NFV基础技术_零基础

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在NFV之前，NF（Network Function）是一直存在的，网络中，NF可以看成一个个独立的网元，实现着各自的功能。NF以固定的方式连接起来，统一提供的网络功能和服务。V（Virtualization）是虚拟化。NFV字面上理解就是网络功能虚拟化，即用软件来安装、控制、操作那些运行在通用硬件上的网络功能，融合了云和虚拟化技术，使得新一代网络业务拥有更好的伸缩性和自动化能力。这些新涌现的技术经常被不加区分地称为NFV（网络功能虚拟化）和SDN（软件定义网络），虽然二者有逐渐融合之势，但二者的初衷和架构并不相同：

• SDN起源于园区网，发展于数据中心，目的是将控制平面和转发平面分离，通过集中化的控制平面能够灵活定义网络行为。
• NFV则由运营商联盟提出，为了加速部署新的网络服务，运营商倾向于放弃笨重昂贵的专用网络设备，转而使用标准的IT虚拟化技术来拆分网络功能模块，如DNS、NAT、Firewall等。于是一些运营商联合成立了欧洲通信标准协会ETSI（European Telecommunications Standards Institute），他的一个工作组（ETSI ISG NFV）负责开发制定电信网络的虚拟化架构，如NFV MANO。

首先，NFV和SDN彼此之间没有必然联系。NFV即使脱离SDN，也能实现，在传统的网络架构中，将PNF（Physical Network Function）替换成虚拟化的NF，再辅以传统的NF连接方式，也能实现NFV。而SDN更是可以脱离NFV实现。

但是，另一方面，NFV和SDN如果相互结合，又可以是互补的存在。借助SDN，不仅传统的NF连接方式都能支持，SDN还能提供更高效的NFV实现方式。毕竟SDN提供的管理层和转发层的分离，使得网络变得极其灵活。反过来，NFV也能够提供SDN的运行环境，帮助SDN的实现。举个例子，某公有云基于SDN提供了IaaS服务，某客户希望在该公有云上搭建自己的Web Server，这个时候，客户可以借助第三方的镜像来部署Firewall和Load Balancer实例。在这个场景下，第三方提供的镜像作为NFV的一部分，完善了SDN的功能。SDN和NFV的关系可以描述为下图，图中提到开放是为了技术更好的发展，与技术本身无关。

High-Level NFV Framework

从大的颗粒看，NFV的架构可以分为三个部分，如下图所示：

1、VNF（Virtualized Network Function）

VNF指的是具体的虚拟网络功能，提供某种网络服务，是软件，利用NFVI提供的基础设施部署在虚拟机、容器或者bare-metal物理机中。VNF运行在NFVI之上。从概念上，VNF是NF的虚拟化实现，V是Virtualized的意思。除了这点之外，还可以从三个角度来理解VNF：

• 从虚拟化的角度来说，VNF可以是一个VM（Virtual Machine），当然容器作为新生力量，它也可能存在，这里就不多说了。
• 从设备提供商（vendor）的角度来说，VNF是一个或者多个内部相连的VM和描述它们的模板。
• 从操作人员（operator）的角度来说，VNF是一个vendor提供的软件包。

前面提到了NF连接起来统一提供Network Service，描述NF连接关系的模板称为NF-FG （Forwarding Graph）这个就是之前介绍过的SFC。在NFV框架下，又称之为VNF-FG。VNF-FG提供VNF之间的逻辑连接，对应于传统网络架构中的用线缆连接NF。在一个黑盒子里，VNF-FG和VNF与NF-FG和NF提供的接口和服务是一样的。相对于VNF，传统的基于硬件的网元可以称为PNF。VNF和PNF能够单独或者混合组网，形成所谓的service chain，提供特定场景下所需的E2E网络服务。下图显示了在两个物理网元（PNF）之间通过VNF-FG建立的E2E（End to End）网络服务。

带有嵌套的VNF转发表：
从逻辑上看，网络流量从一端的接入点流入，经过VNF-1，VNF-2（A/B/C），再经过一个PNF-3，最后从另一端的接入点流出。但是从物理层面看，外面的流量是从一端的PoP（Point of Presence）进入，经过几个PoP上物理设备的转发，最终从另一个接入点流出的。

VNF的解构和聚合

• VNF解构：将一个high level的VNF拆分成一些low level的VNF，这样能够提供更灵活的应用，更快的响应，并支持更大的规模。
• VNF聚合：将一些low level的VNF组合成一个整体的high level的VNF。这样能减少管理的难度，并适当降低VNF-FG的复杂性。

由于通过虚拟化和软件实现了NF，VNF的组合连接方式可以非常灵活，具体要取决于VNF provider的实现和Network Service Provider的描述。

2、NFVI（NFV Infrastructure）

NFVI包含包含了虚拟化层（hypervisor或者容器管理系统，如Docker，以及vSwitch）以及物理资源，如COTS服务器、交换机、存储设备等。NFVI可以跨越若干个物理位置进行部署，此时，为这些物理站点提供数据连接的网络也称为NFVI的一部分。为了兼容基于现有的网络架构，NFVI的网络接入点要能够跟其它物理网络互联互通。NFV支持多vendor，NFVI是一种通用的虚拟化层，所有虚拟资源应该是在一个统一共享的资源池中，不应该受制或者特殊对待某些运行其上的VNF。

前面说过，从虚拟化的角度来看，VNF可以是VM。NFVI支持VNF的运行，其一部分工作就是提供VNF所需的VM。既然这样，那NFVI和Cloud有什么区别联系？

• Cloud和NFV都依赖物理的计算网络存储资源，它们都把这些资源作为一个资源池来使用。
• Cloud的服务提供形式通常有IaaS，PaaS，SaaS。而NFVI需要提供IaaS的运行时环境，这样才具备提供VM的能力。
• 在Cloud提供的形式中，还有一个NaaS（Network as a Service），它提供了一个动态的，按需的网络连接服务。NFVI需要提供NaaS的动态网络连接能力，以管理VNF之间的连接。因此Cloud中的IaaS和NaaS可以看成是NFVI所需要提供部分服务内容。
  

NFVI可以理解成一个定制化的Cloud，将物理资源（计算存储网络）抽象和虚拟化，以提供上层运行的VNF使用。NFVI的物理资源在NFVI-PoPs（NFVI Point of Presence）。在一个NFV架构中，NFVI-PoPs不局限于一个位置。例如，Service Provider2可以在Service Provider1提供的NFVI之上运行自己的VNF（SP1和SP2之间进行相应的协商），如下图所示：

3、NFV MANO（Management and Orchestration）

将NF从硬件资源抽象解耦成软件实现的VNF，必然会带来管理上的挑战。这包括了，逻辑上E2E的网络服务在NFV network中的映射；将VNF部署在合适的位置以实现期望的网络服务；为VNF分配和扩展硬件资源；检查VNF状态，并恢复VNF的错误。其实在传统网络架构中，这些都是operator管理PNF的工作，现在可以通过软件来实现，也可以说是增加了通用性，降低了维护成本。

MANO提供了NFV的整体管理和编排，向上接入OSS/BSS，由NFVO（NFV Orchestrator）、VNFM（VNF Manager）以及VIM（Virtualised infrastructure manager）虚拟化基础设施管理器三者共同组成。

NFV MANO管理前面描述的VNF和NFVI的系统，这包括：

• NFVI中支持虚拟化的硬件和软件
• VNF的编排和声明周期管理

NFV Reference Architectural Framework

在前面的基础上，再进一步详细描述ETSI NFV标准架构：

先看组成部分：

• VNF：前面已经描述过了，这里就不再叙述。
• EMS（Element Management System）：对一个多着多个VNF进行管理。注意NFVI只是提供VNF的运行环境，对VNF的管理还需要EMS参与。
• VNF Manager(s)：作为NFV MANO的一部分，负责VNF的生命周期管理，如上线、下线，进行状态监控、image onboard。VNFM基于VNFD（VNF描述）来管理VNF。VNF Manager可以存在多个。
• NFVI：前面已经描述过。
• VIM（Virtualized Infrastructure Manager）: 作为NFV MANO的一部分，管理支持虚拟化的硬件软件资源。包括权限管理，增加/回收VNF的资源，分析NFVI的故障，收集NFVI的信息等。VIM可以存在多个。NFVI被VIM管理，VIM控制着VNF的虚拟资源分配，如虚拟计算，虚拟存储和虚拟网络。Openstack和VMWare都可以作为VIM，前者是开源的，后者是商业的。
• NFV Orchestrator： NFVO用以管理NS（Network Service，网络业务）生命周期，并协调NS生命周期的管理、协调VNF生命周期的管理（需要得到VNF管理器VNFM的支持）、协调NFVI各类资源的管理（需要得到虚拟化基础设施管理器VIM的支持），以此确保所需各类资源与连接的优化配置。onboard新的网络业务，VNF转发表，VNF package。 NFVO基于NSD（网络服务描述）运行，NSD中包含Service chain，NFV以及perfomance goal等。
• OSS/BSS（Operation Support Systems and Business Support Systems）: Operator原有的管理系统。
• Service，VNF and Infrastructure Description： 为NFV MANO提供数据存储管理的功能，数据包括VNF deployment template，VNF-FG，service-related information和NFVI数据模型。

再来看看各个组成部分的连接关系。

• Virtualization Layer – Hardware Resources (Vi-Ha)： 连接 virtualization 层和硬件资源。为VNF创造一个不依赖于硬件资源的运行环境。
• VNF – NFV Infrastructure (Vn-Nf) ：指的是由NFVI提供的供VNF运行的环境。
• NFV Orchestrator – VNF Manager (Or-Vnfm)：将配置信息发给VNF manager，进一步由VNF manager控制VNF，使得VNF在VNF-FG中工作。同时收集VNF的信息，以供Network Service声明周期管理。
• Virtualized Infrastructure Manager – VNF Manager (Vi-Vnfm) ：由于VNF Manager肩负着VNF的声明周期管理，这个连接是VNF Manager控制VNF资源的接口。同时也收集虚拟化资源配置和状态信息，供VNF使用。
• NFV Orchestrator -Virtualised Infrastructure Manager (Or-Vi) ：NFV MANO不是简单的分层的关系，Orchestrator可以直接连接到VIM。这个连接也是资源的分配和保留，收集虚拟化资源的配置和状态信息。
• NFVI – Virtualised Infrastructure Manager (Nf-Vi)：具体的虚拟资源分配，同时收集NFVI的虚拟化资源的配置和状态信息。
• OSS/BSS – NFV Management and Orchestration (Os-Ma) ： OSS/BSS的接入点。
• VNF/EM – VNF Manager (Ve-Vnfm) ：VNF Manager 管理VNF的接口，包括了VNF的生命周期管理，配置管理，收集VNF的状态信息，以供Network Service生命周期管理使用。

原文链接：
https://blog.csdn.net/napolunyishi/article/details/60876466
https://zhuanlan.zhihu.com/p/26259440