NFV的架構與應用

前文《NFV是個啥？》大致介紹了：

NFV意為網絡功能虛擬化，事實上是網絡功能云化。其本質是將硬件網絡設備拆開，把專有硬件改用通用硬件（如x86服務器），并將專有網絡功能改為通用網絡功能，進而通過將通用硬件進行虛擬化構成云化資源池，通用網絡功能運行在這個資源池中。

簡單說就是將“硬”的專有設備轉變為“虛”的軟件網絡設備。

高大上一點，也就是“軟硬件解耦、硬件通用化、網絡功能軟件化與虛擬化部署”。

一、NFV應該是什么樣的？

ESTI（European Telecommunications Standards Institute，歐洲電信標準化協會）認為NFV應該是這樣的：

上面的圖看起來，就不太好理解，我們再來抽象一層：

再稍微優化一下，應該是這樣：

現在我們來解釋這幾塊內容：

1. VNF:網絡功能虛擬化

網絡功能原本在硬件盒子里面是軟件，需要從專有硬件抽取出來，那么怎么個抽取法呢？是將原有功能經過適配后直接形成一個單體，還是做進一步的改造形成微服務，再或是面向網絡領域的優化級微服務？

5G核心網中的微服務，你懂了嗎？

不論是哪種抽取方法，網絡功能都進行了軟件化，最終為以軟件包的形態存在，稱之為VNF（虛擬化網絡功能）。

2. NFVI:VNF成長環境

VNF以軟件的形態存在，需要部署在運行環境中，才能起到作用。之前我們習慣于將軟件部署在物理服務器上，這與硬件盒子似乎也沒啥區別，也就失去了NFV的意義。

所以說，VNF需要不是一?！皦m?！?，而是需要一片“沃土”，這片“沃土”進行VNF的承載，進行硬件資源的虛擬化、管理、監控，負責“承載”環境的創建、刪除。

當前，這片“沃土”通常是OpenStack和Kubernetes，“承載”環境分別是虛擬機VM、容器運行環境。在這里，VNF就是虛擬機鏡像或者容器鏡像了。

3. VNF聚沙成塔

一個VNF實現的是一種網絡功能，如防火墻、路由器、交換機、負載均衡等等，不同用戶所需要的網絡服務可能是不同的，這就需要根據進行VNF的按需組合，形成鏈。

要想形成鏈（網絡服務），就需要進行VNF進行編排，同時，也需要對VNF的生命周期進行管理，如創建、升級、刪除、自愈等。

到這里，NFV的大致輪廓就清晰了。

二、NFV是如何運轉起來的?

在前面我看到的是“離散”的點共同構成了NFV，如果要將NFV運轉起來，那就需要將這些點連接起來，而如何連接又是根據用戶需求進行的。

所以，我們從用戶的需求來分析。用戶規劃好網絡功能后，需要給用戶提供一個“場所”進行：

①選擇VNF：在圖形化界面進行拖拽VNF，并配置資源規格、性能要求等參數；

②配置網絡服務：將VNF進行編排，配置、轉發圖和 VNF 實例間連接；

③啟動網絡服務：觸發網絡服務構建，后臺創建VNF網元和虛擬網絡環境。

NFV環境，還需要做到：

①監控網絡服務：實時監控資源使用情況、可視化性能參數；

②故障自愈：網元發生故障，則需要及時替換故障網元。

三、NFV有哪些應用場景?

NFV應用于電信網絡和云數據中心。

1.電信網絡

電信網絡引入NFV的初衷是：

• 通過將傳統電信設備的軟件與硬件解耦，降低購買成本和維護成本；
• 通過將網絡功能軟件化后，提高業務的的部署速度和靈活性；
• 引入軟硬件各層不同的廠商、開源組織參與，構建開放生態，加快業務創新，為業務創新提升、新業務加快上市提供基礎。

5G核心網應用較為廣泛，其網絡功能微服務化，使用的是面向云原生NFV技術。

2.云數據中心

云數據中心承載著互聯網應用，而互聯網應用架構又隨著互聯網業務的發展不斷演進，其基礎鏈路參見《云產品之負載均衡那些事兒》

每個基礎鏈路可需要相應的虛擬網絡，以實現安全隔離、轉發、負載均衡等網絡功能，基本上是4/7層協議的處理。

云網絡的彈性要求這些網絡功能可以快速、靈活地實現。

NFV是一種“軟件形態”的虛擬網元，其本質上使用通用服務器CPU資源進行數據包的轉發?？赏ㄟ^軟件編碼的方式滿足云網絡快速、靈活的需求。

總的來說，NFV技術在云網絡中的應用，主要用來滿足互聯網應用程序的網絡功能需求，進行4/7層協議的處理。

由于云網絡面向海量的用戶提供服務，NFV的性能就非常重要。

第一階段：NFV的實現直接使用了Linux內核的網絡轉發能力，如負載均衡LVS；

第二階段：NFV的實現借助了DPDK技術，繞過Linux內核，直接在用戶空間實現各種網絡功能，性能提升10左右；

總的來說，這兩個階段是將NFV直接部署在通用服務器上進行網絡功能的實現。這會產生2個問題：

①通用服務器從規劃、申請、采購到上線的時間大約是1個月，如果遇到突發的業務需求，難以實現彈性擴展；

②通用服務器使用不同的架構體系、不同型號，也面臨著NFV需要不斷適配的問題。

第三階段：NFV直接部署在云主機上，云主機本身就具有彈性能力，能夠較好地解決前2個階段面臨的問題。