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什么是NFV?

网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization,NFV)是一种关于网络架构的概念。我们平时使用的x86服务器由硬件厂商生产,在安装了不同的操作系统以及软件后实现了各种各样的功能。而传统的网络设备并没有采用这种模式,路由器、交换机、防火墙、负载均衡等设备均有自己独立的硬件和软件系统。NFV借鉴了x86服务器的架构,它将路由器、交换机、防火墙、负载均衡这些不同的网络功能封装成独立的模块化软件,通过在硬件设备上运行不同的模块化软件,在单一硬件设备上实现多样化的网络功能。

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NFV架构

NFV架构是欧洲电信标准协会(ETSI)提出的用于定义NFV实施标准的一种标准架构。NFV的理念是将标准化的网络功能应用于统一制式的硬件上。不同于传统物理设备中软件与硬件强绑定的关系,在NFV架构中,实现各种网络功能的标准化软件必须能够应用在同一台硬件设备上。这就要求NFV需要有一个统一的标准。NFV架构由基础网络功能虚拟化架构、虚拟网络功能功能、管理自动化及网络编排三个部分组成:

  • 基础网络虚拟化架构(Network Functions Virtualization Infrastructure, NFVI)

    NFVI就好比各手机厂商推出的手机系统,它给硬件设备赋予基本的组件,支持网络应用所需要的软件或者容器管理平台。

  • 虚拟网络功能(Virtual Network Functions, VNF)

    VNF是实现网络功能(转发服务、IP配置等)的软件应用,就好比手机上的APP。在NFV架构中,各种VNF在NFVI的基础上实现。由于NFVI是标准化的架构,使得不同的VNF获得了通用性,不再依赖于原来的黑盒设备。

  • 管理自动化及网络编排(Management and orchestration, MANO)

    MANO是用于管理各VNF以及NFVI的统一框架,方便运维人员进行业务编排与设备管理。

NFV标准架构
NFV标准架构

OSS/BSS

服务提供商的管理功能,不属于NFV框架内的功能组件,但MANO和网元需要提供对OSS/BSS 的接口支持。

VNF

Virtual Network Functions,指虚拟机及部署在虚拟机上的业务网元、网络功能软件等。

NFVI

NFV Infrastructure,NFV基础设施,包括所需的硬件及软件。为VNF提供运行环境。

  • Hardware:硬件层,包括提供计算、网络、存储资源能力的硬件设备。
  • Virtualization Layer:虚拟化层,主要完成对硬件资源的抽象,形成虚拟资源,如虚拟计算资源、虚拟存储资源、虚拟网络资源。NFV标准架构定义的主要功能模块。

MANO

Management and Orchestration,NFV的管理和编排。包括VIM,VNFM及NFVO,提供对VNF和NFVI资源的统一管理和编排功能。

  • VIM:Virtualized Infrastructure Managers, NFVI管理模块,主要功能包括:资源的发现、虚拟资源的管理分配、故障处理等。
  • VNFM:VNF Managers ,VNF管理模块,主要对VNF的生命周期(实例化、配置、关闭等)进行控制。
  • NFVO:NFV Orchestrator,实现对整个NFV基础架构、软件资源、网络服务的编排和管理。

相比传统的物理网络设备,NFV有哪些好处呢?

为了更好的理解NFV的特点,可以将NFV和传统的网络设备进行比较,具体见下图:

NFV和传统物理网络设备有什么不同
NFV和传统物理网络设备有什么不同

NFV的优势

NFV适用于各种网络解决方案,目前使用较多的包括SD-WAN网络切片、移动边缘计算等。由于NFV将软件功能与硬件设备进行了解耦,随着标准化架构的完善,NFV带来了诸多优势:

  • 灵活的业务( Flexible services )

    在服务器上运行不同的VNF,当网络需求变更时,根据需求变更和移动VNF即可,加快了网络功能交付和应用的速度。在测试新的网络功能时,无需建立专门的实验环境,只需请求新的虚拟机来处理该请求,当服务停用时释放该虚拟机即可,为网络功能测试提供了更便捷的方法。

  • 更低的成本(Less Spending)

    使用NFV后,网络通信实体将变为虚拟化的网络功能,这使得单一硬件服务器上可以同时运行多种网络功能,从而减少了物理设备的数量,实现了资源整合,降低了物理空间、功耗等带来的成本。但由于从传统设备切换为NFV在初期的投入较大,短期内的投资回报比并不比传统的物理网元具有足够的优势。

  • 更高的资源利用率(Greater Resource Efficiency)

    当网络需求发生变化时,无需更换硬件设备,避免了复杂的物理变更,通过软件重组快速更新基础网络架构,避免由业务变更带来的设备冗余和搬迁需求。

  • 避免供应商锁定(Avoid Vendor Lock-in)

    在统一制式的硬件上部署不同的网络功能,避免了某种功能被特定的供应商锁定,降低了网络设备维护带来的服务费用。

NFV vs. SDN

什么是SDN

随着大数据在公众业务流量中的使用增加,IT逐渐成为人们日常生活中的消费品,网络的灵活性与安全性变得格外重要。传统网络中,管理员通过命令行配置网络设备。这种方式效率低,无法满足快速演进的资源、服务和应用需求。

软件定义网络Software-defined NetworkingSDN)技术是一种网络管理方法。SDN建立在将网络基础设施的控制面与转发面分离的基础上,将自动化和编程应用于控制面,使管理员具有动态调整全网流量的能力。通过将网络控制集中到SDN控制器上,使整个网络在逻辑上体现为单一的网络设备,通过可编程配置实现自动化配置、控制、保护和资源调整。

NFV和SDN有什么不同

NFV也是一种网络架构,它将传统物理设备的网络功能封装成独立的模块化软件,通过在硬件设备上运行不同的模块化软件,在单一硬件设备上实现多样化的网络功能。

SDN和NFV的相似之处主要体现在如下方面:

  • 都以实现网络虚拟化为目标,实现物理设备的资源池化。
  • 都提升了网络管理和业务编排效率。
  • 都希望通过界面操作或者编程语言来进行网络编排。

SDN和NFV的不同之处参见下图。

NFV与SDN有什么不同
NFV与SDN有什么不同

SDN抽象物理网络资源(交换机、路由器等),并将决策转移到虚拟网络控制平面。控制平面决定将流量发送到哪里,而硬件继续引导和处理流量,无需依赖标准的硬件设备。NFV的目标是将所有物理网络资源进行虚拟化,允许网络在不添加更多设备的情况下增长,这依赖于标准的硬件设备。

其实经典SDN架构也将硬件与软件解耦作为目标,但在实现过程中由于软件研发成本、设备替换等原因的影响,现行的SDN方案弱化了控制面的分离,仅以网络可编程和自动化运维为目标。

华为NFV架构中,虚拟化层及VIM的功能由FusionSphere云操作系统实现,即华为FusionSphere可以实现计算资源、存储资源和网络资源的全面虚拟化,并能够对物理硬件虚拟化资源进行统一的管理、监控、优化。

华为NFV架构
华为NFV架构

Virtualization Layer

  • KVM:用于完成硬件资源的虚拟化。华为FusionSphere使用经过华为增强的KVM,着重改进了KVM的性能及可靠性。
  • FusionStorage:FusionStorage是一种存储与计算高度融合的分布式存储软件,在通用X86服务器上部署该软件后,可以把所有服务器的本地硬盘组织成一个虚拟存储资源池,提供块存储功能。
  • FusionNetwork:FusionNetwork提供传统虚拟交换向未来的软件定义网络演进方案,通过VxLAN的二层隧道封装协议的支持,配合由华为SDN Controller完成SDN网络的自动化配置部署,SLA服务质量控制,多租户隔离和分层。

VIM

  • FusionSphere OpenStack:FusionSphere OpenStack是华为基于OpenStack进行增强、加固后的企业版本。对外展现统一接口,对计算、存储、网络虚拟资源进行集中调度和管理,降低业务的运行成本,保证系统的安全性和可靠性。
  • FusionSphere OpenStack OM:FusionSphere OpenStack的操作管理界面,主要对FusionSphere的软件和使用的硬件进行全面的监控和管理,实现自动化资源发放和自动化基础设施运维管理,并向内部运维管理人员提供管理界面。
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  • 作者: 李晔帆
  • 最近更新: 2021-10-09
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