《虛擬化技術(shù)與應(yīng)用》 課件 09-NFV基礎(chǔ)概述；10-深入了解ETSI的NFV架構(gòu)

NFV基礎(chǔ)概述了解NFV技術(shù)了解NFV與SDN的區(qū)別了解NFV的架構(gòu)教學(xué)目標(biāo)目錄NFV的介紹NFV與SDN的區(qū)別ETSINFV的架構(gòu)什么是NFVNFV（NetworkFunctionsVirtualization網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）是指利用虛擬化技術(shù)在標(biāo)準(zhǔn)化的通用IT設(shè)備上實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能。EPC硬件IMS硬件ERP硬件CRM硬件APP硬件傳統(tǒng)軟硬件一體vEPCvEPCvEPCvEPCvEPCCloudOS數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)IT硬件統(tǒng)一虛擬化平臺(tái)NFV的優(yōu)勢(shì)通過設(shè)備合并，虛擬化架構(gòu)可以減少設(shè)備成本、能源開銷

01縮短網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)創(chuàng)新周期，提升投放市場(chǎng)的速度，從而極大的減少網(wǎng)絡(luò)成熟周期02網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以多版本、多租戶共存，且單一平臺(tái)可為不同的應(yīng)用、用戶、租戶提供服務(wù)03基于地理位置、用戶引入精準(zhǔn)服務(wù)，同時(shí)可以根據(jù)需要對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行快速擴(kuò)張或收縮

04NFV技術(shù)難點(diǎn)管理和組織諸多虛擬網(wǎng)絡(luò)裝置，需要同時(shí)避免安全攻擊和錯(cuò)誤配置網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商需要能“混合和匹配”不同廠家的硬件、不同廠家的Hypervisor等，需要解決巨大的集成成本，并避免與單一的廠家方案綁定虛擬網(wǎng)絡(luò)配置運(yùn)行在不同的硬件廠商，不同的Hypervisor上，難以獲取較高的性能，軟件虛擬化必定沒有實(shí)體設(shè)備性能好需要同時(shí)保證一定級(jí)別的硬件、軟件可靠性.ONETWOTHREEFOURSDN與NFV的關(guān)系SDN誕生于高校，成熟于數(shù)據(jù)中心。研究者在科研時(shí)發(fā)現(xiàn)，每次進(jìn)行新的協(xié)議部署嘗試時(shí)，都需要改變網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟件，于是考慮讓網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備可編程化，并且可以集中被一個(gè)盒子管理和控制。使SDN成熟的環(huán)境是云數(shù)據(jù)中心，數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷擴(kuò)展，SDN可以對(duì)于如何控制虛擬機(jī)的爆炸式增長(zhǎng)，用更好的方式連接虛擬機(jī)有比較明確的解決方法。NFV由服務(wù)商創(chuàng)建，和SDN始于研究者和數(shù)據(jù)中心不同，NFV是由運(yùn)營(yíng)商的聯(lián)盟提出的。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)是通過大型的不斷增長(zhǎng)的專用硬件來部署的，不同的服務(wù)需要不同的架構(gòu)，能耗、成本都在增加。NFV的提出旨在用標(biāo)準(zhǔn)的IT虛擬化技術(shù)解決運(yùn)營(yíng)商的問題。SDN與NFV是兩種完全獨(dú)立的創(chuàng)新技術(shù)，只不過SDN的很多目標(biāo)都與NFV一致，因而兩者能夠相互促進(jìn)并協(xié)同應(yīng)用。目錄NFV的介紹NFV與SDN的區(qū)別ETSINFV的架構(gòu)SDN于NFV的關(guān)系SDN與NFV高度互補(bǔ)，但并不互相依賴，NFV可以在沒有SDN的情況下進(jìn)行虛擬化和部署。NFVSDNOpeninnovation降低資本支出、運(yùn)營(yíng)成本、空間與功耗創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)抽象以實(shí)現(xiàn)更快的創(chuàng)新第三方提供具有競(jìng)爭(zhēng)力的創(chuàng)新應(yīng)用程序NFV與SDN的關(guān)系SDN于NFV的協(xié)同工作硬件平面NFVI軟件控制平面管理平面轉(zhuǎn)發(fā)平面操作平面虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制平面轉(zhuǎn)發(fā)平面轉(zhuǎn)發(fā)平面SDN管理平面操作平面管理與編排應(yīng)用與編排硬件硬件平面NFVI硬件虛擬網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件NFVSDN與NFV的協(xié)同SDN與NFV的對(duì)比類型SDNNFV核心思想轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離，控制面集中，網(wǎng)絡(luò)可編程化將網(wǎng)絡(luò)功能從原來的專用設(shè)備移到通用設(shè)備上針對(duì)場(chǎng)景校園網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心、云平臺(tái)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)針對(duì)設(shè)備商用服務(wù)器和交換機(jī)專用服務(wù)和交換機(jī)初始應(yīng)用云資源調(diào)度和網(wǎng)絡(luò)路由器、防火墻、網(wǎng)關(guān)、CND、廣域網(wǎng)加速器、SLA保證等通用協(xié)議OpenFlow尚沒有標(biāo)準(zhǔn)組織ONF組織ETSINFV工作組目錄NFV的介紹NFV與SDN的區(qū)別ETSINFV的架構(gòu)NFV架構(gòu)為什么會(huì)有NFV架構(gòu)呢？

定義傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的架構(gòu)使用的是相當(dāng)基礎(chǔ)的方式，因?yàn)橛布蛙浖嵌ㄖ频那揖o耦合。與之相反，NFV允許廠商開發(fā)的軟件運(yùn)行在通用、共享的硬件之上，并創(chuàng)建多個(gè)用于管理的接口。開發(fā)NFV架構(gòu)，以確保這些接口被標(biāo)準(zhǔn)化定義，可以在不同廠商之間實(shí)現(xiàn)兼容。NFV概念之VNFVNF(VirtualizedNetworkFunction)：網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬實(shí)現(xiàn)被稱為VNF，可以替代廠商的專用硬件，它可以執(zhí)行相同的功能，但一般在通用的硬件上運(yùn)行。

VNF意味著執(zhí)行一種網(wǎng)絡(luò)功能，如路由、交換、防火墻以及負(fù)載均衡等，想要結(jié)合使用這些VNF，就可能需要讓整個(gè)網(wǎng)段被虛擬化。不同的廠商可能會(huì)提供不同的VNF，服務(wù)提供商可以選擇不同廠商提供的VNF,對(duì)功能進(jìn)行組合，以滿足他們的需求。這種自由式的選擇需要通過標(biāo)準(zhǔn)化的方法在VNF之間進(jìn)行通信并在虛擬環(huán)境中進(jìn)行管理。認(rèn)識(shí)NFV的ETSI架構(gòu)2012年，在SDNOpenFlowWorldCongress大會(huì)上，幾個(gè)主要的電信運(yùn)營(yíng)商組成的聯(lián)盟針對(duì)于網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商所面臨的主要挑戰(zhàn)提出了NFV的概念。2013年由7個(gè)領(lǐng)先的電信運(yùn)營(yíng)商在一個(gè)被稱為歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）的獨(dú)立化標(biāo)準(zhǔn)小組中成立了互聯(lián)網(wǎng)規(guī)范組（ISG）；這個(gè)小組致力于能夠使得廠商定制硬件設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能以虛擬化的方式實(shí)現(xiàn)需求和架構(gòu)。解耦合靈活性動(dòng)態(tài)操作ISG提出的三個(gè)關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)整體ETSINFV架構(gòu)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和硬件網(wǎng)絡(luò)硬件虛擬化層虛擬計(jì)算虛擬存儲(chǔ)虛擬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化架構(gòu)（NFVI）VNF#2（NAT）VNF#1（FW）VNF#3（RTR）虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）NFV管理與編排ETSINFV架構(gòu)整體ETSINFV架構(gòu)ETSINFV架構(gòu)的三個(gè)主要模塊介紹01

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)（NFVI）該模塊是整體架構(gòu)的基礎(chǔ)。加載虛擬機(jī)的硬件、使得虛擬化成為可能的軟件，以及虛擬化資源被歸類到這一模塊中。02

虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）在VNF模塊中使用NFVI提供的虛擬機(jī)，通過在這些虛擬機(jī)之上加載軟件來實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能。03

管理和編排（MANO）MANO被定義為一個(gè)單獨(dú)的模塊，與NFVI、VNF模塊交互。可以管理所有基礎(chǔ)架構(gòu)層的資源。理解ETSINFV架構(gòu)為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，VNF可能以獨(dú)立的實(shí)體被部署，也可能以多個(gè)VNF的組合被部署。網(wǎng)絡(luò)功能在VNF中被虛擬化后，與這些功能相關(guān)的協(xié)議無須關(guān)注虛擬化底層的實(shí)現(xiàn)。VNF#2（NAT）VNF#1（FW）VNF#3（RTR）虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）網(wǎng)絡(luò)功能以NFV的方式共同工作理解ETSINFV架構(gòu)硬件虛擬化為VNF的運(yùn)行提供了一個(gè)基礎(chǔ)架構(gòu)。NFV基礎(chǔ)架構(gòu)被稱為NFVI，它可以使用通用硬件作為一個(gè)共有的資源池，并將資源切分為多個(gè)子集，按照VNF的分配需要，創(chuàng)建虛擬化的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源池。硬件硬件虛擬化層虛擬硬件虛擬硬件虛擬硬件VNF#2VNF#1VNF#3物理硬件（NFVI）CPU、網(wǎng)絡(luò)適配器、內(nèi)存、HDD等VNF提供虛擬計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源理解ETSINFV架構(gòu)

有了NFV架構(gòu)，我們可以打破現(xiàn)有廠商專有等硬件，當(dāng)有新的需求或需要增強(qiáng)管理能力的時(shí)候，可以用更高的管理力度來個(gè)別管理這些實(shí)體資源，因此，在我們需要定義管理、自動(dòng)化、相互協(xié)調(diào)和互聯(lián)互通的方法去實(shí)現(xiàn)靈活性、可擴(kuò)展性和自動(dòng)化方式的功能模塊，那么這樣就迫使我們?cè)诩軜?gòu)上增加了MANO功能模塊，MANO模塊旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)這些實(shí)體的管理，因此MANO模塊就可以完全知曉實(shí)體的利用情況、工作狀態(tài)和使用統(tǒng)計(jì)。這使得MANO成為運(yùn)營(yíng)和計(jì)費(fèi)系統(tǒng)上收集數(shù)據(jù)的最合適的接口。整體ETSINFV架構(gòu)計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和硬件網(wǎng)絡(luò)硬件虛擬化層虛擬計(jì)算虛擬存儲(chǔ)虛擬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化架構(gòu)（NFVI）VNF#2（NAT）VNF#1（FW）VNF#3（RTR）虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）NFV管理與編排NFV管理和業(yè)務(wù)流程模塊運(yùn)營(yíng)與計(jì)費(fèi)支持系統(tǒng)什么是NFV？NFV與SDN的區(qū)別ETSINFV架構(gòu)總結(jié)深入了解ETSI的NFV架構(gòu)了解MANO管理與編排層深入了解ETSI架構(gòu)的基礎(chǔ)架構(gòu)層深入了解ETSI架構(gòu)的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層了解NFVO在架構(gòu)中的作用教學(xué)目標(biāo)目錄管理與編排層基礎(chǔ)架構(gòu)層虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層NFVO在架構(gòu)中的作用MANO模塊功能解析ETSI定義的NFV架構(gòu)深入每個(gè)模塊，定義了各個(gè)模塊的功能NFV管理與編排（MANO）NFV編輯器（NFVO）VNF管理（VNFM）虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)管理（VIM）NFVO：負(fù)責(zé)全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，物理，虛擬資源和策略的編排維護(hù)，以及其他虛擬化系統(tǒng)相關(guān)維護(hù)管理；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)生命周期的管理。

VNFM：實(shí)現(xiàn)虛擬化網(wǎng)元VNF的生命周期管理，包括VNF的管理及處理、VNF實(shí)例的初始化、VNF的擴(kuò)容/縮容、VNF實(shí)例的終止；支持接收NFVO下發(fā)的彈性伸縮策略，實(shí)現(xiàn)VNF的彈性伸縮。

VIM：主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施層硬件資源和虛擬化資源的管理，監(jiān)控和故障上報(bào)；面向上層VNFM和NFVO提供虛擬化資源池。目錄管理與編排層基礎(chǔ)架構(gòu)層虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層NFVO在架構(gòu)中的作用基礎(chǔ)架構(gòu)層VNF依賴于虛擬硬件的可用性，通過軟件資源在物理硬件上進(jìn)行仿真。在ETSINFV架構(gòu)中，它由基礎(chǔ)架構(gòu)模塊(NFVI)實(shí)現(xiàn)。這種基礎(chǔ)設(shè)施模塊包括物理硬件資源、虛擬化層和虛擬資源計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)和硬件網(wǎng)絡(luò)硬件虛擬化層虛擬計(jì)算虛擬存儲(chǔ)虛擬網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化架構(gòu)（NFVI）NFV管理與編排虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)管理（VIM）基礎(chǔ)架構(gòu)層解析

硬件層功能模塊：ETSI架構(gòu)將硬件資源分為三大類：計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)。計(jì)算機(jī)硬件包括CPU和內(nèi)存，可以使用集群計(jì)算技術(shù)在主機(jī)之間形成資源池。存儲(chǔ)可以本地直連，也可以使用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)共享式存儲(chǔ)一如NAS或通過SAN技術(shù)連接的設(shè)備。網(wǎng)絡(luò)硬件則包括了可以供VNF使用的網(wǎng)絡(luò)接口卡和端口的資源池。

虛擬化層功能模塊，也是NFVI的一部分。這一層與硬件設(shè)備資源池直接交互，使硬件可以為VNF提供可用的虛擬機(jī)。虛擬機(jī)提供虛擬化計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，可以加載任何軟件(VNF就是一個(gè)例子)，使得VNF在運(yùn)行時(shí)，看起來就像專用的物理硬件設(shè)備一樣。管理模塊VIM管理基礎(chǔ)架構(gòu)層

為了管理NFVI，ETSI定義了虛擬化基礎(chǔ)架構(gòu)管理器(VIM)的管理模塊。ETSI架構(gòu)委派它去管理計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)硬件，實(shí)現(xiàn)虛擬化層的軟件和虛擬化硬件。因?yàn)閂IM可以直接管理硬件資源，所以它就完全知曉硬件的使用情況，對(duì)其操作屬性(如電源管理、健康狀況和可用性)也有完全的可視化，同樣也有能力監(jiān)控其性能屬性(如使用統(tǒng)計(jì))。VIM還可以管理虛擬化層，并且控制和影響虛擬化層如何使用硬件資源。因此，VIM負(fù)責(zé)控制NFVI資源，并與其他管理功能模塊一起確定需求，再通過管理基礎(chǔ)架構(gòu)資源以滿足這些需求。VIM的管理范圍可能與NFVI的入網(wǎng)點(diǎn)相同，也可能延伸并跨越到基礎(chǔ)架構(gòu)的整個(gè)域中。目錄管理與編排層基礎(chǔ)架構(gòu)層虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層NFVO在架構(gòu)中的作用虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層VNF層負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化，它包括VNF模塊和VNF管理(VNFM)模塊，其中VNFM是用于管理VNF的。VNF模塊被定義為VNF和網(wǎng)元管理模塊EM的組合。VNF#2（NAT）VNF#1（FW）VNF#3（RTR）虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）NFV管理與編排VNF管理（VNFM）EM#2（NAT）EM#1（FW）EM#3（RTR）虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層解析虛擬化環(huán)境對(duì)于VNF來說是透明的，我們希望將其看成一個(gè)通用的硬件，在實(shí)現(xiàn)虛擬化之后，VNF的運(yùn)行狀態(tài)和外部接口與使用物理硬件實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能相同。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)用虛擬化的方式來實(shí)現(xiàn)，可能通過單一或者多個(gè)VNF來完成。當(dāng)一組VNF共同實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)，其中一些功能就可能會(huì)依賴于其他功能，在這種情況下，VNF需要按照特定的順序去處理數(shù)據(jù)。VNFM與VIM的通信VNFM與VIM的通信在ETSI的架構(gòu)中，VNFM可以創(chuàng)建VNF并管理資源比例。當(dāng)VNFM需要實(shí)例化一個(gè)新的VNF，或者需要為VNF增加或調(diào)整可用的資源(如增加CPU或內(nèi)存)時(shí)，它就需要與VIM通信了。VNFM與VIM通信案例硬件資源（CPU資源池）虛擬化層VM#1VM#2VM#3VNF#1VNF#2VNF#3VNF管理（VNFM）虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)管理（VIM）1.VNF1需要更多的CPU2.是否有更多可用CPU3.為VM1申請(qǐng)更多的CPU4.是否分配更多的CPU5.是否有更多可用CPUVNFM對(duì)VNF資源進(jìn)行縱向擴(kuò)展VNFM管理FCAPSVNFM同樣負(fù)責(zé)VNF的FCAPS。它通過與VNF通信或使用網(wǎng)元管理(EM)功能模塊直接對(duì)其進(jìn)行管理。什么是FACPS？FACPS：FCAPS是ISOTMN(TelecommunicationsManagementNetwork)的5個(gè)主要管理參數(shù)的縮寫:故障(Fault)、配置(Configuration)、審計(jì)(Accounting)、性能(Performance)、安全(Security)。什么是網(wǎng)元管理？網(wǎng)元管理(EM)是ETSI架構(gòu)定義的另一種功能模塊，旨在實(shí)現(xiàn)對(duì)一個(gè)或多個(gè)VNF的管理功能。VNFM管理FCAPS流程EM#1VNF#1VNF管理（VNFM）通過獨(dú)有的方式實(shí)現(xiàn)FACPSEM作為VNF管理和FACPS的代理VNFM對(duì)VNF的故障、配置等直接進(jìn)行管理VNFM直接管理VNF或者通過EM管理VNF單個(gè)VNFM管理多個(gè)VNFVNF#1VNF#1VNF#1VNF#1NFVOVNFM廠商AVIM多個(gè)VNFM分別管理不同的VNFVNF#1VNF#1VNF#1VNF#1NFVOVNFM廠商AVIMVNFM廠商B目錄管理與編排層基礎(chǔ)架構(gòu)層虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層NFVO在架構(gòu)中的作用運(yùn)營(yíng)和編排層面臨的問題現(xiàn)狀：當(dāng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從物理設(shè)備轉(zhuǎn)向虛擬設(shè)備時(shí)，用戶并不想對(duì)已經(jīng)為運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)和業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)（