于以下用于处理片间服务层连接的构思。基于传输层提供的连接，两个不同NSI中的NF可以彼此间发送和接收消息。在服务层，如果定义了特定的限制，这种通信能力将进一步被改善。限制通常诠释具体业务流程中的要求。对于在两个NSI处连接的两个NF，一个可能的实施例是，尽管两个NF可以交换信息，但是仅允许其中一个进一步传播接收/观察到的信息，而另一个NF是最后的消费者。根据本发明的实施例，这些限制可以在创建将在其上添加特殊规则的新接口时实现。
更具体地，图1示出了通信网络100的高级架构，其示出了由本发明的实施例实现的片间共享概念。考虑到上述片间共享的两层考虑，任何特定NF之间的通信都处于完全控制之下。另外，基于这种原子操作，可以组成更复杂的场景，从而实现NF或子切片NF共享的任何可能的组合。在一个实施例中，通信网络100是5G网。
图1所示的通信网络100包括两个网络切片或切片实例101和121，称为NSI-1和NSI-2。这两个NSI 101、121相互隔离且彼此不可见，即，在这两个NSI 101、121的网络功能(NFs)中，例如图1和图2中所示的NF 103、105、123、125和127，具有它们自己的专用网络地址，并通过供应的专用虚拟链路进行互连。在一个实施例中，可以在同一主机节点上实例化NSI 101、121的一个或多个NF，使得这些NF可以共享用于通信的相同接口。在主机节点上，NF共享的接口可以称为通信实体，特别是虚拟交换机或网关。更具体地，这里的虚拟交换机不是整个NSI的网关，而是虚拟化中的体系结构视图。或者，NSI 101、121可以不具有公共网关，而是具有逻辑(虚拟)专用网络，其中专用网络的任何节点可以具有用于访问外部世界的网关。
进一步参考图2，本发明的实施例提供了针对单向点对点片间共享问题的解决方案，其中NSI-2 121中的NF(例如，nf-b 123)要与NSI-1 101中的NF(例如，nf-a 103)共享。此处“单向”要求表示仅仅NSI-2:nf-b，即NSI-2 121的NF nf-b 123，与NSI-1共享，而NSI-1101的NF不包括在内，即不与NSI-2 121共享。为了避免琐碎的情况，假定两个感兴趣的或目标NF 103、123托管在不同的节点上，即，它们各自与自己的通信实体(即虚拟交换机或网关，也就是分别为NSI-1:gw102和NSI-2:gw122)相关联。在一个实施例中，两个NSI 101、121可以具有相同的专用网络地址域。在图1所示的示例性实施例中，每个NF具有一个来自192.168.10.x子网的IP地址。这说明了与常规VPC对等场景的一个主要区别，在常规VPC对等场景中，对等VPC必须具有不重叠的地址，这需要大量的预先计划。然而，常规的VPC对等解决方案不能在这种情况下应用，因为它会导致为已部署的NSI 101、121重新分配地址，这可能会带来巨大的维护成本并中止运行服务。
为了在传输层提供片间共享，同时保持各个地址不变，本发明的实施例利用专用网络名称空间，使得名称空间内部的接口可以具有重叠的地址。如图1和2的示例性实施例所示，并进一步参考图3，NSI-2:nf-b 123将创建一个名为ns:nf-b:NSI-1的新的网络名称空间，保存用于与NSI-1:nf-a 103片间共享。此后，在一个实施例中，在本地主机节点处创建具有两个端点(接口)126、128的本地网络管道。对于一个端点，其被添加到在通信实体，特别是虚拟交换机或网关122，上创建的新的端口128；对于另一个端点，被分配一个在NSI-1 101域中合法的IP地址。根据本发明的实施例，具有端点126、128的本地路径的主要目的是移动到专用网络名称空间(即ns:nf-b:NSI-1)，使得它对其当前NSI域不可见，并避免与其他NF发生地址冲突。
因此，诸如网络管理设备或实体的网络设备用于操作第一网络切片实例NSI-2121的网络功能123，该网络设备用于建立从NSI-2 121的网络功能123到NSI-1的网络功能103的端到端隔离路径。在一个实施例中，网络设备可以是可以以各种方式实现的管理层实体。例如，这样的管理实体可以是逻辑上集中的管理层实体。也可以使用多控制器实现来实现。
如上所述，在一个实施例中，NSI-2 121定义了第一网络名称空间，NSI-2 101定义了第二网络名称空间，网络设备用于在第三网络名称空间中提供NSI-2 121中的第一接口126、128，用于建立从NSI-2 121的NF1 123到NSI-1 101的NF2 103的端到端隔离路径。
在一个实施例中，NSI-2 121包括第一通信实体，特别是第一网络名称空间中的虚拟交换机122，网络功能123通过第二接口(特别是端口124)与第一通信实体(特别是虚拟交换机122)连接。NSI-1 101包括第二通信实体，特别是第二网络名称空间中的虚拟交换机102，网络功能103通过第三接口(特别是端口104)与第二通信实体(特别是虚拟交换机102)连接。网络设备用于在网络功能123与第一通信实体(特别是不同于第一网络名称空间和第二网络名称空间的第三网络名称空间中的虚拟交换机122)之间提供第一接口，特别是两个端口126、128，用于建立从NSI-2 121的网络功能123到NSI-1 101的网络功能103的端到端隔离路径的至少一部分。
在一个实施例中，网络管理设备用于通过在网络功能123和第一通信实体(特别是第一网络名称空间中的虚拟交换机122)之间提供端口126、128，并将端口126、128分配给第三网络名称空间，在网络功能123和第一通信实体(特别是虚拟交换机122)之间提供第一接口，特别是第三网络名称空间中的端口126、128。
在创建本地链路并分配地址之后，由本发明的实施例实现的下一个步骤是将目标或感兴趣的NF(即，NSI-2:nf-b 123)与另一个NSI中的NF 103(即，NSI-1:nf-a 103)互连。从技术上讲，这需要在两个主机节点之间具有专用路径110。在图中所示的示例性实施例中，NSI-1:nf-a 103托管在IP地址H1＝10.0.1.5的节点109上，NSI-2:nf-b 123托管在IP地址H2＝10.0.1.9的节点129上。根据本发明的实施例，两个主机的IP地址也可以在不同的域中，但是可以假定两个主机之间的路由能力。根据一个实施例，路径110是隧道路径110，其可以模拟两个NF 103、123的LAN可见性。更具体地，如上所述，可以分别在两个通信实体(例如虚拟交换机102、122)上创建两个隧道端口111、131。
因此，在一个实施例中，网络管理设备进一步用于提供从第一通信实体(特别是虚拟交换机122)的第一通信隧道端口131到第二通信实体(特别是虚拟交换机102)的第二通信隧道端口111的通信隧道110。
在一个实施例中，两个隧道端口111、131可以是vxlan隧道端口111、131。如果开放虚拟交换机(Open Virtual Switch,OVS)用于提供被实现为虚拟交换机102、122的通信实体102、122，则隧道路径110可以通过以下指令在本地主机上创建：
#for NSI-1:gw 102:
$ovs-vsctl add-port OVS-1vxlan--set interface vxlan type＝vxlanoptions:remote_ip＝10.0.1.9,options:key＝flow options:dst_port＝8472
#for NSI-2:gw 122:
$ovs-vsctl add-port OVS-2vxlan--set interface vxlan type＝vxlanoptions:remote_ip＝10.0.1.5,options:key＝flow options:dst_port＝8472
在一个实施例中，每个vxlan端口111、131封装并发送具有主机地址的本地IP分组。在接收端，相应的vxlan端口111、131对接收的分组报头进行解封装，并通过使用原始专用地址转发给相应的接收器，如图3所示。
进一步参考图4，本发明的实施例配置在各个通信实体(特别是虚拟交换机102、122)上实施的转发策略113、133，并将感兴趣的NF 123链接到所创建的隧道端口131。如上所述，具有端点126、128的本地网络管道将NF 123链接到通信实体，特别是虚拟交换机122(且管道链路的一个端点具有独立的网络名称空间)。一旦将来自NF 123的数据流量发送给管道，该数据流量将到达通信实体(特别是虚拟交换机122)，并且必须被转发给vxlan端口131，以便它可以直接通过隧道路径110到达另一个主机。类似地，一旦vxlan端口131接收到任何分组并将其解封装，则必须根据目标地址将分组转发给特定的本地目的地。为此，根据本发明的实施例，在通信实体(特别是在虚拟交换机102、122)上提供和/或配置转发策略113、133，用于建立在NF 103、123之间E2E路径的最后一块。
因此，在一个实施例中，网络管理设备进一步用于提供和/或调整在第一通信实体(特别是虚拟交换机122)的转发表中定义的一个或多个转发规则或策略133和/或在第二通信实体(特别是虚拟交换机102)的转发表中定义的一个或多个转发规则或策略113。
在一个实施例中，网络管理设备用于调整第一通信实体(特别是虚拟交换机122)的转发表的一个或多个转发规则133，使得第一通信实体(特别是虚拟交换机122)通过两个端口126、128从网络功能123接收的数据分组被转发给第一通信隧道端口131。类似地，在一个实施例中，网络管理设备用于调整第二通信实体(特别是虚拟交换机102)的转发表的一个或多个转发规则113，使得第二通信实体(特别是虚拟交换机102)从第二通信隧道端口111接收的数据分组被转发给网络功能103。
因此，在一个实施例中，转发策略113、133可以如下：
关于通信实体，特别是NSI-2 121的虚拟交换机122，对于从NSI-2:nf-b 123(即通过图中的端口4 128)接收并应与NSI-1:nf-a 103共享的所有分组，通信实体(特别是虚拟交换机122)用于用NSI标识符(在这种情况下，即NSI-1 101的标识符)标记该分组，并将其转发给vxlan端口131。对于从vxlan端口131(即通过隧道路径110从NSI-1:nf-a 103)接收的所有分组，如果其目的地址是NSI-2:nf-b 123，则vxlan端口131将这些分组解封装并将其转发给同样的端口4 128。
如果使用OVS来实现通信实体，特别是虚拟交换机NSI-2:gw 122，这些转发策略133可以转换为转发表或流表的以下转发规则：
table＝0,in_port＝4,actions＝set_field:NSI-1->tun_id,resubmit(,1)
table＝0,resubmit(,1)
table＝1,tun_id＝NSI-1,ip_dst＝192.168.10.40,action＝output:4
table＝1,tun_id＝NSI-1,ip_dst＝192.168.10.10,actions＝output:vxlan
在通信实体(特别是虚拟交换机102)上，对于来自NSI-1:nf-a 103并发送给NSI-2:nf-b123的所有分组(即NSI ID＝NSI-1，并且dst_ip＝192.168.10.40)，它们被用NSI标识符(即NSI-1)标记并被转发给通信实体(特别是虚拟交换机102)的vxlan端口111。类似地，如果使用OVS来实现通信实体，特别是虚拟交换机NSI-1:gw 102，转发策略113可以转换为以下转发规则，并添加到转发表或流表中：
table＝0,in_port＝1,actions＝set_field:NSI-1->tun_id,resubmit(,1)
table＝0,resubmit(,1)
table＝1,tun_id＝NSI-1,ip_dst＝192.168.10.10,action＝output:1
table＝1,tun_id＝NSI-1,ip_dst＝192.168.10.40,action＝output:vxlan
应当理解，在图中所示的示例性实施例中，仅NSI-2:nf-b 123与NSI-1 101(特别是仅NSI-1:nf-a 103)共享。这是因为，在NSI-1 101中为NSI-2:nf-b 123分配了合法地址，NSI-2:nf-b 123通过新接口(在专用网络名称空间中)，vxlan端口131以及新的转发规则133直接链接到NSI-1 101。为了进一步与NSI-1 101中的其他NF 105共享NSI-2:nf-b 123，本发明的实施例添加相应的转发规则以允许数据流量通过。另一方面，最初来自NSI-1 101的NF仍不知道NSI-2 121。上面的配置过程可以用作原子过程，以便可以组成更复杂的场景。
由于NSI(例如附图中所示的NSI 101、121)可以在服务层级别上涉及更多的策略和SLA要求，所以本发明实施例提供的片间共享场景可以远远超过尽力而为的传输层互连。在服务层，某些类型的要求仍可以与传输层相关，例如带宽和延迟时间。然而，其他类型的要求通常与业务服务流相关，例如双向认证、证书交换和策略控制。这些不同类型的要求可以通过网络切片管理面(特别是图5中所示的实体140)来处理。更具体地，可以实施网络切片管理面140以实现跨多个NSI的不同要求。例如，在图中所示的示例性实施例中，在NSI-1:nf-a 103和NSI-2:nf-b 123之间建立的连接可能必须满足一定的带宽和/或延迟时间，或者分组过滤策略必须被应用。因此，根据本发明的实施例，可以通过接口在相应实体之间交换这种要求信息。根据本发明的实施例，该接口可以是每个NSI 101、121的专用管理端口，或者可以重用现有的数据面接口，这取决于管理面信道的实施。
服务层要求信息可以包括相应的配置，在接收到服务层要求信息之后，可以应用这些配置。这可能发生在新添加的接口126、128和/或通信实体(特别是虚拟交换机102、122)处，以寻找用于片间共享的适当路径，甚至在必要时对部署的NSI 101、121进行可能的调整，如图5所示。根据本发明的实施例，这样的服务层考虑不被实施为一次性配置，而是使用反馈回路过程，该过程不断检查是否有任何要求不能被满足。
因此，在一个实施例中，网络管理设备进一步用于基于一个或多个服务层要求来执行一个或多个传输层调整。其中一个或多个传输层调整可以包括：调整提供第一接口的两个端口126、128中的一者或两者；调整在第一通信实体(特别是虚拟交换机122)的转发表中定义的一个或多个转发规则133；调整在第二通信实体(特别是虚拟交换机102)的转发表中定义的一个或多个转发规则113；和/或调整从第一通信实体(特别是虚拟交换机122)的第一通信隧道端口131到第二通信实体(特别是虚拟交换机102)的第二通信隧道端口111的通信隧道110，例如跳(hop)。
本领域技术人员将理解，各个图(方法和装置)中的“块”(“单元”)表示或描述本发明实施例的功能(而不必是硬件或软件中的单个“单元”)，从而平等地描述装置实施例和方法实施例的功能或特征(单元＝步骤)。
在本申请提供的几个实施例中，应当理解的是，所公开的系统、装置和方法可以以其他方式实现。例如，所描述的装置实施例仅是示例性的。例如，单元划分仅仅是逻辑功能划分，在实际实施中可以是其他划分。例如，可以将多个单元或组件组合或集成到另一个系统中，或者可以忽略或不执行某些特征。另外，所展示或讨论的互耦或直接耦合或通信连接可以通过使用一些接口来实现。装置或单元之间的间接耦合或通信连接可以以电子、机械或其他形式实现。
描述为单独部分的单元可以是或者不是物理上分开的，并且显示为单元的部分可以是或者不是物理单元，可以位于一个位置，或者可以分布在多个网络单元上。可以根据实际需要选择部分或全部单元，以达到实施例方案的目的。
另外，本发明实施例中的功能单元可以被集成到一个处理单元中，或者每个单元可以物理上单独存在，或者两个或多个单元被集成到一个单元中。

Claims (24)

1.一种网络设备，其用于操作第一网络切片实例NSI-2(121)的网络功能NF1(123)，其中所述网络设备用于建立从NSI-2(121)的NF1(123)到第二网络切片实例NSI-1(101)的网络功能NF2(103)的端到端路径；
其中，NSI-2(121)定义第一网络名称空间，NSI-1(101)定义第二网络名称空间，并且所述网络设备用于在第三网络名称空间中提供NSI-2(121)中的第一接口(126、128)；
其中，NSI-2(121)包括第一通信实体，NF1(123)与所述第一通信实体通过第二接口(124)连接，NSI-1(101)包括第二通信实体，NF2(103)与所述第二通信实体通过第三接口(104)连接，并且所述网络设备用于在所述第三网络名称空间中提供NF1(123)和所述第一通信实体之间的所述第一接口(126、128)；
所述网络设备用于在NSI-2(121)和NSI-1(101)之间提供通信隧道(110)，所述网络设备进一步用于提供从第一通信实体的第一通信隧道端口(131)到第二通信实体的第二通信隧道端口(111)的所述通信隧道(110)；
所述网络设备进一步用于提供和/或调整NSI-2(121)中的一个或多个转发规则和/或NSI-1(101)中的一个或多个转发规则，以用于建立从NSI-2(121)的NF1(123)到NSI-1(101)的NF2(103)的所述端到端路径。
2.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述网络设备用于通过在NF1(123)和所述第一通信实体之间提供所述第一接口(126、128)并将所述第一接口(126、128)分配给所述第三网络名称空间，在所述第三网络名称空间中提供NF1(123)和所述第一通信实体之间的所述第一接口(126、128)。
3.根据权利要求1或2所述的网络设备，其中，所述网络设备用于通过进一步在所述第一通信实体上提供用于NF1(123)的端口(128)，在所述第三网络名称空间中提供NF1(123)和所述第一通信实体之间的所述第一接口(126、128)。
4.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述网络设备用于提供所述第一通信隧道端口(131)，使得所述第一通信隧道端口(131)用于将具有主机地址的分组封装并发送给所述第二通信隧道端口(111)。
5.根据权利要求1或4所述的网络设备，其中，所述网络设备用于提供所述第二通信隧道端口(111)，使得所述第二通信隧道端口(111)用于解封装从所述第一通信隧道端口(131)接收的分组。
6.根据权利要求1所述的网络设备，其中，所述网络设备进一步用于提供和/或调整第一通信实体的转发表中的所述一个或多个转发规则(133)和/或第二通信实体的转发表中的所述一个或多个转发规则(113)。
7.根据权利要求6所述的网络设备，其中，所述网络设备用于提供和/或调整所述第一通信实体的所述转发表中的所述一个或多个转发规则(133)，使得所述第一通信实体通过NF1(123)和所述第一通信实体之间的第一接口(126、128)从NF1(123)接收的分组被转发给所述第一通信实体的第一通信隧道端口(131)。
8.根据权利要求6或7所述的网络设备，其中，所述网络设备用于提供和/或调整所述第二通信实体的所述转发表中的所述一个或多个转发规则(113)，使得所述第二通信实体从所述第二通信实体的第二通信隧道端口(111)接收的分组被转发给NF2(103)。
9.根据权利要求1-2、4、6-7中任一项所述的网络设备，其中，所述网络设备进一步用于基于一个或多个服务层要求来执行一个或多个传输层调整，以用于建立从NSI-2(121)的NF1(123)到NSI-1(101)的NF2(103)的所述端对端隔离路径；
其中，所述一个或多个传输层调整包括调整：NF1(123)与第一通信实体之间的第一接口(126、128)；所述第一通信实体的转发表中的一个或多个转发规则(133)；第二通信实体的转发表中的一个或多个转发规则(113)；和/或从所述第一通信实体的第一通信隧道端口(131)到所述第二通信实体的第二通信隧道端口的通信隧道(110)。
10.根据权利要求9所述的网络设备，其中，所述网络设备用于基于反馈回路来执行所述一个或多个传输层调整。
11.根据权利要求1-2、4、6-7中任一项所述的网络设备，其中，所述第一通信实体为所述第一网络名称空间中的虚拟交换机(122)，和/或，所述第二通信实体为所述第二网络名称空间中的虚拟交换机(102)。
12.一种操作第一网络切片实例NSI-2(121)的网络功能NF1(123)的方法，其中，所述方法包括建立从NSI-2(121)的NF1(123)到第二网络切片实例NSI-1(101)的网络功能NF2(103)的端到端路径的步骤；
其中，NSI-2(121)定义第一网络名称空间，NSI-1(101)定义第二网络名称空间，并且所述方法包括在第三网络名称空间中提供NSI-2(121)中的第一接口(126、128)；
其中，NSI-2(121)包括第一通信实体，NF1(123)与所述第一通信实体通过第二接口(124)连接，NSI-1(101)包括第二通信实体，NF2(103)与所述第二通信实体通过第三接口(104)连接，并且所述方法包括在所述第三网络名称空间中提供NF1(123)和所述第一通信实体之间的所述第一接口(126、128)；
所述方法包括在NSI-2(121)和NSI-1(101)之间提供通信隧道(110)，进一步包括提供从第一通信实体的第一通信隧道端口(131)到第二通信实体的第二通信隧道端口(111)的所述通信隧道(110)；
所述方法还包括提供和/或调整NSI-2(121)中的一个或多个转发规则和/或NSI-1(101)中的一个或多个转发规则，以用于建立从NSI-2(121)的NF1(123)到NSI-1(101)的NF2(103)的所述端到端路径。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述在所述第三网络名称空间中提供NF1(123)和所述第一通信实体之间的所述第一接口(126、128)包括：
通过在NF1(123)和所述第一通信实体之间提供所述第一接口(126、128)并将所述第一接口(126、128)分配给所述第三网络名称空间，在所述第三网络名称空间中提供NF1(123)和所述第一通信实体之间的所述第一接口(126、128)。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中，所述在所述第三网络名称空间中提供NF1(123)和所述第一通信实体之间的所述第一接口(126、128)包括：
通过进一步在所述第一通信实体上提供用于NF1(123)的端口(128)，在所述第三网络名称空间中提供NF1(123)和所述第一通信实体之间的所述第一接口(126、128)。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括提供所述第一通信隧道端口(131)，使得所述第一通信隧道端口(131)用于将具有主机地址的分组封装并发送给所述第二通信隧道端口(111)。
16.根据权利要求12或15所述的方法，其中，所述方法还包括提供所述第二通信隧道端口(111)，使得所述第二通信隧道端口(111)用于解封装从所述第一通信隧道端口(131)接收的分组。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，所述方法还包括提供和/或调整第一通信实体的转发表中的所述一个或多个转发规则(133)和/或第二通信实体的转发表中的所述一个或多个转发规则(113)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述提供和/或调整第一通信实体的转发表中的所述一个或多个转发规则(133)和/或第二通信实体的转发表中的所述一个或多个转发规则(113)包括：
提供和/或调整所述第一通信实体的所述转发表中的所述一个或多个转发规则(133)，使得所述第一通信实体通过NF1(123)和所述第一通信实体之间的第一接口(126、128)从NF1(123)接收的分组被转发给所述第一通信实体的第一通信隧道端口(131)。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述提供和/或调整第一通信实体的转发表中的所述一个或多个转发规则(133)和/或第二通信实体的转发表中的所述一个或多个转发规则(113)包括：
提供和/或调整所述第二通信实体的所述转发表中的所述一个或多个转发规则(113)，使得所述第二通信实体从所述第二通信实体的第二通信隧道端口(111)接收的分组被转发给NF2(103)。
20.根据权利要求12-13、15、17-18中任一项所述的方法，其中，所述方法还包括基于一个或多个服务层要求来执行一个或多个传输层调整，以用于建立从NSI-2(121)的NF1(123)到NSI-1(101)的NF2(103)的所述端对端隔离路径；
其中，所述一个或多个传输层调整包括调整：NF1(123)与第一通信实体之间的第一接口(126、128)；所述第一通信实体的转发表中的一个或多个转发规则(133)；第二通信实体的转发表中的一个或多个转发规则(113)；和/或从所述第一通信实体的第一通信隧道端口(131)到所述第二通信实体的第二通信隧道端口的通信隧道(110)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述执行一个或多个传输层调整包括：
基于反馈回路来执行所述一个或多个传输层调整。
22.根据权利要求12-13、15、17-18中任一项所述的方法，其中，所述第一通信实体为所述第一网络名称空间中的虚拟交换机(122)，和/或，所述第二通信实体为所述第二网络名称空间中的虚拟交换机(102)。
23.一种通信网络(100)，包括：
第一网络切片实例NSI-2(121)，其具有网络功能NF1(123)；
第二网络切片实例NSI-1(101)，其具有网络功能NF2(103)；以及
根据权利要求1至11中任一项所述的网络设备。
24.一种通信装置，包括处理器，所述处理器用于执行权利要求12-22中任一项所述的方法。
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