Серверные решения →Теория

Виртуализация сетевых функций (NVF)

Современная концепция...

Март 30, 2016 Мерион Нетворкс

5 минут чтения

NFV - виртуализация сетевых функций, это замена привычного оборудования (маршрутизаторов, коммутаторов и пр.) виртуальными аналогами, что даёт следующие возможности:

Более эффективное использование ресурсов;

Возможность использовать обычные высокопроизводительные сервера для любой задачи;

Гибкое перераспределение ресурсов.

Network Functions Virtualization

Сети операторов связи состоят из большого многообразия различного физического оборудования. Для запуска новой службы или услуги часто необходима установка нового оборудования, что влечет за собой необходимость поиска свободного места в стойке, отдельного источника питания, специалиста обладающего необходимыми компетенциями и т.д. Более того, любое физическое оборудование в конце концов выходит из строя и перестает поддерживаться производителем, что провоцирует новый цикл интеграции оборудования на замену. Однако, в настоящее время темпы развития технологий крайне высоки и жизненный цикл оборудования еще более сокращается. Виртуализация сетевых функций нацелена на трансформацию принципа построения сетей за счет эволюции стандартов в технологиях виртуализации. Это поможет консолидировать сетевое оборудование в виде виртуальных машин на высокопроизводительных серверах, открытых коммутаторах и системах хранения, которые будут находиться в ЦОДах. Как было упомянуто, наибольшего прироста можно достичь с помощью одновременного использования SDN и NFV.

На рисунке показано отношение между NFV, SDN и открытыми разработками в виде пересекающихся множеств.

Виртуализации сетевых функций NFV

Как видно из рисунка, виртуализация сетевых функций имеет общие черты с SDN технологией, однако не зависит от SDN, и наоборот. То есть NFV можно использовать без SDN, однако, при использовании сразу двух технологий можно, в перспективе, достичь хороших результатов. Кроме того, концепция SDN так же подразумевает использование мощных стандартизированных серверов и коммутаторов. Примеры использования виртуализации сетевых функций в корпоративных сетях и сетях операторов связи:

• Маршрутизаторы, шлюзы;
• HLR/HSS, SGN, SGSN, RNC, Node B, eNode B;
• Криптошлюзы;
• Офисные АТС;
• Сетевые экраны и системы предотвращения нежелательного доступа;
• DPI и анализаторы QoS;
• Мониторинговые и биллинговые службы;
• Сервера IMS - платформы;
• Сервера авторизации, балансировщики нагрузки.
• Преимущества виртуализации сетевых функций

Как было упомянуто, использование данной концепции предоставляет много преимуществ, таких как:

1. Уменьшенные капитальные расходы и токопотребление, увеличенные коэффициенты использования серверов;
2. Уменьшение цикла инноваций и более быстрая разработка и предоставление инноваций;
3. Возможность проводить тестирование, отладку на том же оборудовании, на котором запущены основные системы, что позволит сократить операционные расходы;
4. При наличии распределенных ЦОДов возможность быстрой ре-локации виртуального оборудования без перерыва в работе для уменьшения задержки;
5. Использование открытых разработок, большое количество документации, независимость от производителей оборудования;
6. Оптимизация сетевой конфигурации и\или топологии в зависимости от нагрузки в реальном времени;
7. Возможность использования оркестраторов для полной автоматизации и независимости от человеческого фактора;
8. Отказ от дорогого закрытого оборудования;
9. Возможность временной реконфигурации в случае возникновения аварии, таким образом можно отказаться от операторов, следящих за состоянием сети и ЦОДа 24 часа в сутки;
10. Возможность обновления без перерывов в работе, с легким возвратом версии в случае возникновении неполадок, возможность дупликации оборудования и синхронизации его состояния.

Факторы, ускоряющие развитие виртуализации сетевых функций

В первую очередь, таким фактором является быстрое развитие облачных технологий и появление большого количества ЦОДов. Виртуализация уже является ядром облачных технологий, и набирает ход использование таких открытых протоколов как OpenFlow - протокол для управления SDN - контроллером коммутаторами, OpenStack - оркестратор ЦОДа.

Ранее, серьезным ограничителем являлось то, что серверные процессоры не были оптимизированы для обработки пакетов или потоков, но в настоящее время появились процессоры Intel Xeon, которые могут соперничать по производительности с граничными маршрутизаторами. Использование стандартизированных серверов на архитектуре x86 или x64, производство которых выросло за последние несколько лет позволит утилизировать преимущества NFV максимально.

Факторы, сдерживающие развитие SDN и NFV

Существует несколько известных проблем, сдерживающих быстрый рост ПКС и ВСФ:

Проблема транспортировки виртуальных машин между ЦОДами, принадлежащих различных компаниям. Необходимо создание стандартизированного интерфейса, который позволил бы перемещать виртуальные машины с любого оборудования с использованием любого ПО для виртуализации. В настоящее время по причине большого количества вендоров ПО и оборудования — это практически невозможно;

Проблема быстрого и однозначного выигрыша в производительности, так как необходимо использовать стандартные высокопроизводительные сервера, не получится использовать наработки различных вендоров, которые программно и аппаратно ускоряли обработку пакетов, потоков и т.д. Главный вопрос состоит в минимизации падения производительности по сравнению со старой схемой;

Проблема миграции с физического оборудования на виртуализированное: для массового внедрения ВСФ необходимо проводить работы одновременно на всех крупных операторах связи для поддержания работоспособности и совместимости между оборудованием и системами управления сетью, OSS/BSS. Кроме того, необходимы инструменты для осуществления миграции с физического оборудования на виртуализированное;

Стандартизация средств управления и автоматизации NFV. Использование и дальнейшее развитие ПКС позволит эффективно управлять виртуальными машинами и виртуализированным оборудованием с помощью контроллеров SDN;

Вопрос масштабируемости будет закрыт только при условии полной автоматизации всех процессов виртуализации;

Сетевая стабильность: необходима полная отказоустойчивость систем при управлении ЦОДом и автоматизации работы большого количества виртуальных машин от разных производителей оборудования. Особенно этот вопрос важен при обновлении и ре-локации систем. Вопрос безошибочного взаимодействия систем управления трафиком, балансировщиков нагрузки, контроллеров коллизий. Однако, данный вопрос до сих пор остается нерешенным в нынешних ЦОДах;

Вопрос безопасности и отказоустойчивости: необходимо доказать, что использование SDN и NFV не ухудшит состояние систем информационной безопасности. Необходимо создание сертифицированных с точки зрения безопасности гипервизоров и виртуальных машин;

Сложность управления: необходимо добиться серьезного уменьшения затрат на обслуживание и управление системами и избежать смены одной системы, на управление которой тратятся значительные ресурсы на другую;

Проблемы интеграции: необходима легкая интеграция различного виртуального оборудования с различным физическим оборудованием при присутствии на рынке предложений от большого количества производителей. Обязательна легкая интеграция новейших разработок и стороннего ПО в системы управления и взаимодействия.