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NFV大规模化商用部署前的回顾与反思(上)

宋辰- 2018.01.16 15:46 0条评论 网络通信

NFV是运营商下一代云化可编程网络的关键支撑技术,是构筑未来开放式电信网络及业务生态环境的基础。ETSI NFV标准作为NFV的核心框架,随着互联网、云计算技术的发展在不断的演进之中,是全球运营商实现多厂商、分层解耦的NFV商用系统以及建立开放式NFV生态环境的基础。纵观全球,NFV技术仍处于相对初级的虚拟化阶段,有很多现实的问题需要解决。近两年国内运营商加快了NFV落地试点及商用部署的步伐,2018年可以预见到更多的规模化商用部署落地。在大规模商用部署之前,有必要对NFV的整个发展历程、国内外运营商整体情况、存在的问题以及后续发展思路进行系统性的梳理和反思,以帮助解决商用部署中的问题、指导NFV从虚拟化到云化发展的突破、建立一个运营商以及IT/CT厂商共赢的良性NFV生态环境。

一、NFV发展历程

(一)NFV是云化可编程网络的关键技术

纵观整个通信发展史可以发现(参见图1),通信网络的发展变革关键在于新技术的驱动。数字程控交换技术的发展使得我们从传统的模拟电路交换时代进入了通信2.0时代,IP技术在通信领域的运用,以及4G网络架构的演进,使得我们进入了全IP网络的通信3.0时代。而NFV则是我们即将进入的通信4.0 – 云化可编程网络的关键技术之一(未来我们是否会借助人工智能和机器学习进入自组织网络的通信5.0时代?)。

图1:技术驱动的通信网络发展变革

(二)ETSI NFV的产生及发展

2012年10月,借在德国召开的SDN及OpenFlow世界大会之机,13家网络运营商聚集在一起,首次发布了NFV的介绍性白皮书,第一次正式提出了NFV的构想。这部白皮书成为指导NFV后续行动的纲领性文件。

2013年初,在ETSI总部-法国的索菲亚·安蒂波利斯召开了ISG NFV(NFV行业标准工作组)第一次全体大会,这标志着NFV正式成为全球电信产业关注、并致力于通过标准化工作快速发展的领域。截止到目前,ISG NFV会员已达到三百多家(其中包含38家运营商),是ETSI参与会员最多的工作组。

多年以来,电信运营商饱受专属硬件网络设备的困扰。提出NFV的初衷旨在利用IT虚拟化技术来解决这些问题,通过网络功能软件化,将不同类型的网络设备整合到工业标准的大容量服务器、交换机和存储设备上,并能根据需要在网络不同位置部署运行。

从2012年首部NFV白皮书至今,ETSI在NFV标准化方面做了大量的工作,为NFV产业发展奠定了坚实的理论基础。关键的里程碑(参见图2)包括2013年提出NFV参考框架、2014年的NFV MANO框架等。从2015年开始,ETSI一直致力于在功能、模型、接口及互操作标准方面进行标准化定义及完善。 2017年8月,ETSI SOL工作组发布了可落地的互操作RESTful协议接口和TOSCA模型的部分关键成果,成为解决多厂商互操作问题的关键里程碑!

图2:ETSI ISG NFV标准化关键里程碑

图3展示了ISG NFV标准化工作的主要内容。自2013年起,ETSI基本上每隔两年发布一次NFV标准成果版本(Release)。各版本相关的主要工作内容如下:

图3:ETSI ISG NFV标准化工作主要内容

  • 版本1 (2013-2014):重点研究 NFV 的概念及可行性。主要工作包括:提供基线研究和规范、定义NFV 体系结构(基础设施NFVI、虚拟网络功能VNF、网络服务NS、NFV管理及编排MANO)等

  • 版本 2 (2015-2017):重点研究 NFV解决方案的互操作性。主要工作包括:功能需求、架构、参考点的详细要求和定义、基于 NFV 体系结构的互操作性标准定义( 包括VNF 包、 VNF / NS 描述符、信息模型/数据模型、接口及协议规范等)

  • 版本3 (2016-2018):重点研究针对NFV投入运作(商用化)如何丰富NFV架构框架和功能特性。主要完善的功能特性包括:计费管理、软件许可管理、策略管理、多站点编排部署、DevOps及云原生支持等。同时版本3还进一步完善了与接口和描述符相关的新需求和规范。

(三)蓬勃发展的NFV产业

当今的互联网时代是一个协作的时代。协作能够使得各参与方更快、更可承受、更有效地推进技术的进步。NFV作为电信网络从全IP网络到云化可编程网络的关键技术,得到了产业界的热烈响应。鉴于在NFV领域有很多关键问题和技术需要解决,因此各方协作成为广泛的共识。

以ETSI的NFV参考框架为核心,从标准化组织、产业联盟到开源社区,从科研机构、厂商到运营商,相关各方在需求、验证、研究、规范、实现、部署等多个维度展开协同工作,有力地推动了NFV技术的进步和成熟,形成了蓬勃发展的NFV产业。图4展示了NFV产业的主要相关参与方(标准化和开源角度比较著名的有TM Forum的ZOOM、MEF的LSO、ONAP以及OPNFV等)。

图4:蓬勃发展的NFV 产业

(四)不断演进中的NFV框架

NFV是IT虚拟化及云计算技术在通信领域的应用。然而,这里的应用不是简单的、一成不变的应用,而是随着技术的不断创新和发展,将最新的虚拟化、云计算理念和技术持续不断运用到NFV理论和技术框架的过程。

随着技术的发展,NFV框架在不断丰富和完善之中。例如,早期的虚拟化技术是基于Hypervisor、以VM为主的技术。2013年,随着Docker的正式开源,基于容器的虚拟化技术以其独特的技术优势,逐渐成为互联网应用主流的部署方式。

鉴于容器化技术的迅速发展和其独特的技术优势,ETSI标准化组织也对将其纳入NFV框架进行了重点研究。例如,《 NFV-EVE 004 :关于在NFV框架中运用不同虚拟化技术的报告》中,明确提出了NFV框架包括对Hypervisor与容器等虚拟化技术的支持,如图5所示:

图5:NFV框架对Hypervisor 与容器等虚拟化技术的支持

除了容器技术之外,随着微服务技术的发展,将庞大的单体应用拆分为由不同微服务组件组合而成的云原生应用,可以在基础设施可靠性相对较低的情况下实现应用及业务的高可靠性,并能根据业务量大小按需动态实现水平容量扩展,在IT及互联网界逐渐成为主流的应用设计模式。

云原生应用设计模式在NFV框架中也得到了体现。例如:在ETSI 版本3的《NFV –EVE 011:云原生VNF实现分类描述》规范中,描述了云原生VNF需要满足的各类非功能性需求以及在设计实现上的考虑。其中,关键的云原生非功能性需求包括:可恢复性(Resiliency)、弹性(Scaling)、可组合性、位置无关性、状态管理、能力开放、零接触管理和负载均衡等。与此相关,版本3目前也在研究如何针对云原生及PaaS需求对NFV架构进行增强等。相关的进展参见NFV-IFA 029报告。

随着对NFV认识的进一步加深,人们逐渐意识到,NFV的本质不是简单的软硬件分离(Separation of software from hardware),而是功能与容量的分离(Separation of functionality from capacity)。这一点与Google等互联网云计算公司近1-2年提出的Cloud 3.0架构- 无服务器计算(Serverless compute)和FaaS(Function as a Service)模式等在本质认识上越来越接近。随着云计算领域更多新技术的不断涌现,NFV必将不断扩展其内涵。

(五)NFV发展的四个阶段

NFV并非是一个单一的解决方案,NFV的发展是一个不断演进的分阶段过程。它的每一个阶段都代表了不同的技术创新,都是向着更快地交付应用和业务、驱动更多的创新方向发展。当然,随着技术的成熟,运营商在部署NFV的时候,也可以跨越不同的阶段。

基于业界共识,目前可以将NFV的发展分为以下四个阶段(参见图6):

图6:NFV发展的四个阶段

1、解耦阶段:网络功能与底层硬件的分离,从CT厂商专属、封闭的解决方案中解放出来,以软件形式部署在标准化硬件平台之上和数据中心网络环境中,可以提升部署灵活性,同时降低成本和管理复杂性。

2、虚拟化阶段:网络功能部署在基于Hypervisor的虚拟化基础设施资源之上。可以有效地提高资源利用率/密度,并可以通过编排器实现简单的管理能力,如扩缩容等。

3、云化阶段:基于统一控制和编排的电信云化环境及云原生VNF能力,能更好地实现全网络范围内的资源共享和弹性部署。同时能根据网络流量模式及客户需求变化,以自动化的方式动态地响应并创建/变更业务。新的业务可以采用DevOps模式开发并以敏捷弹性的方式部署。

4、分解重构阶段:对网络功进行分解重构,以更科学、更灵活的基本构件块形式存在。运营商可以利用这些更细粒度的子功能,像拼接乐高积木一样,更快地动态拼接出全新的业务。为提高客户体验,部分子功能组件可以智能化地推送到客户侧或者网络边缘,一些更为通用的子功能组件可以下沉到云化基础设施层,以PaaS能力部署。

从技术角度看,这四个阶段基本上都不存在难以逾越的障碍。从国内外运营商的PoC及现网部署所采用的技术角度看,目前全球NFV发展整体上处于虚拟化阶段,尚未进入到云化阶段。

有一种观点认为NFV已经过时了,因为它只是实现了虚拟化,未来将是NFC (Network Functions Cloudification)- 网络功能云化的时代。对这个观点,我觉得值得商榷。从上文分析可以看出,云化只是NFV走向发展成熟的一个中间阶段,现有以ETSI为核心的NFV标准体系在其持续的演进和完善的过程中,已经覆盖到了云化阶段的需求,从整个NFV产业健康发展角度,完全没有必要推倒重来、为吸引眼球另起炉灶鼓吹一个全新的概念和体系。

关于全球运营商NFV的整体情况以及典型海外运营商NFV的发展思路,将会在接下来的文章中与各位详细分享,敬请期待。(作者:HPE大中华区NFV首席专家 赵华)

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