NFV知识培训（完整版）

1、目录NFV基本概念和架构虚拟化和云化NFV自底向上各层要求中国移动电信云工作进展NFV知识培训解耦开放简化厂商A厂商B厂商C厂商D厂商EFrom: 传统烟囱式结构：软件和硬件合一To: 软件和硬件解耦NFV即Network Functions Virtualization（网络功能虚拟化），就是将传统的CT业务部署到云平台上（云平台是指将物理硬件虚拟化所形成的虚拟机平台，能够承载CT和IT应用），从而实现软硬件解耦合。什么是NFVNFV的ETSI标准架构包括虚拟机管理软件和硬件Hypervisor是每个服务器上的虚拟计算、虚拟存储、虚拟网络能力的直接提供者运行在虚拟化平台上的网元软件最小部署单

2、元是一个或者多个VMNFVONFVO（NFV Orchestration)负责网络业务的部署，比如VoLTE服务、RCS服务，以及跨厂家、跨数据中心的全局资源管理VNFMVNFM (VNF manager）负责网元生命周期管理，基本能力包括网元VM的增、删、查、改VIMVIM（Virtual Infrastructure Manager）是云平台的管理，负责硬件管理、VM部署、VM协调和调度等VNFVNF：虚拟化网络功能：虚拟化网络功能NFVI: NFVNFVI: NFV基础设施基础设施MANO = NFVO + VNFM + VIMComputingHardwareStorageHardwa

3、reNetworkHardwareHardware resourcesVirtualisation LayerVirtualisedInfrastructureManagerVNFManagerVNF 2OrchestratorOSS/BSSVNF 3VNF 1Virtual ComputingVirtual StorageVirtual NetworkNFV Management and OrchestrationEMS 2EMS 3EMS 1Service, VNF and Infrastructure DescriptionNFVIVNFETSI NFV ISG特点： 运营商主导 分析需

4、求，制定架构 250+家厂商参与，IT厂商参与众多2012.10，13家运营商发起产业互动验证NFV的起源及标准化：以商业化为目标，应对互联网的挑战20132014201520162017 Phase1： 定义框架，流程存在争议Phase2：解决争议问题，以及互操作和具体实现；Phase3：聚焦部署场景ETSI NFV ISGNFV标准化进展NFV的开源平台（Open Platform For NFV）项目，目标是成为运营级别的集成开源参考平台，从而加速NFV技术演进和商用进程：当前聚焦云基础设施。3GPP SA5主要研究NFV的管理接口，各项目仍处于功能需求讨论的初级阶段20185NFV/S

5、DN的发展体现了CT和IT的结合标准化组织开源组织SDNForwardingForwardingControllerControllerAPPAPP北向接口OpenFlow 南向接口Netconf APPAPPAPPAPP开放：软硬件的解耦，功能软件化成为趋势，带来原有封闭产业的开放和IT/CT产业的互相渗透，通信协议接口变成了API调用的软件接口，软件互操作成为主要内容标准：需要依赖事实标准投入来增强互通性，需重视开源发展和软件开发、集成和认证能力，提升软件层面的互操作能力VIMNFVOVNFM云管理Hypervisor/虚拟机管理VMM硬件资源（计算、存储、网络）虚拟机VM虚拟机VMVNF

6、(vCSCF，vHSS.)VNF(vCPE, vBRAS)虚拟层硬件OSS/BSS虚拟网元KVM/OVS/DPDKKVM/OVS/DPDKNetworkVirtualization Storage Virtualization OPNFV Danube OverviewCompute Virtualization Management and OrchestrationVirtual Network FunctionsOpenStackKVMOpenDaylightOVSONOSComputeStorageNetworkInfrastructurePharos Community LabsOP

7、NFV Bare Metal LabUpstream Project Collaboration: IntegrationTestingNew FeaturesOpenContrailCephODPDPDKAlignmentInstallationCompositionFunctionalSystem PerformanceNFV Features Continuous Integration / Continuous DeploymentDocumentationSecurityFD.ioData PlaneLXD目录NFV基本概念和架构虚拟化和云化NFV自底向上各层要求中国移动电信云工作进

8、展l资源独立l操作系统必须与硬件紧耦合l资源抽像成共享资源池l上层操作系统与硬件解耦，操作系统从资源池中分配资源传统架构/模式虚拟化架构/模式虚拟化 ：引入虚拟化层，对物理资源进行抽象，让资源使用者更加灵活地使用资源。IT虚拟化的优势降低运营成本降低能源消耗提升资源利用率提高应用兼容性加速应用部署动态调度资源虚拟化是什么？NFV不仅是虚拟化，更需要软件云化架构提高弹性与可靠性软件与硬件绑定虚拟机软硬件解耦VNF内部视角(如CSCF)软硬件解耦云化关键能力区别 程序与数据分离，转发与数据分离 支持水平扩容 ，内存分布式数据库虚拟化业务逻辑与业务数据绑定VNF（如 CSCF）业务逻辑与业务数据绑定

9、业务数据层（内存分布式数据库）业务逻辑层会话转发层弹性：业务按需快速自动伸缩主DB备DBABC无状态分布式N+M冗余的业务处理模块业务分发根据CPU负载分发获取动态数据动态数据: 用户签约数据，链路局向配置数据，稳态呼叫会话数据无状态分布式N+M冗余的业务处理模块业务分发根据CPU负载分发稳态话务可以在立即在其他模块中重建ABC主DB被DBABCABC业务分发业务分发主备主备高可靠性：多层HA机制协同确保业务5个9可用性应用层网元网元：组Pool 容灾网元业务模块冗余机制2：无状态N+M业务模块业务模块Cloud OS冗余机制：虚拟机快速重建 新生成虚拟机硬件层冗余机制：簇化以及物料冗余硬件层

10、/VM层/业务层各层可靠性各自独立，高度互补确保整体可用性确保应用层会话”0”中断确保资源永远可用99.999%可用性 虚拟机IMSEPCNFV网络云化演进：从NFV云化到微服务化物理机 软件与硬件耦合 业务和数据无法解耦云化 VNF三层云化架构，程序和数据分离, 业务处理逻辑无状态化 通过编排器Orchestrator实现多厂商应用的自动化部署OrchestrationDatabaseLoad BalanceRegionalDCEdgeDCCenterDCApplogicApplogicApp Logic 20152016-2017 面向微服务的软件架构 轻量级虚拟化 (容器技术) E2E

11、自动化编排 可编程 & 切片Micro ServiceSlicingOn-Demand2018-2020超越虚拟化、立足云化，建设面向5G微服务化演进的NFV云化网络微服务化目录NFV基本概念和架构虚拟化和云化NFV自底向上各层要求中国移动电信云工作进展通用硬件：提升转发能力，匹配电信业务需求vRANvGWvMSEvSWITCH电信云：3GPP网状互通东西流量大IT云：Client/Server模式南北流量大vAPP1vAPP2vAPP3vSWITCHIT网络关注计算和存储电信网络关注数据转发和I/O吞吐量会话表示层应用存储转发计算物理数据链路网络传输层吞吐量硬件硬件Cloud OSCloud

12、 OSVNFVNFGbps4Gbps硬件硬件Cloud OSCloud OSVNFVNF通用通用X86X86DPDK+SR-IOVDPDK+SR-IOV直通技术直通技术=1 1 加速子卡 X单板加加速速板板卡卡软软硬硬直直通通通用通用IPSec/SA/IPSec/SA/GbGb加速子卡加速子卡COTSOSVNFMANO集成服务集成服务虚拟层：基于开放、开源架构打造多业务电信级云平台物理机I层管理进程VM普通虚拟机VM低时延虚拟机Cpu 0Cpu 1Cpu 2Cpu 3Cpu 4Cpu 5Cpu 6Cpu 7Cpu 8VM普通虚拟机创建虚拟机指定低时延敏感属性低时延业务VM独占资源Host OS

13、 &HypervisorHost OS &HypervisorHost OS &Hypervisor共享资源池Failed Server+ 服务器故障：异常下电，宕机，物理组件故障 Host OS故障： Crash，关键进程Hang up亲和性调度实现电信级性能虚拟机大页、IO-NUMA、虚拟机带宽调度等电信亲和性调度算法vCPU绑定到物理CPU核，禁止超分配、内存预占等，避免超分带来性能下降和不确定性以开放开源OPENSTACK架构以及KVM虚拟化层为基础，通过亲和性调度及电信级故障检测与恢复进行电信级增强加固1s内故障检测（Watchdog、亚健康检测、黑匣子、主机故障检测机制）30s内恢

14、复虚拟机电信级故障检测与恢复保证高可靠性COTSOSVNFMANO集成服务集成服务传统网络传统网络(软硬件耦合)IMSIMSEPCEPCDCCloud OSvEPCvEPCvIMSvIMS虚拟化虚拟化(软硬件解耦)DCDCCloud OSCloud OS跨DC中间件分布式DB负载均衡层业务处理层云化架构云化架构(软件原子化&数据处理分离)实现软硬件解耦的IT技术云化的第一步单模块快速扩缩容，提升资源利用率虚拟机故障隔离，快速故障恢复独立备份机制提供更高的可靠性软硬件解耦软硬件解耦软件功能软件功能原子级化原子级化业务处理业务处理& &数据分离数据分离分布式内存分布式内存智能负载均衡智能负载均衡跨

15、跨DCDC的分布式部署、业务和数据分离、负载均衡是的分布式部署、业务和数据分离、负载均衡是VNFVNF重构的关键点重构的关键点 VNF：电信级可靠性和弹性需要全分布式的云化软件架构COTSOSVNFMANO集成服务集成服务MANO：从一个配置实例来看MANO各部件的业务职责配置设计终结运行管理部署MANO：全生命周全生命周期管理期管理 OSS / BSSVNFNFVIEMSVIMVNFMNFVOWAN Infrastructure ManagerVNFDMANO21345获取资源NFVO从VIM获取虚拟资源状态下发执行NFVO决策EPC部署并下发VNFM执行VNF请求VNFM向VIM请求创建M

16、ME/GW的VMVM创建VIM根据要求创建VMVNF配置VNFM知会EMS配置MME/GW业务12345以实例化一个以实例化一个EPC网络为例网络为例COTSOSVNFMANO集成服务集成服务MANO：对NFV整体及各层理解和实践是MANO应用的基础开放架构开放架构l异厂家及VNF与PNF管理l异构网络和跨DC资源管理l可编程API，支持多种接口形式算法建模算法建模l业务建模预测l跨层故障关联和自愈能力易部署易部署l图形化界面，简化配置难度l功能插件化，增值服务套件 快速集成与业务发放 业务故障恢复 资源高效利用 IOT测试 电信运维经验 定制化能力电信业务理解电信业务理解服务集成能力服务集成

17、能力MANOMANODC / VNF 资源预测历史数据预测数据1234568910 11127 OSS/BSS OSS/BSSVNFVNFNFVINFVIEMSEMSVIMVIMNFVONFVOVNFMVNFMPNFVNFPNFMANOMANOHSSCSCFFirewallPGWMMEVNF LibraryPolicy LibraryScale-InScale-In Policy PolicyScale-Scale-OutOut Policy PolicyAlarm Alarm PolicyPolicyResource Resource PolicyPolicyVNFCOTSOSVNFMANO

18、集成服务集成服务目录NFV基本概念和架构虚拟化和云化NFV自底向上各层要求中国移动电信云工作进展下一代网络转型的发展目标 未来新型数据中心，采用IT通用服务器构建资源池，电信设备软硬解耦，以软件形式形成电信云，并支撑内容分发、边缘计算等能力新型数据中心（云化部署形态）核心技术：网络功能虚拟化NFV、 电信云核心技术：软件定义网络SDN未来新型网络，采用控制转发分离和路由集中计算，实现网络灵活、智能调度和网络能力的开放新型网络（智能化网络调度）未来新型大脑，实现跨领域、端到端、全网资源和网元流量流向管理编排和调度新型大脑（智能网络编排）核心技术：协同编排Orchestrator架构可灵活调整资源

19、可弹性伸缩流量可全局调度能力可全面开放未来网络将从“以语音和数据为核心”的架构转向“以内容和流量为核心的数据中心”网络架构21目标架构设计：云化的数据中心，智能化的流量调度，内容与计算能力下沉新型数据中心的发展原则n控制面集中：控制功能集中，形成核心云，实现更灵活的网络调度n媒体面下沉：流量快速卸载，形成边缘云，优化流量和用户体验，提高网络效率新型网络的发展原则n面向DC东西向的连接：流量流向可规划，应完全采用智能化控制实现流量最优调度n面向用户接入南北向的连接：引入智能调度作为网络流量的优化手段，提升利用率核心云(含新型大脑，管理调度平台)BRAS硬件层虚拟层SDN控制器5GIMS核心核心DC50100边缘边缘DC10003000接入