数据中心网络架构的问题与演进 — NFV

前言

NFV 博大精深，本文仅作浅析，让初学者可以快速了解 NFV 是什么、做什么、为什么。但要搞懂 NFV 怎么做？岂是一篇博文能够讲得明白。技术层面，本文分别介绍了 NFVO、NFVI 的架构，以及着重介绍了 VIM 的高性能与高可用特性。其余的内容，推荐阅读《NFV 技术白皮书》和《NFVI 技术白皮书》。

NFV

Network Functions Virtualization(NFV) is a network architecture concept that uses the technologies of IT virtualization to virtualize entire classes of network node functions into building blocks that may connect, or chain together, to create communication services.

NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）通过软、硬件解耦及功能抽象，使电信运营商的网元功能（Network Function）不再依赖于专用硬件设备，转而使用基于行业标准的 x86 服务器、存储和交换设备等通用型硬件以及相关的计算、网络虚拟化技术来承载网元功能的虚拟化软件实现。一方面基于 x86 标准的 IT 设备成本低廉，能够为运营商节省巨大的投资成本，另一方面开放的 API 接口，也能帮助运营商获得更多、更灵活、更具弹性的网络能力。NFV 可以让这些硬件资源得到充分灵活的共享，实现新业务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈。

笔者认为 NFV 技术诞生和发展的主要原因是：电信网的发展是一个不断引入新技术持续创新的过程，通信网络和业务始终在不断地进行着变革。从最初的模拟通信、数据通信，到当代互联网、IT 技术。NFV 的本质就是 IT 与 CT 融合（ICT），将传统封闭的电信网络转变为灵活开放的云化结构，借助云的力量完成成本控制、业务赋能和最重要的数字化转型。

NFV 的最终目标

NFV 将传统的软硬一体的物理网元从逻辑上拆分为硬件、虚拟层和上层网元三层，并引入了 MANO 端到端管理编排系统。考虑到初期引入 NFV 的复杂性，业界通常会选择多种过渡方案，包括软硬解耦方案，指定配对集成方案等，但这些方案仅可以实现 NFV 所带来的部分优势，无法实现 “多域资源共享、上层业务灵活编排”。为推动产业发展，加速产业成熟并充分实现 NFV 的优势，设定了 NFV 远期发展目标为：NFV 硬件、虚拟层和上层应用三层完全解耦，任意配对，且满足 NFV 的相关功能和性能等要求。

• 要求硬件完全基于通用硬件，相关存储可支持存储型服务器，存储方案可支持分布式存储；
• 要求虚拟层（包括 Hypervisor 和 VIM）满足电信级功能和性能要求；
• 要求上层应用基于云化理念进行重构，充分发挥 NFV 的优势;
• 要求满足电信级可靠性；
• 为配合三层全解耦模式，MANO 系统中的协同编排器 Ocheterostor 要求与 VNFM、VIM 要实现异厂家解耦。

NFV 的抽象框架

ETSI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准化协会） 为 NFV 定义的一个标准参考抽象框架，以便所有参与者可以依照共同的框架完成相关研发工作。参考框架是可扩展的，可以从最基本的设计和功能开始一直延伸到能容纳极端网络流量的配置，参考架构包括了完整的基础架构层、虚拟基础设施管理层、资源管理与业务流程编排层、OSS 层以及网络功能层。其中网络功能层中的虚拟网元（VNF）就逻辑功能而言与物理网元（PNF）相同。

基础架构层与虚拟基础设施管理层