NFV落地要邁過哪些坎？

　　ICCSZ訊    作為IT行業(yè)的一員，如果要問你，“網(wǎng)絡(luò)業(yè)界最熱門的創(chuàng)新技術(shù)是什么?”毫無疑問，SDN(Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò))與NFV(Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)將是那個異口同聲的答案。它成為業(yè)界普遍看好的促進(jìn)現(xiàn)網(wǎng)升級演進(jìn)、未來網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新的重要技術(shù)途徑。

　　SDN/NFV可在數(shù)分鐘內(nèi)——而不是數(shù)天或數(shù)周時間——動態(tài)交付服務(wù)和新應(yīng)用。作為網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的大趨勢，其中NFV將在未來為運(yùn)營商實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)扮演重要的角色。

　　落實(shí)在運(yùn)營商的業(yè)務(wù)創(chuàng)新上，基于NFV架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，業(yè)務(wù)部署只需申請?jiān)苹Y源(計算/存儲/網(wǎng)絡(luò))、進(jìn)而加載軟件即可完成，網(wǎng)絡(luò)部署和業(yè)務(wù)創(chuàng)新變得更加簡單。

　　也許你要問，為什么是NFV?我們的網(wǎng)絡(luò)怎么了?

　　讓我們回顧下，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)元件一般是由專用硬件加定制的軟件綁定，耦合度極高，無法分離，比如防火墻設(shè)備、DPI設(shè)備和路由交換設(shè)備等。但采用專用硬件的傳統(tǒng)網(wǎng)元價格昂貴，而且定制網(wǎng)元軟硬件緊密結(jié)合，不易升級，無法靈活部署應(yīng)用，維護(hù)成本也很高，顯然阻礙了部署新業(yè)務(wù)的進(jìn)程。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，云計算場景等多種新場景的出現(xiàn)，對網(wǎng)絡(luò)提出了更多、更靈活的要求。運(yùn)營商等網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施提供商急需靈活的網(wǎng)絡(luò)來滿足新業(yè)務(wù)的需求。

　　NFV——運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)之路

　　所以運(yùn)營商們提出了NFV來解決這一問題。NFV主張將網(wǎng)元的軟硬件分離，然后通過將軟件部署在通用硬件平臺上實(shí)現(xiàn)具體的網(wǎng)絡(luò)功能。如防火墻、DNS和NAT等網(wǎng)絡(luò)功能均可以由軟件交付，然后在普通的x86服務(wù)器上運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)元的功能。

　　采用NFV解決方案可以減低投資成本(CapEx)和運(yùn)維成本(OpEx)，同時還可以提供更好的彈性和敏捷性，從而滿足網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的需求，并加快新業(yè)務(wù)部署的速度。

　　價格更優(yōu)的通用架構(gòu)的硬件，勢必將大大減少企業(yè)的投資成本。而且存儲和計算資源等均采用通用硬件架構(gòu)，使得不同的服務(wù)可以共享同樣的基礎(chǔ)設(shè)施，增加系統(tǒng)的通用性，降低運(yùn)維難度。此外，專用硬件升級換代周期過長，無法快速更新迭代，而相對低廉的通用硬件的升級周期比專用硬件短，所以可以縮短硬件設(shè)備升級的周期，從而提供更好的網(wǎng)絡(luò)性能。

　　采用部署VNF(Virtualized Network Function，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能)軟件的方式，也會明顯地降低管理運(yùn)維成本。首先，通過修改軟件功能可以快速支持新功能，而無需對復(fù)雜的專用設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和升級。其次，目前已有的云管理平臺等管理系統(tǒng)可以提供自動化的部署和運(yùn)維，從而極大地提升管理運(yùn)維效率。而且，通過管理平臺可實(shí)現(xiàn)VNF軟件隨業(yè)務(wù)遷移到任意通用架構(gòu)的服務(wù)器上，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)隨動的功能。

　　由于NFV軟硬件分離，軟件可以在通用的硬件架構(gòu)上隨需遷移，所以NFV可以帶來更多的彈性和敏捷性。因?yàn)镹FV支持通過修改軟件快速實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能以及自動化部署等優(yōu)點(diǎn)，所以采用NFV方案將極大地縮短新業(yè)務(wù)上線周期。

　　NFV的坎

　　雖然NFV相比傳統(tǒng)網(wǎng)元有以上提到的明顯優(yōu)勢，但是采用存在性能瓶頸的通用硬件使其在性能方面遠(yuǎn)不如采用專用硬件的傳統(tǒng)硬件。尤其在對性能要求極高的電信網(wǎng)絡(luò)、以及核心網(wǎng)絡(luò)中，NFV和昂貴的專用設(shè)備相比并沒有優(yōu)勢。而NFV性能不足的關(guān)鍵因素在于通用硬件的CPU在處理轉(zhuǎn)發(fā)上的性能遠(yuǎn)不如專用硬件采用的NPU(Network Processing Unit)，所以目前NFV僅能部署在對性能要求不高的網(wǎng)絡(luò)場景。

　　電信業(yè)務(wù)存在高吞吐和實(shí)時性要求，尤其是針對需要進(jìn)行編解碼轉(zhuǎn)換、協(xié)議轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)面網(wǎng)元，采用虛擬化技術(shù)基于通用硬件和虛擬層軟件通常會存在性能瓶頸，無法滿足數(shù)據(jù)面高吞吐量要求，為了在NFVI上減少報文調(diào)度次數(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)延遲，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，需要提供轉(zhuǎn)發(fā)性能加速機(jī)制。

　　虛擬化后，進(jìn)出VNF報文的需經(jīng)過虛擬層(如vSwitch)復(fù)制和轉(zhuǎn)發(fā)，影響轉(zhuǎn)發(fā)性能，特別是時延/抖動，進(jìn)而會影響用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，需要優(yōu)化方案。

　　僅應(yīng)用于低性能要求的網(wǎng)絡(luò)場景當(dāng)然不是NFV的最終目的，如何才能解決NFV性能不足的問題?

　　英特爾為NFV提速

　　許多NFVI廠商都采用獨(dú)特的方式將性能優(yōu)化集成到NFV基礎(chǔ)設(shè)施里，但這個問題有其復(fù)雜性，它涉及I/O、操作系統(tǒng)內(nèi)核、協(xié)議棧和虛擬化等多個層面對網(wǎng)絡(luò)報文的優(yōu)化處理技術(shù)。雖然IT界已發(fā)展出多類小眾技術(shù)來應(yīng)對，但這些技術(shù)對于普通應(yīng)用技術(shù)人員而言比較陌生，即使對于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)者而言，全面掌握這些技術(shù)也存在巨大的挑戰(zhàn)。長久以來，用戶更希望在這個領(lǐng)域有系統(tǒng)性的解決方案，能把相關(guān)的技術(shù)融會貫通，并系統(tǒng)性地組織在一起，同時也需要更為深入的細(xì)節(jié)技術(shù)支持工作。

　　英特爾聯(lián)合第三方軟件開發(fā)公司及時推出了基于Intel x86的架構(gòu)DPDK(Data Plane Development Kit，數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件)，它的到來恰逢其時。DPDK是一組庫和驅(qū)動程序的快速分組處理，它被設(shè)計為在任何處理器上運(yùn)行，第一個支持的CPU是Intel x86，現(xiàn)在已擴(kuò)展支持IBM Power 8，EZchip TILE-Gx和ARM。

　　作為一種內(nèi)核旁路機(jī)制，DPDK允許虛擬交換機(jī)旁路內(nèi)核并直接與兼容的網(wǎng)卡通信，實(shí)現(xiàn)了高效靈活的包處理解決方案。已經(jīng)發(fā)展成支持多種高性能網(wǎng)卡和多通用處理器平臺的開源軟件工具包，成為通用處理器平臺上影響力最大的數(shù)據(jù)平面解決方案和NFV加速領(lǐng)域的一種標(biāo)桿技術(shù)。

　　DPDK采用輪詢方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包處理過程，無中斷，并通過零拷貝技術(shù)直接從內(nèi)存讀取數(shù)據(jù)包。這種處理方式節(jié)省了CPU中斷時間、內(nèi)存拷貝時間，并向應(yīng)用層提供了簡單易行且高效的數(shù)據(jù)包處理方式，使得網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開發(fā)更加方便，最多可提升處理器10倍的性能。由于DPDK的存在，NFV的性能問題得到了有效的解決，極大地推動了NFV的發(fā)展進(jìn)程。目前，基于DPDK的解決方案是解決NFV性能不足問題的最普遍的做法。

　　除了DPDK，英特爾還為網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型提供了必要的構(gòu)建模塊，首當(dāng)其沖的是英特爾架構(gòu)(IA)處理器。例如，英特爾至強(qiáng)E5系列處理器具備專為虛擬化環(huán)境優(yōu)化的卓越性能。

　　英特爾還提供了其他多種關(guān)鍵技術(shù)，其中QuickAssist加速技術(shù)能夠?yàn)樽疃?4個單獨(dú)的虛擬化實(shí)例提供加速器服務(wù)(加密、壓縮和算法卸載);英特爾虛擬化技術(shù)為虛擬化軟件提供了硬件輔助支持，可顯著降低其規(guī)模、成本與復(fù)雜性;具備英特爾流量導(dǎo)向器和網(wǎng)絡(luò)覆蓋功能的10/40/100 Gbit/秒的英特爾以太網(wǎng)技術(shù)能夠在虛擬化環(huán)境中帶來最高吞吐率。

　　看得出，NFV要堪當(dāng)大任，英特爾幫到了“心坎”上!