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1、2018-6-6NFV技術原理一、NFV技術概念NFV起源與概念NFV與SDN關系主要內容主要內容網絡功能虛擬化（網絡功能虛擬化（NFV）專用硬件設備種類各異，數量眾多，同時硬件生命周期趨短 專用硬件開發使進入門檻高，成本高，限制創新與競爭新業務的部署又要求引入新的專用硬件、專用方案，部署周期太長傳統網絡NFV網絡NFV旨在通過標準的IT虛擬化技術,把網絡設備統一到工業化標準的高性能、大容量的服務器，交換機和存儲平臺上，該平臺可以位于數據中心、網絡節點及用戶駐地網等。NFV將網絡功能軟件化，使其能夠運行在標準、共享的標準服務器虛擬化軟件上，以便能根據需要安裝/遷移到網絡中的任意位置 NFV不僅2、僅適用于控制面功能，同樣適用于數據面包處理；適用于有線和無線網絡。網絡功能虛擬化（NFV）技術通過發展標準的IT虛擬化技術，將傳統電信網絡設備整合到到行業標準的高性能、大容量的服務器、存儲設備和交換機上，實現電信設備軟硬件解耦合的目的現有網絡設備的問題NFV發展的驅動力發展的驅動力依賴硬件平臺電信專用硬件設備種類各異，數量眾多，平臺不能通用，硬件生命周期趨短，更新換代加速，導致網絡復合CAPEX增加硬件設備容量部署缺乏彈性 網絡OPEX居高不下，設備利用率不高業務環境封閉 與互聯網業務相比，電信新業務部署時間較長硬件平臺通用化 引入更多的IT設備硬件廠商，并對軟件商開放，提高運營商定價話語權為3、網絡提供更好的彈性 虛擬化提供自動化管理，通過資源池的方式對網元進行靈活調度管理和按需的資源分配減少新業務部署時間，業務環境開放 提供開放的業務生態環境和新應用驗證的創新環境 提供多租戶、虛擬運營粒度的網絡服務能力，有利于行業以及虛擬運營商場景NFV的優勢軟件定義網絡（Software Defined Network,SDN）是一種新型的網絡架構，它的設計理念是將網絡的控制平面與數據轉發平面進行分離，并實現可編程化控制。軟件定義網絡（軟件定義網絡（SDN）優勢通過網絡設備與業務/應用解耦合，以快速提供業務通過網絡設備控制層和轉發層解耦合，以降低對設備要求，節省CAPEXSDN的核心思想將從網絡4、設備控制集中到SDN控制器，并對外提供開放API上。SDN/NFV區別與聯系區別與聯系NFV與SDN是互補關系，二者相互獨立，沒有依賴關系，SDN不是NFV的前提 SDN重在集中控制，開放，協同，網絡可編程；NFV重在通用硬件+虛擬化網絡功能軟件NFV可以基于SDN實現，也可以基于非SDN實現狹義狹義SDNNFV核心思想核心思想控制轉發分離軟件硬件分離關注關注點點多個網絡設備的集中控制單個網絡設備虛擬化管理管理控制控制點點控制器管理與編排技術優勢技術優勢集中控制、開放協同和網絡可編程降低CAPEX和OPEX，實現自動化管理和運維相關組織相關組織ONF、ODL、ONOS、IETFETSI NFV5、OPNFV業務APIAPIAPI網絡業務網絡功能應用層控制層基礎設施層管理與編排網絡功能虛擬化網絡功能虛擬化（NFVNFV）網絡功能虛擬化網絡功能虛擬化（NFVNFV）二、NFV關鍵技術NFV典型應用場景NFV參考架構NFV主要功能模塊主要內容主要內容NFV場景全景場景全景硬件資源硬件資源池VNFVNF轉發圖轉發圖移動核心網移動核心網/IMSIMS的虛擬化的虛擬化CDNCDN的虛擬化的虛擬化基站的基站的虛擬化虛擬化家庭和企業網家庭和企業網的虛擬化的虛擬化固定接入的虛擬化固定接入的虛擬化NFV應用場景涵蓋無線/固定接入、移動核心網、CDN網絡等多個專業的面向不同用戶（個人、家庭、企業等）的業務6、場景：NFV架構主要由3個域組成網絡功能虛擬化基礎設施域：計算、存儲和網絡等基礎設施資源虛擬化網絡功能域：在虛擬化的基礎設施上實現網絡功能管理與編排域（含描述功能）：軟硬件資源的統一管理和智能調度NFVNFV概念概念模型模型管理與編排域（Management and orchestration）網絡功能虛擬化基礎設施域（Network FunctionVirtualization infrastructure）虛擬化網絡功能域（Virtualization Network Function）OSS/BSS描述和記錄參考架構參考架構-整體概述整體概述ETSI NFV架構基礎資源架構層-虛擬化資源7、池-硬件資源池虛擬化網絡功能層-網元管理模塊-虛擬化網元OSS/BSS及協同層-業務支撐和運維支撐-虛擬化網絡功能協同NFV分層分層解耦解耦NFV基礎設施基礎設施(NFVI)ComputeStorageNetwork硬件資源硬件資源Virtualization Layer云平臺云平臺vComputevStoragevNetwork虛擬資源虛擬資源E2E Network ServiceVNF轉發圖（VNF Forwarding Graph）網絡服務網絡服務VNFVNFFGVNFVNFPNFLogical Links網絡服務邏輯抽象網絡服務邏輯抽象End PointEnd PointVNF實例實例8、VNFCIVNFCIVNFCI軟件實例軟件實例VNFCI抽象抽象VNF:Virtualized Network FunctionPNF:Virtualized Network FunctionVDU:Virtual Deployment UnitVL:Virtual Link管理與編排管理與編排（MANO）NFV技術架構（技術架構（1）-ETSI NFVNFVI（NFV基礎設施）物理資源：包括物理計算資源、物理存儲資源、物理網絡資源。如物理服務器、硬盤、物理網卡虛擬化層（Hypervisor）：將物理資源統一化、抽象化為虛擬資源池。如KVM、VMware虛擬資源（虛擬機VM）：虛擬計算資源、虛9、擬存儲資源、虛擬網絡資源。如虛擬機VNF（虛擬網絡功能）傳統網絡功能的軟件化形式，VNF以組件（VNFC）為粒度運行于虛擬機（VM）之上。如vEPC、vIMSEM（網元管理）實現VNF網元業務管理，與MANO配合完成對VNF業務級別的管理（配置、KPI指標搜集、計費等）OSS/BSS運營商綜合網管，完成對網絡服務的管理和運營NFV技術架構（技術架構（2）-3GPP虛擬網絡與傳統網絡的管理網元網管：虛擬化網絡設備網管可同時管理傳統網絡網元OSS/BSS：OSS/BSS提供虛擬網絡與傳統網絡的統一視圖。虛擬網絡管理：MANO與EM配合分別完成網絡部署和業務的管理傳統網絡管理：以傳統網管方式進行管理10、NFVI包含一系列的軟硬件集合，其為VNF部署、管理和執行提供相應環境?；A設施層中的物理資源包括了計算、存儲和網絡資源，這些資源通過虛擬化層來向VNF提供處理、存儲和連接能力。NFVI的基本功能NFVI的層次結構ComputingHardwareStorageHardwareNetworkHardwareHardware resourcesVirtualisation LayerNFVIVirtual ComputingVirtual StorageVirtual NetworkVn-NfVl-Ha計算域Hypervisor域基礎網絡域 計算域-提供基于通 用硬件 服務器（COTS）的計算和11、存儲資源 Hypervisor域-允許多個操作系統和應用共享硬件，可訪問服務器上包括磁盤和內存等所有物理設備 基礎網絡域-提供多種網絡通信能力，滿足上層業務的組網需求NFVI-概述概述包括CPU、內存、網卡和本地存儲等，也可以包括加速硬件，如硬件加解密、DPI、包轉發等，為上層網元和應用提供基礎物理能力。計算域的組成計算域的組成當前CPU的指令集架構主要有兩類：x86指令集/ARM指令集支持虛擬化技術（如intel VT-d技術）針對部分對處理器要求性能較低，且對功耗要求較高的場景，也可以使用基于ARM架構的處理器。CPU虛擬化應用情況下，更多的內存有利于系統性能的提高。物理服務器中設定的虛擬12、機數量越多，需要的內存越多。內存內存網卡除了滿足帶寬需求外，還應支持網卡虛擬化技術，包括DPDK、SR-IOV等，提高虛擬機的I/O性能，從而提升NFV網元的轉發性能。網卡網卡可以是集中式存儲（如SAN），也可以是本地存儲（如Ceph）。存儲存儲NFVINFVI-計算域（計算域（1 1）主流方案包括刀片服務器和機架服務器兩種形態 刀片服務器和機架服務器從功能和性能實際上并無差異，因此主要選型的依據主要取決于服務器的機房環境或者管理運維要求服務器的形態刀片服務器機架服務器機房提供1m以上進深機柜電力和空間緊張網絡接口簡化，網口虛擬化統一部署和管理機柜進深較短要求配置各類外部配件，例如專用PCI設13、備等擴展能力要求高，例如PCI/硬盤數量獨立管理和使用NFVINFVI-計算域（計算域（2 2）高：87.3mm寬：445.5mm機架服務器（DL380）高：55.3mm寬：180.3mm深：517.4mm刀片服務器（BL460c）Hypervisor直接管理調用硬件資源，而虛擬機（包括客戶操作系統）直接運行在物理硬件上，例如Vmware、Xen等。裸機型HypervisorHypervisor運行在傳統操作系統（被稱為宿主操作系統）上對硬件資源進行管理，而虛擬機（包括客戶操作系統）也運行在宿主操作系統之上，例如Sun的VirtualBox、KVM等。托管或宿主型Hypervisor虛擬機仍然14、運行在宿主操作系統（通常是Linux系統）之上，模擬出運行應用程序的容器（container），所有虛擬機共享宿主操作系統的內核空間，例如Docker等。容器型HypervisorNFVINFVI-HypervisorHypervisor域域VNFC1VNFC2VNFC2VNFVNFMANOPNFVNF內VNFC之間的通信連接不同VNF之間的通信連接VNF與MANO之間的通信連接MANO內的通信連接與傳統網絡和網元的互聯互通機制不同NFVI-PoP之間的互聯基本能力具備較強安全性，有效消除基礎設施內和外部的安全威脅可以在L2/L3網絡上提供流量和地址空間的隔離提供不同網絡層次上可靠性和可用性可15、以最大限度的利用網絡資源，提供高速轉發的網絡環境特性要求特性要求NFVINFVI-基礎網絡域基礎網絡域NFVINFVI-NFVNFV加速加速 SR-IOV直通技術，允許將虛擬機I/O直接連接到物理I/O 設備上 DPDK允許虛擬交換機旁路內核并直接與兼容的網卡通信，實現了高效靈活的包處理解決方案CPU采用輪詢方式實現數據包處理過程，無中斷，并通過零拷貝技術直接從內存讀取數據包支持虛擬機綁核、巨頁內存技術基本概念VNF的內部結構VNF的實例化VNF的負載均衡VNF指將網元虛擬化或軟件化后，作為運行在VM上的軟件程序。虛擬化后，其功能和與其他網元之間的接口均與非虛擬化時保持一致。一個VNF可由單個16、VNFC或多個VNFC組成，一個VNFC和一個VM一一對應。VNF的VNFC可以以非并行或并行方式進行實例化并運行。VNF的負載均衡有VNFC粒度的負載均衡和VNF粒度的負載均衡。VNFVNF網元（網元（1 1）和底層硬件無關-VNF與底層硬件無關，對底層資源進行透明化的訪問受虛擬化層影響較大-VNF作為上層應用運行在客戶操作系統中，而客戶操作系統之下則是Hypervisor虛擬化層，所以VNF與其具有一定關聯性VNF的實例化-為VNF分配相關物理資源，并成功啟動VNF的擴縮-根據一定的策略，動態調整VNF的物理資源VNF實例的終止-保存運行時數據，并回收VNF使用的物理資源VNF網元的特點網17、元的特點VNF網元的基本操作網元的基本操作Scale in/out-根據一定的策略，結合VNF資源使用率情況，以增加/減少虛擬機實例的方式實現動態彈性Scale up/down-根據一定的策略，結合VNF資源使用率情況，以增加/減少虛擬機占用資源的方式實現動態彈性VNF網元的彈性網元的彈性部署策略-親和性/反親和性：有的網元需要部署在同服務器，而有的網元則要避免同服務器（例如主備網元）-位置：部署時對地理位置有要求彈性策略-擴縮容的策略：當VNF的某項KPI超過一定閾值時，觸發相應的擴縮容行為VNF網元的策略網元的策略VNFVNF網元（網元（2 2）MANO在NFV架構中扮演“大腦”的角色，其18、主要包括NFV編排器(NFV Orchestrator)、VNF管理器(VNF Manager)與虛擬化基礎設施管理器(Virtualized Infrastructure Manager)三個部分。負責協調、驗證與授權基礎設施資源的請求，同時負責管理NS、VNF生命周期管理，例如實例化(Instantiation)、彈性伸縮(Scaling)、更新、查詢、終止等。負責網絡服務的策略管理、性能與告警事件的收集與上報、與基礎設施相關資源的配置，例如為虛擬機增加資源、資源回收等。VIM+VNFM+NFVOVIMVNFMNFVO虛擬化基礎設施管理系統，主要負責虛擬化資源的管理，監控和故障上報面向上層19、VNF應用提供統一的虛擬化資源池實現VNFD的管理及處理、虛擬化網元VNF生命周期管理，包括VNF實例的初始化，VNF的擴容/縮容，VNF實例的終止。支持接收NFVO下發的彈性伸縮策略，實現VNF的彈性伸縮實現對NSD、VNFFG的管理及處理，NS生命周期的管理和VNFM配合實現VNF的生命周期管理和資源的全局視圖功能MANO概述概述ETSI NFV給出的NFV MANO架構由NFVO、VNFM和VIM三類功能模塊及信息組件組成MANO架構架構NFVO網絡服務、VNF轉發圖（VNF-FG）和VNF包上線網絡服務生命周期管理（包括實例化、擴容/縮容、性能管理、事件關聯、終止）全局虛擬資源管理、驗20、證和授權網絡服務實例的策略管理等VNFMVNF實例生命周期管理協調NFVI和E/NMS之間配置和事件管理等VIM控制管理NFVI虛擬和物理資源（計算、存儲和網絡）收集NFVI性能測量指標和事件等VIM是電信云的管理者安全支持安全策略的定義和安全漏洞的監測支持安全危險分析和滲透測試訪問控制和數據完整性檢測HA有效避免單點失效，能夠快速進行自動化恢復具備較強的可擴展性支持多種主流Hypervisor管理維護流程工具修復、更新、打包的自動化和實時分發統一的配置和部署支持對NFVI中軟硬件資源的目錄管理日志和告警功能自動化部署流程和工具對多種認證體系的集成MANOMANO各模塊功能與接口定位各模塊功能21、與接口定位-VIMVIM（1 1）VIMNFVIVIM的接口與功能VNFMNFVO1231Nf-Vi主要功能-VIM可通過該接口獲取硬件資源的狀態信息-VIM對虛擬機進行管理和監控-VIM對虛擬網絡資源進行管理和監控-NFVI向VIM上報硬件、虛擬資源的異常信息2Vi-Vnfm主要功能-VNFM向VIM請求資源-VIM向VNFM上報VNF占用資源變化的通知和VNF所占資源的故障信息-VNFM通過該接口對VNF所需虛擬計算和存儲資源進行管理3Or-Vi主要功能-NFVO對VNF軟件鏡像包進行管理，包括上傳、啟動、禁用、刪除等-NFVO可查詢底層物理和虛擬資源信息-NFVO收集底層硬件和虛擬化資源22、的KPIMANOMANO各模塊功能與接口定位各模塊功能與接口定位-VIMVIM（2 2）以開源為基礎進行電信級增強（如性能管理、故障管理、可靠性等）當前各個廠家的VIM產品多基于開源的Openstack實現電信級云管系統。OPNFV開源組織結合電信云管理需求、聯合多個開源社區與組織，對Opentack進行開發，推動NFV落地部署?，F狀性能差別指標名稱標準Openstack電信級云管理VIM錯誤發現時間1分鐘1秒VM失效發現時間1分鐘1秒云服務失效發現1分鐘10svSwitch性能12GbpsFull line rate僅需較少cores網絡錯誤發現取決于linux版本1秒保證DPDK&SR-I23、OV的實時遷移暫不支持支持MANOMANO各模塊功能與接口定位各模塊功能與接口定位-VIMVIM（3 3）VNFM的接口與功能VNFMVNFEMNFVOVIM1231Ve-Vnfm-em主要功能-VNFM通過該接口將虛擬化資源的故障和性能信息轉發給EM-VNFM將VNF實例信息發生變化發送給EM2Ve-Vnfm-vnf主要功能-VNF健康心跳通知-VNFM查詢VNF實例信息-VNFM對VNF實例進行、更新、擴縮、終止等3Or-Vnfm主要功能-NFVO與VNFM進行配合實現VNF實例化、擴縮容和VNF實例的終止-NFVO對VNFM資源分配申請進行認證授權-NFVO進行彈性伸縮策略的下發MANO24、MANO各模塊功能與接口定位各模塊功能與接口定位-VNFMVNFM（1 1）VNFM的部署方案介紹-同一廠家VNFM只管理本廠家的VNF應用，每個廠家VNFM與VNF配套部署方案建議-該方案造成一定資源浪費，但VNFM與VNF容易對接-部署初期VNF-VNFM接口解耦難度大，可以過渡方案專用專用VNFMVNFAEMVNFBEMVNFZEMGeneric VNFMNFVIVIMOSS/BSSNFVOOr-ViOr-VnfmVi-VnfmVn-Vnfm-emVn-Vnfm-vnfVIM方案介紹-同一廠家VNFM可管理本廠家所有VNF應用，部署新VNF只需接入本廠家的VNFM即可實現管理功能方案建議25、-加快網絡部署時間，降低部署成本-成熟期VNF-VNFM接口解耦，為目標方案通用通用VNFMMANOMANO各模塊功能與接口定位各模塊功能與接口定位-VNFMVNFM（2 2）NFVO的接口與功能NFVOOSS/BSSVNFMVIM11Os-Ma-Nfvo主要功能-對NS實例進行管理，包括更新、查詢、擴縮容等-NS實例的終止-NFVO通過該接口向OSS/BSS轉發硬件資源和虛擬化資源的相關信息，包括：事件、性能和計費等MANOMANO各模塊功能與接口定位各模塊功能與接口定位-NFVONFVO（1 1）運營商自研+開源社區為主由于NFVO是MANO的指揮官、與運營商網絡管理與業務運營緊密相關，各26、大運營商均已啟動NFVO自主研發（如AT&T ECOMP等）為了更快推動NFVO實現和產業鏈合作，運營商相繼推動成立開源社區（如ONAP、OSM等）現狀MANOMANO各模塊功能與接口定位各模塊功能與接口定位-NFVONFVO（2 2）ONAPOSMNFV中的模板與目錄初始化目錄初始化目錄NSIDsVNFIDs服務目錄服務目錄NSDVNFFGD網元目錄網元目錄VLDPNFDVNFDORCHESTRATORNSRVNFFGRVLRVNFRPNFR網絡服務模板網絡服務模板VNF轉發轉發圖模板圖模板虛擬鏈路虛擬鏈路模板模板虛擬化網絡虛擬化網絡功能模板功能模板物理網絡物理網絡功能模板功能模板網絡服務網27、絡服務記錄信息記錄信息虛擬化網虛擬化網元轉發圖元轉發圖記錄信息記錄信息虛擬鏈虛擬鏈路記錄路記錄信息信息VNF實例實例記錄信息記錄信息PNF記錄信息記錄信息NFV 實例目錄實例目錄NFVI資源目錄資源目錄資源記錄資源記錄模板描述(Descriptor)初始化配置實例記錄(Record)配置實例化NFVNFV基本基本信息信息MANO與傳統網管MANO：資源管理和部署相關，實現對生命周期管理和網絡服務編排EMS：網元業務功能管理，與傳統EMS功能類似，側重業務FCAPS網管功能OSS：NFV網絡管理編排的觸發點，實現業務與資源的統一綜合管理，包括資源配置、性能和告警MANOMANO與傳統網管定位與傳統網管定位VNFM與EMS對接：VNFM與EMS接口暫不解耦，同一廠家的VNFM與EMS對接，兩者交互VNF部署與業務信息故障管理業務故障關聯功能由EMS實現，并利用網元傳統機制（主備/負荷分擔）實現容災資源故障關聯功能（硬件資源-虛擬資源-影響的VNF）由MANO實現，業務與資源故障關聯統一由OSS實現MANOMANO與傳統網與傳統網管管協同協同MANOMANO與傳統網管與傳統網管關系關系謝謝！