NFV关键技术

毛永琦+崔文博

摘要：SDN/FV已成为运营商推动网络架构向软件化、集约化、智能化和开放化演进的关键技术，本文对NFV实现的关键技术进行了较为详细的研究，并对运营商部署NFV需要注意的问题进行了浅析。

1 NFV虚拟化云操作系统1NFV架J简介

NFV： 网络功能虚拟化（NetworkFunction Virtualization），通过使用X86等通用硬件以及虚拟化技术，来承载不同功能、业务的软件处理，从而降低网络的资本性支出和运营成本。NFV将软硬件解耦并将功能抽象，使通信设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以充分灵活共享、调度，从而实现新业务的快速开发和部署，并基于实际客户需求进行业务自动组合、弹性变更、故障隔离和应用自愈等。

NFV主要包括三部分架构：NFVI、VNF. MANO。

（1） NFVI （NFV Infrastructure）包含物理硬件和虚拟硬以及虚拟化层（hypervisor，如vSwitch、KVM、XEN等）。

（2） VNF指的是具体的虚拟网络功能，可以提供的网络服务，是软件，可以理解手机的APP。

（3） MANO （Management andOrchestration），指的是NFV的管理和编排，由NFVO （NFVOrchestrator）、VNFM （VNFManager）以及VIM （Virtualised infrastructuremanager）三部分共同组成。

2 NFV关键技术

2.1 虚拟化

目前可以采用的虚拟架构包括KVM、XEN、VMware，其中，KVM和XEN均为开源软件，而VMware则是收费软件。目前各CT场景主要采用KVM或者XEN作为虚拟化软件，而国外运营商，根据IT业务发展经验，部分运营商在NFV架构中仍然选购VMware软件。本文根据国内实际情况只比较KVM、XEN。

虚拟化技术可以分为完全虚拟化（Full Virtualization）和半虚拟化技术（paravirtualization）。KVM采用完全虚拟化技术，XEN采用半虚拟化技术。如图1所示。

完全虚拟化是指虚拟化软件-Hypervisor位于虛拟机和硬件之问。Hypervisor也叫虚拟机管理程序（VMM）。KVM的hypervisor直接运行在物理硬件之上。KVM集成到Linux内核，是X86架构且硬件支持虚拟化技术（IntelVT或AMD-V）的Linux的全虚拟化解决方案。它是Linux的一个模块，利用Linux完成任务调度、内存管理与硬件设备交互等。准确来说，KVM是Linuxkemel的一个模块。如图2所示。

KVM架构可以分解为两部分KVM驱动，即linux kemel的一个模块：Qemu，即用于模拟虚拟机的用户空问组件.提供I/O设备模型，访问外设的途径。

XEN是在全虚拟化的基础上，修改了Guest OS，通过增加专用API，使Guest OS集成了虚拟化功能，XEN无需重新编译或引起陷阱，因为操作系统自身能够与虚拟进程进行很好的协作。

KVM与XEN优缺点，如表1所示。

2.2 云操作系统

OpenStack是一个开源的云计算管理平台项目，由几个主要的组件组合起来完成具体工作。OpenStack支持几乎所有类型的云环境，项目目标是提供实施简单、可大规模扩展、丰富、标准统一的云计算管理平台。OpenStack通过各种互补的服务提供了基础设施即服务的解决方案，每个服务提供API以进行集成。如图3所示。

NFV对Openstack的大量诉求中关系到对Nova的资源管理及调度的需求，包括NUMA亲和性、IO-NUMA亲和性，大页而、反亲和性等。如图4所示。

3 运营商部署NFV需要考虑的问题

3.1 NFVI

目前主要是Hypervisor，Hypervisor自主研发的好处是未来可以全网统一使用Hypervisor，有利于统一资源调度。目前大部分厂商都是基于开源KVM进行商业化定制和优化，特别是针对NFV转发性能要求高的特点，各个厂商都做了针对性的技术优化，所以目前基本没有人提Hypervisor的自主研发设想。各个厂商的Hypervisor与各自的VIM是捆绑的，形成各自的“小王国”，暂无法实现不同厂商Hypervisor的互通。

3.2 VNFs

各类网元原来都是软硬件一体化的，运营商对网元的内部实现机制并不熟悉，需要有人真正去探究网元设备的大型软件系统该如何实现，因为VNFs是未来运营商必然要去逐步攻克的，否则实现软件化只是表而的工夫，这部分需要运营商逐步去积累和投入，重点是实现VNF的分布式部署，微服务化，为将来实现真正的基于容器的部署打下基础。

3.3 MANO

如前所述，MANO是由NFVO、VNFM和VIM组成的，VNFM与VNF是强相关的（存在部分通用VNFM）、VIM与hypervisor也是强相关的，这两部分运营商目前暂未能自主研发，所以只能选择与运营商oss关系紧密的NFVO入手自主研发，但即使是NFVO，近期来看，也还无法直接应用自主研发成果，需要经过现网的考验和不断迭代完善，初期很可能还是采用商业化NFVO方案。现阶段NFV关注的重点应该是NFVO（虚拟网络编排器），因为编排器在未来网络中的关键地位已经形成共识，所以SDN，NFV架构中负责业务组织、编排、资源调度的编排器成为运营商必须自主掌控的核心能力。endprint