以软件仿真专用设备功能 NFV技术革新网络架构

2014-06-10 10:08:21来源: 新电子

  现今网络建设系以硬设备为核心,不仅易有兼容与互操作性问题,客制化设计难度及成本也相当高,因此,以软件仿真各种专用网络设备功能的网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization, NFV)技术逐渐抬头,并已成为全球网络服务与电信商积极研发的新焦点。

  随着网络通讯技术的普及,提供网络服务的营运商须部署各种专业网络设备及相应的软件平台,以支持愈趋多样化的联网需求。然而目前网络建置普遍奠基于硬件思维,各式硬设备常有不兼容或无法互通的情形,导致网络营运商商在规划网络业务时,常须耗费大量部署时间及高额成本寻求合适的解决方案。若为大型网络建置案,其规划难度、期程与成本又将大幅提高。

  为解决网络营运商开始面临的困境,更节省布建与维护成本、部署时更具灵活性的网络功能虚拟化(Network Functions Virtualization, NFV)概念逐渐兴起。其做法为,将原先部署于数据中心、网络节点或终端用户处的路由器、防火墙、负载均衡器(Load Balancer)、交换机、服务器等各式信息基础设备的网络功能,利用标准虚拟化技术,整合于共享的服务器、储存设备与交换机中。换言之,诸如封包传递、路由、数据传输层控制权等网络功能,将从各种网络专有设备中搬移出并被标准化,改由一般网络硬件及控制软件进行协调管理,昂贵的网络专属设备将被取代。

  基于NFV,网络与电信营运商得以更为节省成本、弹性与灵活地处理客户网络建置需求,或适应不断变革的网络应用服务,而不须经由升级或更换专用设备来达成目的;也因部署服务与设备的周期大为缩短,可帮助营运商快速因应网络通讯技术日新月异的变化,加速业务的拓展。对于中、大型企业而言,藉由各式信息专有设备的虚拟化,除推动革新商用服务时的相关部署较不因硬件受限外,亦能减少硬件资源浪费、提升使用效率、节约设备的摆设空间与可观的用电成本。

  以下将介绍目前推动NFV相关标准制定的发展情形与其相关技术架构。

  电信商齐心推动 NFV标准制定如火如荼

  目前NFV相关标准制定事宜,主要由欧洲电信标准协会(ETSI)所推动。看好信息设备网络功能虚拟化所带来的影响与收益,营运商是参与NFV标准发展活动最为积极的群体,尤其是网络服务与电信营运商。2012年底,ETSI成立NFV产业规格小组(Industry Specification Group, ISG),由AT&T、CenturyLink、Colt、Telstra、Verizon、Orange、KDDI、日本电信(NTT)、英国电信(BT)、中国移动、德国电信(Deutsche Telekom)、意大利电信(Telecom Italia)、西班牙电信(Telefonica)等十数家具指标性的大型营运商所主导,目前全球已有超过一百五十个组织成员加入相关标准工作的推动。

  ETSI NFV ISG除公布NFV标准规画时程与目标外,亦发表白皮书说明标准发展进度,包括NFV技术发展之愿景、优势与技术挑战等。截至2013年10月,该小组已公开五篇GS(ETSI Group Specification)标准文件,其主要内容如下列所述。

  .NFV应用案例(Use Cases)

  该标准文件中描述数个NFV ISG初步认为适合应用NFV技术的情境或领域。

  .NFV结构框架(Architectural Framework)

  该文件叙述NFV技术的高阶功能架构(High-level NFV Framework)、虚拟化网络相关功能,以及虚拟化基础建设之规画原则等内容。

  .NFV术语文件(Terminology for Main Concepts in NFV)

  该文件定义NFV ISG推动标准制定过程中,所统一使用的专业术语。

  .NFV需求文件(Virtualisation Requirements)

  内容描述欲实现NFV及其服务模式时,所牵涉的相关技术或商业需求。

  .NFV概念证明(Proofs of Concepts; Framework)

  该文件说明NFV ISG针对NFV相关生态系统(Ecosystem)之互操作性的测试与验证,所规画发展的概念性证明架构。

  而2014?2015年,NFV ISG的预期工作,则为NFV愿景与现况实行之落差的相关议题探讨,并将阐述NFV相关技术的未来发展方向。

  NFV包含五大功能区块

  根据推动NFV标准制定工作的ETSI组织所释出的标准文件,NFV的技术架构如图1所示,共可分为五个功能区块,包括:「虚拟化网络功能(Virtualized Network Function, VNF)」、「网络功能虚拟化基础建设(NFV Infrastructure, NFVI)」、「网络功能虚拟化管理与协调流程(NFV Management and Orchestration, NFV MANO)」、「营运支持系统(Operation Support System, OSS)及企业支持系统(Business Support Systems, BSS)」、「服务、虚拟化网络功能及基础建设描述(Service, VNF and Infrastructure Description)」,以下将就各功能区块分别进行介绍。

  图1 NFV技术架构

  虚拟化网络功能

  此功能区块由各种不同的虚拟网络功能与网络组件管理系统(Element Management System, EMS)组成,前者顾名思义,是由软件的形式来实现原本传统的非虚拟化网络中,各类网络硬件所具备的功能,例如第三代合作伙伴计划(3GPP)长程演进计划(LTE)EPC中的行动管理实体(Mobility Management Entity, MME)、服务网关(Serving Gateway, SGW)、封包数据网络网关(Packet Data Network Gateway, PGW)等功能,家庭网络中的家庭网关(Residential Gateway, RGW)功能,抑或传统网络功能中的动态主机配置协议(DHCP)、防火墙等功能。

  一个VNF可被配置在一或多个的虚拟机(Virtual Machines, VM)之上,由EMS负责VNF的操作与管理,通常每个VNF各自具备相对应的EMS对其进行操控,然有时一个EMS也可能同时管理多个VNF,EMS与VNF的配合操作取代传统网络的运作模式,不再须要布建各式网络专用硬件。

  网络功能虚拟化基础建设

  NFVI即NFV架构中最基本的基础建设,主要包含虚拟资源(Virtualised Resources)、虚拟层次(Virtualisation Layer)、实体资源(Hardware Resources)三个功能区块。其中,实体资源包括计算、储存与网络(例如路由器、有线或无线链接等)的硬件资源,虚拟层次则介于实体与虚拟资源之间,跨软硬件进行整合,将硬件资源虚拟化之后,便成为可动态请求使用的虚拟资源。

  所有VNF及EMS皆架设于NFVI之上,NFVI中无论是虚拟层次或硬件资源,由VNF的角度来看,皆被视为一体,用以提供VNF所需的虚拟化资源。

  网络功能虚拟化管理与协调流程

  NFV MANO功能区块为NFV技术架构中进行整体控管与协调的重要角色,主要包括流程协调(Orchestrator)、VNF管理(VNF Manager)与虚拟化基础建设管理(Virtualised Infrastructure Manager)三个部分。每当有软件及硬件资源的需求时,NFV MANO将协调、验证与授权相关资源的请求,同时负责管理VNF的生命周期(Lifecycle),例如实例化(Instantiation)、弹性组织(Scaling)、更新、查询、终止等。此外,NFV MANO亦负责网络服务的策略管理(Policy Management)、效能量测与关联事件的收集与转送、与基础建设相关资源的配置,例如为虚拟机添增资源、提升能源效率(Energy Efficiency)、资源归还(Resource Reclamation)等。

  营运支持系统/企业支持系统

  此功能区块代表着营运商各自的营运支持系统与企业支持系统。对于网络服务或电信营运商而言,采用NFV技术架构快速、灵活的进行网络部署业务,以提供用户各式便利服务的同时,必须考虑自身的营运业务模式与计费原则。因此,NFV MANO执行资源调配取用的任务时,将参考营运支持系统与企业支持系统的角度来进行协调配置。

  服务/虚拟网络功能及基础建设描述

  由于NFV系统将朝向跨厂商或跨业务发展,其相关服务与整体运作过程中牵涉到许多资料的处理运算,NFV MANO进行流程协调管理时,必须辨识及参考相关数据,这些信息便定义于「服务、虚拟化网络功能及基础建设描述」数据文件(Data-set)中,内容可能含有VNF部署范本(Deployment Template)、VNF转送图(Forwarding Graph)、NFVI信息模型(Information Model)与各式服务相关信息等。

  其中,VNF转送图可包括端到端(E2E)服务描述与绩效指针(KPI)数据、各VNF描述及实体网络功能描述的数据与相关链接(Link)、实体与逻辑接口描述数据等信息。

  NFV降低硬件建置与维护成本

  NFV将既有专用网络设备的功能以软件的方式虚拟化,并经由云端运算(Cloud Computing)相关技术实现,藉此可快速、灵活与弹性的部署网络业务,缩短设备配置周期,降低硬件建置与维运的成本,同时提升服务推陈出新的效率与便捷性,进一步为网络服务与电信营运商创造更高营收。资策会产业情报研究所(MIC)认为,NFV为2014年重大科技产业趋势关键技术,此外,由于NFV的运作概念中,与网通业者积极推动的软件定义网络(Software-Defined Networking, SDN)技术拥有相通的核心精神,两者具备互补整合之高度条件,可能于不久的将来掀起下一波网络产业新革命。

  另一方面,因NFV技术发展时程不长,其标准制定组织ETSI NFV ISG亦才提出相关技术架构不久,目前市面尚无足够的设备产品或服务来实现与验证,加上NFV的运作模式从根本上,与传统网络的硬件布建思维大相径庭,虚拟化网络架构与服务如欲普及,无论于技术接轨、实际营运或管理等方面,皆存在许多可能面临的挑战,如旧有网络设备架构的更换、与现有系统或服务的兼容性、相关技术与网管人员的训练成本、因转换新架构与管理方案可能导致的业务影响或延迟等。

  虽仍有如上述诸多技术议题待克服,然而网络虚拟化架构已是未来全球网络服务与电信营运商朝向的发展趋势,原有网络通讯产业生态必将受到冲击,国内网通硬设备商或相关业者应及早思考因应策略及配套措施,以期于未来网络通讯产业变革之浪潮中站稳脚步,抢占市场商机。

关键字:NFV  网络架构

编辑:孟娟 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/wltx/2014/0610/article_12321.html
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