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网络平头哥

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发表于2019年03月08日 16:49:46 3373 6
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分享 SDN与NFV比较

NFV即网络功能虚拟化,Network Function Virtualization。SDN,软件定义网络(Software Defined Network, SDN )。


NFV的初衷是通过使用x86等通用性硬件以及虚拟化技术,来承载很多功能的软件处理。典型应用是一些CPU密集型功能,并且对网络吞吐量要求不高的情形。主要评估的功能虚拟化有:WAN加速器,信令会话控制器,消息路由器,IDS,DPI,防火墙,CG-NAT, SGSN/GGSN, PE, BNG, RAN等。 SDN的核心理念是,将网络功能和业务处理抽象化,并且通过外置控制器来控制这些抽象化的对象。SDN将网络业务的控制和转发进行分离,分为控制平面和转发平面,并且控制平面和转发平面之间提供一个标准接口。需要指出的是,控制平面和转发平面的分离,类似于现代路由器的架构设计方法,但是SDN的设计理念和路由器的控制转发分离完全不同。 从上面可以看出,NFV可以采用SDN进行实现(如采用控制转发分离的方法来搭建服务器网络),但是NFV也可以采用普通数据中心技术来实现。

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发表于2019年03月08日 16:50:13
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1、NFV是什么

1.1 NFV的背景和含义

1.1 NFV的背景和含义
NFV即网络功能虚拟化(Network Function Virtualization)在2012年由全球13大知名电信网络运营商提出,并得到标准和开源组织、设备厂商的积极响应。NFV基本理念是基于标准的X86架构服务器、通用存储和交换机等硬件平台,利用虚拟化技术,在虚拟化硬件资源上承载各类功能的软件,从而实现网络功能虚拟化,由虚拟的网元替代传统的通信设备。
一项技术的产生并商用都是市场和技术两大推动力共同作用的结果,从市场角度看,NFV的产生背景是运营商当前面临的一系列挑战,随着移动互联网的兴起,传统电信运营商的语音、短信等业务被各类互联网应用不断冲击和侵蚀。运营商面临的竞争环境和竞争对手发生改变,运营商必须在商业模式、营销模式、研发模式、运营模式、服务模式等全方面做出改变。业务的创新和改变,需要敏捷的电信网络作为支撑。另一方面,传统的电信网络投资和运营成本居高不下,具体表现为通信设备成本偏高、硬件种类繁多、部署运维复杂。在这一大背景下,以新的技术体系重构电信网络成为广大运营商的强烈诉求。
从技术角度看,云计算业务的发展让虚拟化技术、资源管理和运营等技术得以成熟,并让通用化的X86架构服务器和存储设备等硬件形成完整的产业链,云计算的浪潮也促进各类开源软件社区的发展。这些软硬件技术以及相关产业的发展和成熟,是NFV从一个概念转化为产品和一项产业的技术基础。
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,具体见下表:

   NFV关键特征
   
   NFV
   
   传统网络设备
   
  采用通用硬件
  
  NFV采用标准的X86服务器、通用存储和交换网络设备
  
  传统网元设备都是专用设备,通用性差
  
  软硬件解耦
  
  软硬件解耦,软件功能化模块化,不依赖专用硬件
  
  软硬件紧耦合,网元设备软件功能依赖特定硬件
  
  开放性
  
  通用的硬件平台和标准化接口,有利于多方合作构建开放的生态系统
  
  传统网元设备是专用的,封闭程度高,很难引入第三方合作伙伴
  
  网络更弹性
  
  采用通用硬件和资源虚拟化技术,可以根据业务需求动态调整软硬件部署
  
  传统网元用专用设备,无法采用虚拟化技术实现资源共享和弹性伸缩
  
  设备功能更新方便
  
  用于采用通用硬件,设备更新主要是软件更新,更新周期短
  
  传统网络设备升级需要软硬件同时开发,设备更新和部署时间长
  
  自动化运维
  
  硬件资源虚拟化,运维更加自动化、智能化
  
  传统网络是预先规划,通过命令行或者网管系统手动或者半手动配置,网元的更新替换流程复杂
  
  网络与业务关联紧密
  
  NFV网络的部署由业务驱动,实现统一编排和部署
  
  传统网络相对独立,业务需求向网络传递慢,网络响应周期长
  

如上所述,NFV的目标是通过通用化的硬件,网络功能软件化,采用云计算相关的资源虚拟化技术和业务编排、运维技术,实现运营商网络的重构。


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发表于2019年03月08日 16:50:44
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1.2 NFV架构解读

NFV的准制定工作主要由ETSINFV ISG(产业规范组)负责,自2012年提出NFV概念至今,NFV标准化工作一直在持续进行,NFV架构也更加成熟。NFV的参考架构如下图所示:





同当前的网络架构(专用通信设备网络+OSS系统)相比,NFV从纵向和横向上进行了解构,从纵向看NFV标架构分为三层:

l  基础设施层:NFVINFV Infrastructure的简称,底层物理硬件设备包括标准的服务器、存储和网络设备,NFVI需要将物理计算/存储/交换资源通过虚拟化技术转换为虚拟的计算/存储/交换资源池。NFVI指的是底层硬件和由此形成的虚拟化资源的总称。

l  虚拟网络层:虚拟网络层对应的就是目前各个电信网络,每个物理网元映射为一个虚拟网元VNFvirtual network function),VNF所需资源需要分解为虚拟的计算/存储/交换资源,由NFVI来承载,VNF之间的接口依然采用传统网络定义的信令接口,VNF的业务网管依然采用NE(网元)-EMS(网元管理)-NMS(网络管理)网管体系。

l  运营支撑层:运营支撑层就是目前的OSS/BSS系统,需要为虚拟化进行必要的修改和调整。

从横向看,NFV标准架构分为两个域,即业务网络域和管理编排域。

l  业务网络域:就是上文提到的三个层级的电信网络,沿袭现有的层次划分和网管体系。

l  管理编排域:同传统网络最大区别就是,NFV增加了一个管理编排域,简称MANOMANO负责对整个NFVI资源的管理和编排,负责业务网络和NFVI资源的映射和关联,负责OSS业务资源流程的实施等,MANO内部包括VIMVNFMNFV Orchestrator三个实体,分别完成对NFVIVNFNSNetworkService:即业务网络提供的网络服务)三个层次的管理。

按照NFV的定义,一个业务网络可以分解为一组VNFVNFLVNF Link),表示为VNF-FGVNF Forwarding Graph),然后每个VNF可以分解为一组VNFCVNFComponet)和内部连接图,每个VNFC映射为一个VM;对于每个VNFL,对应着一个连接,需要分配一定的链路资源(流量,QoS,路由等参数)。上述业务编排由NFV orchestrator完成,通过这样的编排流程,一个业务网络可以通过NFVO分解,并传递到VNFM模块进行虚拟网元的创建和生命周期管理,VNF对应虚拟资源等资源由VIM分配。

以上是ETSI定义的NFV标准架构和模块组成,NFV的实现中,NFV架构的多个模块有可能融合在一个软件平台上实现,也可以使独立部署,尤其是MANO部分的各个模块目前各个设备商的实现方式存在较大差异。各个模块的具体功能如下表:

   层次

   
   网元

   
   英文全称

   
   中文全称

   
   功能说明

   
  OSS/BSS及协同层

  
  OSS/BSS

  
  Operations Support System/Business Support System

  
  运营支撑系统/业务支撑系统

  
  运营商业务支撑和运维支撑系统

  
  NFVO

  
  Network Functions Virtualization Orchestrator

  
  网络功能虚拟化编排

  
  业务生命周期管理:提供跨数据中心的资源调度能力,提供跨厂商的业务生命周期管理能力,包括业务部署/扩容/缩容/下线

  
  虚拟化网络功能层

  
  EMS

  
  Element management system

  
  网元管理系统

  
  整合应用层和资源层故障监控&定界,保持现有网管的管理能力,可统一管理云化和非云化网元

  
  VNF

  
  Virtualized Network Function

  
  虚拟网络功能

  
  支持云化的网元应用,由VM组成

  
  VNFM

  
  VNF Manager

  
  VNF管理器

  
  网元的生命周期管理:提供包括部署/扩容/缩容/下线等自动化能力

  
  虚拟化资源架构层

  
  NFVI

  
  Network Functions Virtualization Infrastructure

  
  网络功能虚拟化基础设施

  
  云化网络(I层),提供对计算、存储和网络等基础资源的访问

  
  VIM

  
  Virtualised Infrastructure Manager

  
  虚拟基础设置管理器

  
  I层厂商提供的I层资源分配和管理功能

  

NFV各个层次和模块之间采用标准化接口,接口标准化是NFV实现软硬件解耦和开放性的保障,也是目前ETSI NFV ISG的工作重点之一,目前接口功能的定义已经明确,但标准化工作仍在进行,下表是NFV各层次接口功能说明:


   接口类型

   
   功能描述

   
  Ve_Vnfm

  
  VNFMVNF之间的接口,实现VNF生命周期管理、VNF配置、VNF性能和故障管理。

  
  Vi-Vnfm

  
  提供业务应用管理系统/业务编排系统与虚拟化层管理软件之间交互接口。

  业务应用管理系统可以执行网元生命周期管理和虚拟网络系统优化。业务编排系统可以协同编排网元实现端到端业务。

  
  Nf-Vi

  
  虚拟化层管理软件与基础设施之间的接口,提供NFVI虚拟计算、存储和网络系统管理;虚拟基础架构配置和连接;系统利用率、性能监控和故障管理。

  
  Vn-Nf

  
  虚拟机与I层基础设施之间的接口,确保虚拟机可以部署在I层基础设施上,满足性能、可靠性和可扩展性要求。I层基础设施提供虚拟机操作系统兼容性要求。

  
  Vi-Ha

  
  虚拟化层与基础硬件之间的接口,虚拟化层提供基础硬件兼容性要求。

  



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发表于2019年03月08日 16:51:07
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1.3 NFV主要应用场景

NFV的愿景是应用于电信网络中任意的场景,替代各类网元设备。电信的网元种类多样,电信网络中的网元类型很多,有侧重计算密集型的(以处理信令和协议为主),也有侧重转发性能的。从NFV的应用类型来看,当前NFV应用主要是计算密集型的网元,随着CPU处理网络报文性能的提高,才可能逐步覆盖那些侧重转发的网元。从NFV的场景分类,NFV主要应用于以下场景:

l  数据中心:云计算是当前数据中心发展方向,NFV所采用的基础技术与云计算是通用的,因此具天然的云计算特性。NFV在云计算数据中心主要的应用形态是vSwitchvRoutervFWvLB等网元。

l  Gi-LAN:当前核心网网元主要的功能是信令和协议处理,这与当前NFV硬件性能比较匹配,另外核心网网元通常集中部署,便于在集中的虚拟化资源上部署。当前NFV实验和试商用的热点集中在移动网络核心网节点vEPCIP语音核心网元vIMS

l  城域POP节点:城域网POP节点是运营商业务提供的重要节点,信令和协议处理需求较大的网元如BRASMSE是当前NFV改造的重点。目前vBNG/vBRAS/vMSENFV应用的热点。

l  用户接入节点:传统的运营商用户接入节点具有多种网元设备需求、要求远程管理和配置能力、接入节点数量庞大、单节点业务处理能力要求较低等特点。NFV能够较好的解决上述问题,满足运营商集中部署和维护、单一硬件平台实现多种网元部署,降低硬件采购和维护成本等要求。因此vCPE是当前NFV重要应用。

随着NFV的成熟和性能进一步提升,未来NFV还可以在移动回传网络,城域网等应用场景部署。目前运营商网络仍然是NFV部署的最重要场景,随着NFV技术和产业的进一步成熟,未来NFV还可能应用于企业网络等其他市场。

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网络平头哥

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发表于2019年03月08日 16:51:23
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NFV与SDN有什么关系

2.1 SDNNFV有什么价值




SDNSoftware Defined Network)即软件定义网络,开放网络基金会(ONF)将软件定义网络定义为三个特征:


l   控制平面与转发平面分离


l   控制平面集中化


l   网络可编程


SDN给网络带来的变化和价值包括以下几点:


l   控制平面与转发平面分离,实现控制平面与转发平面的松耦合,SDN控制器多样化的南向接口与多种类网络硬件对接,摆脱了传统通信设备软硬件紧耦合、封闭的束缚,使得单一控制面控制多种类硬件设备成为可能,同时使得网络设备通用化在理论上成为可能。


l   集中控制相比让控制器具备了全局拓扑和全网运行状态信息,设备的配置具有全局关联性和上下文一致性,使得单一控制面实现多节点统一控制和配置成为可能,集中控制也为SDN网络可编程提供了前提条件。


l   SDN网络可编程属性,解决了过去网络静态配置,与业务没有直接关联,无法根据上层业务需求动态调整的不足,上层业务或者云平台可以通过SDN控制器北向接口对网络进行编程。


SDN的上述三个特征是相辅相成的,SDN网络使得多种类网络设备可以更灵活的组网,集中配置和控制,上层业务可以根据业务需求动态的调整网络配置,更好的满足业务部署要求。


由上述SDN的特点可以看出,与NFV关注单个网元的实现不同,SDN侧重是面向整个网络的部署,如果说NFV更加关注一个点的问题,SDN则是关注面的问题。SDN可以很好的解决前文提到的NFV部署中对于多类型网元的集中控制、网元之间连接创建、网元动态配置等问题。因此,SDNNFV架构的必要拼图和补充。SDNNFV在实际部署中的分工在下图中体现:






如图所示,NFV更侧重于VNF虚拟网元的部署,而SDN则为物理网元、虚拟网元提供几种的控制和配置,NFVSDN的紧密配合,提供完整的网络服务。




2.2 SDNNFV怎么配合使用


上文谈到SDNNFV而言是个重要补充,而NFV实际应用中和SDN的分工和配合是目前该领域一个重要课题。当前运营商网络中NFV的部署一般集中在数据中心和网络边缘,数据中心区域内容易实现计算、存储和网络设备的规模化部署并实现资源虚拟化,有利于大规模部署计算密集型VNF网元,例如无线业务核心网元vEPC,网关设备vBNG。网络边缘主要是vCPE的部署,作为多功能用户接入网元使用。运营商的业务往往是端到端部署的,NFV网络服务需要贯穿接入网络、广域网和数据中心,因此NFV部署除了需要解决VNF的实现,还需要解决端到端的网络连接。整体而言,SDN作为一个模块集成到NFV架构中,为NFV架构中的上层模块提供网络资源管理、控制和配置的功能。在数据中心内部,SDN作为NFV VIM的一部分实现对数据中心内部NFVI中网络设备的控制,并配合计算、存储资源管理平台(如OpenStack)向上层的VNFMNFVO组件提供虚拟化资源管理和配置服务。在数据中心之外网络,SDN则提供传统网络的集中控制和配置功能,为NFVO提供接口分配、连接建立、策略配置等功能,实现广域网络与数据中心网络、接入节点的对接,为上层业务提供端到端的网络服务。整体的部署见下图:






如上图所示,数据中心内部的SDN控制器作为网络资源专用VIM模块实现NFVI中虚拟网络设备和物理网络设备集中控制,SDN控制器通过北向接口与OpenStack Neutron模块对接,继而由Neutron模块为上层的NFV MANO模块提供接口。广域网SDN控制器负责数据中心外部网络的集中控制和配置,并提供北向接口与NFV Orchestrator对接,由此实现广域网和数据中心内部网元的统一控制和配置,为端到端网络服务提供基础。下图是数据中心内部SDN控制器作为VIM的网络资源管理组件,与计算、存储资源管理组件(OpenStack)以及NFVI的接口关系。


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wosakaka

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发表于2019年12月26日 17:36:23
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wosakaka

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发表于2019年12月26日 17:35:03
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zan

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