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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: 2024-10-28
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