NFV的架构与应用

前文《NFV是个啥？》大致介绍了：

NFV意为网络功能虚拟化，事实上是网络功能云化。其本质是将硬件网络设备拆开，把专有硬件改用通用硬件（如x86服务器），并将专有网络功能改为通用网络功能，进而通过将通用硬件进行虚拟化构成云化资源池，通用网络功能运行在这个资源池中。

简单说就是将“硬”的专有设备转变为“虚”的软件网络设备。

高大上一点，也就是“软硬件解耦、硬件通用化、网络功能软件化与虚拟化部署”。

一、NFV应该是什么样的？

ESTI（European Telecommunications Standards Institute，欧洲电信标准化协会）认为NFV应该是这样的：

上面的图看起来，就不太好理解，我们再来抽象一层：

再稍微优化一下，应该是这样：

现在我们来解释这几块内容：

1. VNF:网络功能虚拟化

网络功能原本在硬件盒子里面是软件，需要从专有硬件抽取出来，那么怎么个抽取法呢？是将原有功能经过适配后直接形成一个单体，还是做进一步的改造形成微服务，再或是面向网络领域的优化级微服务？

5G核心网中的微服务，你懂了吗？

不论是哪种抽取方法，网络功能都进行了软件化，最终为以软件包的形态存在，称之为VNF（虚拟化网络功能）。

2. NFVI:VNF成长环境

VNF以软件的形态存在，需要部署在运行环境中，才能起到作用。之前我们习惯于将软件部署在物理服务器上，这与硬件盒子似乎也没啥区别，也就失去了NFV的意义。

所以说，VNF需要不是一粒“尘埃”，而是需要一片“沃土”，这片“沃土”进行VNF的承载，进行硬件资源的虚拟化、管理、监控，负责“承载”环境的创建、删除。

当前，这片“沃土”通常是OpenStack和Kubernetes，“承载”环境分别是虚拟机VM、容器运行环境。在这里，VNF就是虚拟机镜像或者容器镜像了。

3. VNF聚沙成塔

一个VNF实现的是一种网络功能，如防火墙、路由器、交换机、负载均衡等等，不同用户所需要的网络服务可能是不同的，这就需要根据进行VNF的按需组合，形成链。

要想形成链（网络服务），就需要进行VNF进行编排，同时，也需要对VNF的生命周期进行管理，如创建、升级、删除、自愈等。

到这里，NFV的大致轮廓就清晰了。

二、NFV是如何运转起来的?

在前面我看到的是“离散”的点共同构成了NFV，如果要将NFV运转起来，那就需要将这些点连接起来，而如何连接又是根据用户需求进行的。

所以，我们从用户的需求来分析。用户规划好网络功能后，需要给用户提供一个“场所”进行：

①　选择VNF：在图形化界面进行拖拽VNF，并配置资源规格、性能要求等参数；

②　配置网络服务：将VNF进行编排，配置、转发图和 VNF 实例间连接；

③　启动网络服务：触发网络服务构建，后台创建VNF网元和虚拟网络环境。

NFV环境，还需要做到：

①　监控网络服务：实时监控资源使用情况、可视化性能参数；

②　故障自愈：网元发生故障，则需要及时替换故障网元。

三、NFV有哪些应用场景?

NFV应用于电信网络和云数据中心。

1.电信网络

电信网络引入NFV的初衷是：

• 通过将传统电信设备的软件与硬件解耦，降低购买成本和维护成本；
• 通过将网络功能软件化后，提高业务的的部署速度和灵活性；
• 引入软硬件各层不同的厂商、开源组织参与，构建开放生态，加快业务创新，为业务创新提升、新业务加快上市提供基础。

5G核心网应用较为广泛，其网络功能微服务化，使用的是面向云原生NFV技术。

2.云数据中心

云数据中心承载着互联网应用，而互联网应用架构又随着互联网业务的发展不断演进，其基础链路参见《云产品之负载均衡那些事儿》

每个基础链路可需要相应的虚拟网络，以实现安全隔离、转发、负载均衡等网络功能，基本上是4/7层协议的处理。

云网络的弹性要求这些网络功能可以快速、灵活地实现。

NFV是一种“软件形态”的虚拟网元，其本质上使用通用服务器CPU资源进行数据包的转发。可通过软件编码的方式满足云网络快速、灵活的需求。

总的来说，NFV技术在云网络中的应用，主要用来满足互联网应用程序的网络功能需求，进行4/7层协议的处理。

由于云网络面向海量的用户提供服务，NFV的性能就非常重要。

第一阶段：NFV的实现直接使用了Linux内核的网络转发能力，如负载均衡LVS；

第二阶段：NFV的实现借助了DPDK技术，绕过Linux内核，直接在用户空间实现各种网络功能，性能提升10左右；

总的来说，这两个阶段是将NFV直接部署在通用服务器上进行网络功能的实现。这会产生2个问题：

①　通用服务器从规划、申请、采购到上线的时间大约是1个月，如果遇到突发的业务需求，难以实现弹性扩展；

②　通用服务器使用不同的架构体系、不同型号，也面临着NFV需要不断适配的问题。

第三阶段：NFV直接部署在云主机上，云主机本身就具有弹性能力，能够较好地解决前2个阶段面临的问题。