1.NFV相關基本概念

NFV（網絡功能虛擬化）
SDN（軟件定義網絡）
NFV即網絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization），將許多類型的網絡設備（如servers，switches和storage等）構建為一個Data Center Network，通過借用IT的虛擬化技術虛擬化形成VM（虛擬機，Virtual Machine），然后將傳統的CT業務部署到VM上。
在NFV出現之前設備的專業化很突出，具體設備都有其專門的功能實現，而之后設備的控制平面與具體設備進行分離，不同設備的控制平面基于虛擬機，虛擬機基于云操作系統，這樣當企業需要部署新業務時只需要在開放的虛擬機平臺上創建相應的虛機，然后在虛擬機上安裝相應功能的軟件包即可。這種方式我們就叫做網絡功能虛擬化。

一個NFV的標準架構包括NFV infrastructure(NFVI)，MANO(Management and Orchestration)和VNFs，三者是標準架構中頂級的概念實體。

在NFV架構中，底層為具體物理設備，如服務器，存儲設備，網絡設備。

計算虛擬化即虛擬機，在一臺服務器上創建多個虛擬系統。

存儲虛擬化，即多個存儲設備虛擬化為一臺邏輯上的存儲設備。

網絡虛擬化，即網絡設備的控制平面與底層硬件分離，將設備的控制平面安裝在服務器虛擬機上。

在虛擬化的設備層面上可以安裝各種服務軟件。

NFVI（NFV Infrastructure）包含了虛擬化層（hypervisor或者容器管理系統，如Docker，以及vSwitch）以及物理資源，如COTS服務器、交換機、存儲設備等。NFVI是一種通用的虛擬化層，所有虛擬資源應該是在一個統一共享的資源池中，不應該受制或者特殊對待某些運行其上的VNF。
NFV、VNF 三個同樣的字母調換了順序，含義截然不同。NFV是一種虛擬化技術或概念，解決了將網絡功能部署在通用硬件上的問題；而VNF指的是具體的虛擬網絡功能，提供某種網絡服務，是軟件，利用NFVI提供的基礎設施部署在虛擬機、容器或者bare-metal物理機中。相對于VNF，傳統的基于硬件的網元可以稱為PNF。VNF和PNF能夠單獨或者混合組網，形成所謂的service chain，提供特定場景下所需的E2E網絡服務。
MANO（Management and Orchestration）提供了NFV的整體管理和編排，向上接入OSS/BSS，由NFVO（NFV Orchestrator）、VNFM（VNF Manager）以及VIM（Virtualised infrastructure manager）虛擬化基礎設施管理器三者共同組成。Orchestration，本意是管弦樂團，在NFV架構中，凡是帶’O’的組件都有一定的編排作用，各個VNF、PNF、及其它各類資源只有合理編排下，在正確的時間做正確的事情，整個系統才能發揮應有的作用。
VIM：NFVI被VIM管理，VIM控制著VNF的虛擬資源分配，如虛擬計算，虛擬存儲和虛擬網絡。Openstack和VMWare都可以作為VIM，前者是開源的，后者是商業的。
VNFM： 管理VNF的生命周期，如上線、下線，進行狀態監控、image onboard。VNFM基于VNFD（VNF描述）來管理VNF。
NFVO： 用以管理NS（Network Service，網絡業務）生命周期，并協調NS生命周期的管理、協調VNF生命周期的管理（需要得到VNF管理器VNFM的支持）、協調NFVI各類資源的管理（需要得到虛擬化基礎設施管理器VIM的支持），以此確保所需各類資源與連接的優化配置。onboard新的網絡業務，VNF轉發表，VNF package。 NFVO基于NSD（網絡服務描述）運行，NSD中包含Service chain，NFV以及perfomance goal等。
NFV未來的演進可能包含初級和高級兩個階段：
在初級階段，NFV將作為實施傳統業務的新方法，主要完成將傳統基于專用硬件的軟件執行環境一對一地轉化為基于通用硬件的VM上的專用虛擬化環境。
在高級階段，NFV將作為實施新業務的新方法，包括將VNF分解為微業務乃至單功能VNF后再重新組合、采用容器技術將單個VM切片成更小容器、應用可軟件編程的數據模型實現管理系統集成和自動化管理等過程。

NFV開放接口：

NFVI：提供VNF的運行環境，包括所需的硬件及軟件。硬件包括計算、網絡、存儲資源；軟件主要包括Hypervisor、網絡控制器、存儲管理器等工具，NFVI將物理資源虛擬化為虛擬資源，供VNF使用。

VNF：包括VNF和EMS，VNF網絡功能，EMS為單元管理系統，對VNF的功能進行配置和管理。一般情況下，EMS和VNF是一一對應的。

VIM：NFVI管理模塊，通常運行于對應的基礎設施站點中，主要功能包括：資源的發現、虛擬資源的管理分配、故障處理等，為VNF運行提供資源支持。
VNFM：VNF管理模塊，主要對VNF的生命周期（實例化、配置、關閉等）進行控制，一般情況下與VNF一一對應。
NFVO：NS生命周期的管理模塊，同時負責協調NS、組成NS的VNFs以及承載各VNF的虛擬資源的控制和管理。
OSS/BSS：服務提供商的管理功能，不屬于NFV框架內的功能組件，但NFVO需要提供對OSS/BSS的接口。

SDN和NFV的關系

1. NFV不依賴與SDN，但是SDN中控制和數據轉發的分離可以改善NFV網絡性能。
2. SDN也可以通過使用通用硬件作為SDN的控制器和服務交換機以虛擬化形式實現。
3. 結論：以移動網絡，NFV是網絡演進的主要架構。在一些特定場景，將引入SDN。
SDN與NFV對比：

類型	SDN	NFV
主要主張	轉發與控制分離，控制面集中，網絡可編程化	將網絡功能從原來專用的設備移到通用設備上。
	校園網，數據中心、云。	運營商網絡
	商用服務器和交換機	專用服務器和交換機
	云資源調度和網絡	路由器、防火墻、網關、CND、廣域網加速器、SLA保證等
通用協議	OpenFlow	尚沒有
	ONF（Open Networking Forun）組織	ETSI NFV工作組

• NFV是具體設備的虛擬化，將設備控制平面運行在服務器上，這樣設備是開放的兼容的。
• SDN是一種全新的網絡架構，SDN的思想是取消設備控制平面，由控制器統一計算，下發流表，SDN是全新的網絡架構。
• NFV和SDN是高度互補關系，但并不互相依賴。網絡功能可以在沒有SDN的情況下進行虛擬化和部署，然而這兩個理念和方案結合可以產生潛在的、更大的價值。
• 網絡功能虛擬化（NFV）的目標是可以不用SDN機制，僅通過當前的數據中心技術去實現。但從方法上有賴于SDN提議的控制和數據轉發平面的分離，可以增強性能、簡化與已存在設備的兼容性、基礎操作和維護流程。
• NFV可以通過提供給SDN軟件運行的基礎設施的方式來支持SDN。而且，NFV和SDN在都利用用基礎的服務器、交換機去達成目標，這一點上是很接近的。
  V（Virtualization）是虛擬化。NFV字面上理解就是網絡功能虛擬化。凡是提到虛擬化，讓人想到的是用軟件的方式實現傳統的功能。又是網絡又是軟件的，那NFV和SDN有什么區別聯系？

NFV和SDN再次理解

1.

首先，NFV和SDN彼此之間沒有必然聯系。NFV即使脫離SDN，也能實現，在傳統的網絡架構中，將PNF（Physical Network Function）替換成虛擬化的NF，再輔以傳統的NF連接方式，也能實現NFV。而SDN更是可以脫離NFV實現。

但是，另一方面，NFV和SDN如果相互結合，又可以是互補的存在。借助SDN，不僅傳統的NF連接方式都能支持，SDN還能提供更高效的NFV實現方式。畢竟SDN提供的管理層和轉發層的分離，使得網絡變得極其靈活。反過來，NFV也能夠提供SDN的運行環境，幫助SDN的實現。舉個例子，某公有云基于SDN提供了IaaS服務，某客戶希望在該公有云上搭建自己的Web Server，這個時候，客戶可以借助第三方的鏡像來部署Firewall和Load Balancer實例。在這個場景下，第三方提供的鏡像作為NFV的一部分，完善了SDN的功能。

2.

既然NF在之前就已經存在，那為什么要提出NFV？那肯定是原有的NF架構有這樣那樣的問題，這里就不展開了。簡單說就是傳統的NF架構成本高，運維困難，機會成本大（硬件設備更新換代之后，原有設備作廢），為了更好的收益，才提出的NFV。除了內因，外界的技術發展也促使NFV的發展，這包括了：

• 云計算（Cloud computing）的發展：云計算為NFV的虛擬化提供了支持。通常NFV中的單元是一個個虛機，而云計算能提供靈活的虛擬管理。尤其是云計算帶出的標準API如OpenFlow，OpenStack，OpenNaaS，和OGF的NSI，為NFV和云計算的結合提供了幫助，進而推動了NFV的發展。
• 標準服務器的發展：標準x86服務器的性能不斷提升，成本不斷降低，使得基于軟件實現NF的成本大大優于基于專有設備實現NF。

當然NFV本身也存在一些挑戰：

• 不同廠商之間的兼容問題，傳統的NF本身各個廠商都是私有接口了，而NFV如果能統一接口，將使得應用變得更加廣闊。
• 性能的下降：
• 軟件實現的東西通常都比專有設備實現的功能性能要差。因此，在一些對性能特別敏感的地方，仍然需要使用專有設備。
• 傳統NF的遷移和共存問題。
• 統一的管理和編排（Management and Orchestration）
• 安全性和彈性等等。

總之，NFV于內于外都有其催生的因素，而其本身又具有一些挑戰，這個時候就需要某個組織跳出來制定一個統一的標準，于是我們有了ETSI（European Telecommunications Standards Institute）提出的NFV參考架構。

從大的顆?？?，NFV的架構可以分為三個部分，如下圖所示：

VNF（Virtualized Network Function）

VNF運行在NFVI之上。從概念上，VNF是NF的虛擬化實現，V是Virtualized的意思。除了這點之外，還可以從三個角度來理解VNF：

從虛擬化的角度來說，VNF可以是一個VM（VirtualMachine），當然容器作為新生力量，它也可能存在，這里就不多說了。
從設備提供商（vendor）的角度來說，VNF是一個或者多個內部相連的VM和描述它們的模板。
從操作人員（operator）的角度來說，VNF是一個vendor提供的軟件包。

VNF的解構和聚合

VNF解構：將一個highlevel的VNF拆分成一些low level的VNF，這樣能夠提供更靈活的應用，更快的響應，并支持更大的規模。
VNF聚合：將一些lowlevel的VNF組合成一個整體的high level的VNF。這樣能減少管理的難度，并適當降低VNF-FG的復雜性。
由于通過虛擬化和軟件實現了NF，VNF的組合連接方式可以非常靈活，具體要取決于VNF provider的實現和Network Service Provider的描述。

NFVI（NFV Infrastructure）

NFVI包含各種物理資源和虛擬化技術。NFVI支持VNF的運行。前面說過，從虛擬化的角度來看，VNF可以是VM。NFVI支持VNF的運行，其一部分工作就是提供VNF所需的VM。既然這樣，那NFVI和Cloud有什么區別聯系？

首先，Cloud和NFV都依賴物理的計算網絡存儲資源，它們都把這些資源作為一個資源池來使用。

其次，Cloud的服務提供形式通常有IaaS，PaaS，SaaS。而NFVI需要提供IaaS的運行時環境，這樣才具備提供VM的能力。

第三，在Cloud提供的形式中，還有一個NaaS（Network as a
Service），它提供了一個動態的，按需的網絡連接服務。NFVI需要提供NaaS的動態網絡連接能力，以管理VNF之間的連接。因此Cloud中的IaaS和NaaS可以看成是NFVI所需要提供部分服務內容。

NFVI可以理解成一個定制化的Cloud，將物理資源（計算存儲網絡）抽象和虛擬化，以提供上層運行的VNF使用。NFVI的物理資源在NFVI-PoPs（NFVI Point of Presence）。在一個NFV架構中，NFVI-PoPs不局限于一個位置。例如，Service Provider2可以在Service Provider1提供的NFVI之上運行自己的VNF（SP1和SP2之間進行相應的協商），如下圖所示：

NFV MANO（Management and Orchestration）

將NF從硬件資源抽象解耦成軟件實現的VNF，必然會帶來管理上的挑戰。這包擴了，邏輯上E2E的網絡服務在NFV network中的映射；將VNF部署在合適的位置以實現期望的網絡服務；為VNF分配和擴展硬件資源；檢查VNF狀態，并恢復VNF的錯誤。其實在傳統網絡架構中，這些都是operator管理PNF的工作，現在可以通過軟件來實現，也可以說是增加了通用性，降低了維護成本。NFV MANO管理前面描述的VNF和NFVI的系統，這包括：

• NFVI中支持虛擬化的硬件和軟件
• VNF的編排和聲明周期管理

NFV MANO由幾個部分組成，每個部分完成特定的功能。另一方面，NFV MANO必須與現有的管理系統，例如OSS/BSS，硬件資源管理系統，和作為VIM的CMS等工作在一起，以幫助它們管理虛擬化的資源。這塊在下個部分再說明。

NFV Reference Architectural Framework

在前面的基礎上，再進一步詳細描述ETSI給出的NFV架構。

先看組成部分：

• ***VNF：前面已經描述過了，這里就不再敘述。
• ***EM（Element Management）：對一個多著多個VNF進行管理。注意NFVI只是提供VNF的運行環境，對VNF的管理還需要EM參與。
• ***VNF Manager(s)：作為NFV MANO的一部分，負責VNF的生命周期管理。VNF Manager可以存在多個。
• ***NFVI：前面已經描述過。
• ***VIM（Virtualized Infrastructure Manager）: 作為NFV MANO的一部分，管理支持虛擬化的硬件軟件資源。包括權限管理，增加/回收VNF的資源，分析NFVI的故障，收集NFVI的信息等。VIM可以存在多個。
• ***NFV Orchestrator： 作為NFV MANO的一部分，管理和編排NFVI和軟件資源，在NFVI上實現Network Service。
• ***OSS/BSS（Operation Support Systems and Business Support Systems）: Operator原有的管理系統。
• ***Service，VNF and Infrastructure Description：為NFV MANO提供數據存儲管理的功能，數據包括VNF deployment template，VNF-FG，service-related information和NFVI數據模型。

再來看看各個組成部分的連接關系。

• ***Virtualization Layer – Hardware Resources (Vi-Ha)： 連接 virtualization 層和硬件資源。為VNF創造一個不依賴于硬件資源的運行環境。
• ***VNF – NFV Infrastructure (Vn-Nf) ： 指的是由NFVI提供的供VNF運行的環境。
• ***NFV Orchestrator – VNF Manager (Or-Vnfm) ：將配置信息發給VNF manager，進一步由VNF manager控制VNF，使得VNF在VNF-FG中工作。同時收集VNF的信息，以供Network Service聲明周期管理。
• ***Virtualized Infrastructure Manager – VNF Manager (Vi-Vnfm) ：由于VNF Manager肩負著VNF的聲明周期管理，這個連接是VNF Manager控制VNF資源的接口。同時也收集虛擬化資源配置和狀態信息，供VNF使用。
• ***NFV Orchestrator -Virtualised Infrastructure Manager (Or-Vi) ：NFV MANO不是簡單的分層的關系，Orchestrator可以直接連接到VIM。這個連接也是資源的分配和保留，收集虛擬化資源的配置和狀態信息。
• ***NFVI – Virtualised Infrastructure Manager (Nf-Vi) ：具體的虛擬資源分配，同時收集NFVI的虛擬化資源的配置和狀態信息。
• ***OSS/BSS – NFV Management and Orchestration (Os-Ma) ： OSS/BSS的接入點。
• ***VNF/EM – VNF Manager (Ve-Vnfm) ： VNF Manager 管理VNF的接口，包括了VNF的生命周期管理，配置管理，收集VNF的狀態信息，以供Network Service生命周期管理使用。

最后

最后再來看什么是NFV？NFV是一個技術方向，是將虛擬化技術應用到傳統網絡，是對傳統網絡的革新。它的應用主要是電信領域。ETSI NFV ISG與2014年9月成立了OPNFV（Open Platform of Network Function Visualization）開源社區。OPNFV是一個Linux基金會托管項目，提供了一個集成的開源參考平臺。OPNFV的出現為NFV產業提供了一個公共的平臺，聚集了NFV領域的主要參與方，包括運營商，CT廠商，IT廠商等，基于OpenStack、OpenDaylight、ONOS、KVM 等開源組件進行集成。

總結

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