NFV网络功能虚拟化架构和基本概念(转载)

1. NFV网络功能虚拟化概述

  网络虚拟化技术,即用软件来安装、控制、操作那些运行在通用硬件上的网络功能,融合了云和虚拟化技术,使得新一代网络业务拥有更好的伸缩性和自动化能力。这些新涌现的技术经常被不加区分地称为NFV(网络功能虚拟化,Network Functions Virtualiztion)和SDN(软件定义网络,Software Define Network),虽然二者有逐渐融合之势,但二者的初衷和架构并不相同:

  • SDN起源于园区网,发展于数据中心,目的是将控制平面和转发平面分离,通过集中化的控制平面能够灵活定义网络行为
  • NFV则由运营商联盟提出,为了加速部署新的网络服务,运营商倾向于放弃笨重昂贵的专用网络设备,转而使用标准的IT虚拟化技术来拆分网络功能模块,如DNS、NAT、Firewall等。于是一些运营商联合成立了欧洲通信标准协会ETSI(European Telecommunications Standards Institute),他的一个工作组(ETSI ISG NFV)负责开发制定电信网络的虚拟化架构,如NFV MANO。

2. ETSI NFV标准架构

ETSI小组使用三个关键标准提出他们的建议:

  1. 解耦合:硬件和软件的分离;
  2. 灵活性:自动化和可扩展的网络功能部署;
  3. 动态操作:通过对网络状态的粒度控制和监控来控制网络功能的运行参数;

  基于上述三个关键标准,建立了下图ETSI NFV标准架构,其中包括NFVI(NFV infrastructure),VNFs和MANO(Management and Orchestration)三个主要模块,三者是标准架构中顶级的概念实体。

  • NFVI(NFV Infrastructure) 包含了虚拟化层(hypervisor或者容器管理系统,如Docker,以及vSwitch)以及物理资源,如COTS服务器、交换机、存储设备等。NFVI可以跨越若干个物理位置进行部署,此时,为这些物理站点提供数据连接的网络也称为NFVI的一部分。为了兼容基于现有的网络架构,NFVI的网络接入点要能够跟其它物理网络互联互通。NFV支持多vendor,NFVI是一种通用的虚拟化层,所有虚拟资源应该是在一个统一共享的资源池中,不应该受制或者特殊对待某些运行其上的VNF。

  • VNFs(Virtual Network Functions) 指的是具体的虚拟网络功能,提供某种网络服务,是软件,利用NFVI提供的基础设施部署在虚拟机、容器或者bare-metal物理机中。相对于VNF,传统的基于硬件的网元可以称为PNF。VNF和PNF能够单独或者混合组网,形成所谓的service chain,提供特定场景下所需的E2E网络服务。NFV是网络功能虚拟化技术或概念,解决了将网络功能部署在通用硬件上的问题,需要与VNF相区分。

  • MANO(Management and Orchestration) 提供了NFV的整体管理和编排,向上接入OSS/BSS(Operational and Billing Support System),由NFVO(NFV Orchestrator)、VNFM(VNF Manager)以及VIM(Virtualised infrastructure manager)虚拟化基础设施管理器三者共同组成。Orchestrate代表编排,各个VNF、PNF、及其它各类资源只有合理编排下,在正确的时间做正确的事情,整个系统才能发挥应有的作用。

    • VIM:VIM主要是NFV基础资源管理,主要是管理计算、存储和网络资源,其实就是管理服务器。NFVI被VIM管理,VIM控制着VNF的虚拟资源分配,如虚拟计算,虚拟存储和虚拟网络。Openstack和VMWare都可以作为VIM,前者是开源的,后者是商业的。
    • VNFM:管理VNF的生命周期,如上线、下线,进行状态监控、image onboard,在服务器上创建、删除VNF这些东西。VNFM基于VNFD(VNF描述)来管理VNF。
    • NFVO:主要是业务编排,用以管理NS(Network Service,网络业务)生命周期,并协调NS生命周期的管理、协调VNF生命周期的管理(需要得到VNF管理器VNFM的支持)、协调NFVI各类资源的管理(需要得到虚拟化基础设施管理器VIM的支持),以此确保所需各类资源与连接的优化配置。onboard新的网络业务,VNF转发表,VNF package。 NFVO基于NSD(网络服务描述)运行,NSD中包含Service chain,NFV以及perfomance goal等。相当于在已经创建好的VNF上下发业务配置。

3. 设计原理

  1. NFV架构将物理网元的一些功能拆分开来,这样更便于运营商从多个vendor那里选择最适合自己的VNF。
  2. VNF可以被用于不同的物理硬件和hypervisor。
  3. 能够只通过软件进行快速发布。
  4. 标准的开放接口便于multi-vendor间的VNF进行交互。
  5. 使用低成本的通用硬件,不受制于特定供应商。

参考文章1:NFV基本概念
参考文章2:ETSI的NFV经典参考架构

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