NFV知识培训

NFV的ETSI标准架构
VNF：虚拟化网络功能
OSS/BSS
• 运行在虚拟化平台上 的网元软件
• 最小部署单元是一个 或者多个VM
NFVI: NFV基础设施
• 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
Service, VNF and Infrastructure Description
C
…
无状态
分布式 N+M冗余的
实时话务
业务处理模块
… 获取动态数据
… 实时话务
新生产 模块
…
…
稳态话务可以在立即在其他模块中重建
无状态
分布式 N+M冗余的
实时话务
业务处理模块
… 实时话务
实时话务
根据CPU负载 分发
业务分发
主
业务分发
备
根据CPU 负载分发
业务分发
主
业务分发
备
高可靠性：多层HA机制协同确保业务5个9可用性
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
虚拟化是什么？
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。
传统架构/模式
资源独立 操作系统必须与硬件紧耦合
虚拟化架构/模式
资源抽像成共享资源池 上层操作系统与硬件解耦，操作系统从资源
EMS 1
VNF
VNF 1
EMS 2 VNF 2
EMS 3 VNF 3
NFVI
Virtual Computing
Virtual Storage
Virtual Network
Virtualisation Layer
Computing Hardware
Hardware resources
Storage Hardware
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
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 ISG Phase1： 定义框架，流程存在争议
2013
2014
2015
2016
2017
2018
NFV/SDN的发展体现了CT和IT的结合
跨DC的分布式部署、业务和数据分离、负载均衡是VNF重构的关键点
MANO：从一个配置实例来看MANO各部件的业务职责COTS OS VNF MANO 集成服务
OSS / BSS
EMS
5
VNF
4
NFVI
MANO
NFVO
VNFD
2
VNFM
3
VIM
1
WAN Infrastructure
Manager
终结
Policy
Resource Policy
易部署
图形化界面，简化配置难度 功能插件化，增值服务套件
Upstream Project Collaboration:
Integration
Alignment Installation Composition
Testing
Functional System
Performance
New Features
NFV Features
Continuous Integration / Continuous Deployment Documentation Security
业务数据层（内存分布式数据库） 业务逻辑层
会话转发层 软硬件解耦
虚拟化
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
云化
弹性：业务按需快速自动伸缩
主DB A
备DB A
主DB A
被DB A
B
B
动态数据: 用户签约数据，
B
B
链路局向配置数据，稳态
C
C
呼叫会话数据
C
目录
NFV知识培训
➢ 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
什么是NFV
From: 传统烟囱式结构：软件和硬件合一
厂商A 厂商B 厂商C 厂商D 厂商E
To: 软件和硬件解耦
解耦
开放
简化
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。
池中分配资源
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
NFV不仅是虚拟化，更需要软件云化架构提高弹性与可靠性
业务逻辑与 业务数据绑定
软件与硬件绑定
VNF（如 CSCF）
业务逻辑与业务 数据绑定
虚拟机 软硬件解耦
VNF内部视角(如CSCF)
Host OS &Hypervisor
共享资源池
Host OS &Hypervisor
Host OS &Hypervisor
Failed Server
② Host OS故障： Crash，关键进程Hang up ① 服务器故障：异常下电，宕机，物理组件故障… …
1s内故障检测（Watchdog、亚健康检测、黑匣子、主机故障检测机制） 30s内恢复虚拟机
Network Hardware
NFV Management and Orchestration
Orchestrator
VNF Manager
Virtualised Infrastructure
Manager
MANO = NFVO + VNFM + VIM
• NFVO（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
• VNFM (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
• VIM（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
NFV的起源及标准化：以商业化为目标，应对互联网的挑战
2012.10，13家运营商发起
MANO： 全生命周 期管理
设计 部署
运行管理
配置
以实例化一个EPC网络为例
1 获取资源 NFVO从VIM获取虚拟资源状态 2 下发执行 NFVO决策EPC部署并下发VNFM执行 3 VNF请求 VNFM向VIM请求创建MME/GW的VM 4 VM创建 VIM根据要求创建VM 5 VNF配置 VNFM知会EMS配置MME/GW业务
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
VNF：电信级可靠性和弹性需要全分布式的云化软件架COT构S OS VNF MANO 集成服务
传统网络
(软硬件耦合)
IMS
EPC
虚拟化
(软硬件解耦)
vEPC
vIMS
软硬件解耦
软件功能 原子级化
独占资源
I层管理进程
Cpu 0
Cpu 1
VM 普通 虚拟机
VM 普通 虚拟机
物理机
Cpu 2
Cpu 3
Cpu 4
Cpu 5
VM 低时延虚拟机
Cpu 6
Cpu 7
Cpu 8
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
应用层
网元：组Pool 容灾 网元
网元
冗余机制2：无状态N+M
业务模块
业务模块
业务模块
冗余机制：虚拟机快速重建
虚拟机
新生成虚拟机
冗余机制：簇化以及物料冗余
确保应用层会 话”0”中断
99.999% 可用性
确保资源永远可用
Cloud OS
硬件层
硬件层/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
Forwarding
标准化组织
开源组织
5
OPNFV Danube Overview
Virtual Network Functions
Management and Orchestration
Compute Virtualization
KVM LXD
Storage Virtualization
OpenStack
卡
东西流量大
南北流量大
通用IPSec/SA/Gb加速子卡
X 倍性能提升/板卡
= 1 加速子卡
X单板
COTS
OS
VNF MANO 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
亲和性调度实现电信级性能
电信级故障检测与恢复保证高可靠性
低时延业务VM
创建虚拟机 指定低时延敏感属性
OpenStack
COTS
OS
VNF MANO 集成服务
MANO：对NFV整体及各层理解和实践是MANO应用的基础
DC / VNF 资源预测
… VNF
…VNF
MANO
PNF
PNF
开放架构
异厂家及VNF与PNF管理 异构网络和跨DC资源管理 可编程API，支持多种接口形式
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
NFV网络云化演进：从NFV云化到微服务化
物理机 ~2015
I
E
M
P
S
C
…
• 软件与硬件耦合 • 业务和数据无法解耦
云化 2016-2017
Orchestration
Database
App App App logic logic Logic
Load Balance
Edge DC
Regional DC
电信网络关注 数据转发和I/O吞吐量
计算 存储 转发
通用X86
软 VNF
硬
直
通
Cloud OS
硬件
DPDK+SR-IOV 直通技术
VNF
Cloud OS
硬件
X Gbps
4Gbps 吞吐量
vSWITCH
vSWITCH
vRAN vGW vMSE
vAPP1 vAPP2 vAPP3
加
速
板
电信云：3GPP网状互通 IT云：Client/Server模式
• 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
虚拟 网元
VNF (vCSCF， vHSS...)
Cloud OS DC
业务处理&数据分离 分布式内存 智能负载均衡
云化架构
(软件原子化&数据处理分离)
分布式DB
业务处理层
负Hale Waihona Puke Baidu均衡层
跨DC中间件
Cloud OS
Cloud OS
DC
DC
虚拟化是技术视角的概念：
实现软硬件解耦的IT技术 云化的第一步
云化是业务视角的概念：
•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
VNF (vCPE, vBRAS…)
虚拟层
虚拟机VM
虚拟机VM
Hypervisor/虚拟机管理VMM KVM/OVS/DPDK
硬件 硬件资源（计算、存储、网络）
OSS/BSS 云管理
NFVO VNFM
VIM
SDN
APP
APP
APP
Controller
北向 接口
南向 接口 OpenFlow Netconf …
历史数据
预测数据
算法建模
业务建模预测 跨层故障关联和自愈能力
MANO
OSS/BSS EMS VNF
NFVO VNFM
NFVI
VIM
VNF Library
MME PGW HSS Firewall CSCF
Policy Library
Scale-In Policy
Scale-Out Alarm
Policy
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
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
COTS
OS
VNF MANO 集成服务
应用 表示层
会话 传输层
网络 数据链路
物理
IT网络关注 计算和存储
Ceph
Network Virtualization
OpenDaylight ONOS
OpenContrail
Compute
Storage
Network
Data Plane
FD.io
OVS
DPDK
ODP
Infrastructure
Pharos Community Labs
OPNFV Bare Metal Lab
ETSI NFV ISG
产业 互动 验证
特点：
• 运营商主导 • 分析需求，制定架构 • 250+家厂商参与，IT厂商参与众多
NFV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。
Center DC
• 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
微服务化 2018-2020
Slicing Micro Service
On-Demand
• 面向微服务的软件架构 • 轻量级虚拟化 (容器技术) • E2E 自动化编排 • 可编程 & 切片