NFV關鍵技術

毛永琦+崔文博

摘要：SDN/FV已成為運營商推動網(wǎng)絡架構(gòu)向軟件化、集約化、智能化和開放化演進的關鍵技術，本文對NFV實現(xiàn)的關鍵技術進行了較為詳細的研究，并對運營商部署NFV需要注意的問題進行了淺析。

1 NFV虛擬化云操作系統(tǒng)1NFV架J簡介

NFV： 網(wǎng)絡功能虛擬化（NetworkFunction Virtualization），通過使用X86等通用硬件以及虛擬化技術，來承載不同功能、業(yè)務的軟件處理，從而降低網(wǎng)絡的資本性支出和運營成本。NFV將軟硬件解耦并將功能抽象，使通信設備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享、調(diào)度，從而實現(xiàn)新業(yè)務的快速開發(fā)和部署，并基于實際客戶需求進行業(yè)務自動組合、彈性變更、故障隔離和應用自愈等。

NFV主要包括三部分架構(gòu)：NFVI、VNF. MANO。

（1） NFVI （NFV Infrastructure）包含物理硬件和虛擬硬以及虛擬化層（hypervisor，如vSwitch、KVM、XEN等）。

（2） VNF指的是具體的虛擬網(wǎng)絡功能，可以提供的網(wǎng)絡服務，是軟件，可以理解手機的APP。

（3） MANO （Management andOrchestration），指的是NFV的管理和編排，由NFVO （NFVOrchestrator）、VNFM （VNFManager）以及VIM （Virtualised infrastructuremanager）三部分共同組成。

2 NFV關鍵技術

2.1 虛擬化

目前可以采用的虛擬架構(gòu)包括KVM、XEN、VMware，其中，KVM和XEN均為開源軟件，而VMware則是收費軟件。目前各CT場景主要采用KVM或者XEN作為虛擬化軟件，而國外運營商，根據(jù)IT業(yè)務發(fā)展經(jīng)驗，部分運營商在NFV架構(gòu)中仍然選購VMware軟件。本文根據(jù)國內(nèi)實際情況只比較KVM、XEN。

虛擬化技術可以分為完全虛擬化（Full Virtualization）和半虛擬化技術（paravirtualization）。KVM采用完全虛擬化技術，XEN采用半虛擬化技術。如圖1所示。

完全虛擬化是指虛擬化軟件-Hypervisor位于虛擬機和硬件之問。Hypervisor也叫虛擬機管理程序（VMM）。KVM的hypervisor直接運行在物理硬件之上。KVM集成到Linux內(nèi)核，是X86架構(gòu)且硬件支持虛擬化技術（IntelVT或AMD-V）的Linux的全虛擬化解決方案。它是Linux的一個模塊，利用Linux完成任務調(diào)度、內(nèi)存管理與硬件設備交互等。準確來說，KVM是Linuxkemel的一個模塊。如圖2所示。

KVM架構(gòu)可以分解為兩部分KVM驅(qū)動，即linux kemel的一個模塊：Qemu，即用于模擬虛擬機的用戶空問組件.提供I/O設備模型，訪問外設的途徑。

XEN是在全虛擬化的基礎上，修改了Guest OS，通過增加專用API，使Guest OS集成了虛擬化功能，XEN無需重新編譯或引起陷阱，因為操作系統(tǒng)自身能夠與虛擬進程進行很好的協(xié)作。

KVM與XEN優(yōu)缺點，如表1所示。

2.2 云操作系統(tǒng)

OpenStack是一個開源的云計算管理平臺項目，由幾個主要的組件組合起來完成具體工作。OpenStack支持幾乎所有類型的云環(huán)境，項目目標是提供實施簡單、可大規(guī)模擴展、豐富、標準統(tǒng)一的云計算管理平臺。OpenStack通過各種互補的服務提供了基礎設施即服務的解決方案，每個服務提供API以進行集成。如圖3所示。

NFV對Openstack的大量訴求中關系到對Nova的資源管理及調(diào)度的需求，包括NUMA親和性、IO-NUMA親和性，大頁而、反親和性等。如圖4所示。

3 運營商部署NFV需要考慮的問題

3.1 NFVI

目前主要是Hypervisor，Hypervisor自主研發(fā)的好處是未來可以全網(wǎng)統(tǒng)一使用Hypervisor，有利于統(tǒng)一資源調(diào)度。目前大部分廠商都是基于開源KVM進行商業(yè)化定制和優(yōu)化，特別是針對NFV轉(zhuǎn)發(fā)性能要求高的特點，各個廠商都做了針對性的技術優(yōu)化，所以目前基本沒有人提Hypervisor的自主研發(fā)設想。各個廠商的Hypervisor與各自的VIM是捆綁的，形成各自的“小王國”，暫無法實現(xiàn)不同廠商Hypervisor的互通。

3.2 VNFs

各類網(wǎng)元原來都是軟硬件一體化的，運營商對網(wǎng)元的內(nèi)部實現(xiàn)機制并不熟悉，需要有人真正去探究網(wǎng)元設備的大型軟件系統(tǒng)該如何實現(xiàn)，因為VNFs是未來運營商必然要去逐步攻克的，否則實現(xiàn)軟件化只是表而的工夫，這部分需要運營商逐步去積累和投入，重點是實現(xiàn)VNF的分布式部署，微服務化，為將來實現(xiàn)真正的基于容器的部署打下基礎。

3.3 MANO

如前所述，MANO是由NFVO、VNFM和VIM組成的，VNFM與VNF是強相關的（存在部分通用VNFM）、VIM與hypervisor也是強相關的，這兩部分運營商目前暫未能自主研發(fā)，所以只能選擇與運營商oss關系緊密的NFVO入手自主研發(fā)，但即使是NFVO，近期來看，也還無法直接應用自主研發(fā)成果，需要經(jīng)過現(xiàn)網(wǎng)的考驗和不斷迭代完善，初期很可能還是采用商業(yè)化NFVO方案?，F(xiàn)階段NFV關注的重點應該是NFVO（虛擬網(wǎng)絡編排器），因為編排器在未來網(wǎng)絡中的關鍵地位已經(jīng)形成共識，所以SDN，NFV架構(gòu)中負責業(yè)務組織、編排、資源調(diào)度的編排器成為運營商必須自主掌控的核心能力。endprint