□ 文 黄嘉 李艳俊
NFV与传统架构的差异解析
□ 文 黄嘉 李艳俊
1.概述
随着移动互联网业务的蓬勃发展，电信运营商传统的业务被互联网业务不断冲击。新的用户行为和业务需求，使得运营商必须在研发、运营、服务模式等全方面做出改变。随着虚拟化技术和云计算的逐渐成熟，运营商联盟提出了NFV架构（Network Function Virtualization），以解决其网络新服务导致部署复杂、能耗增加、资本投入巨大、繁杂硬件设备整合困难等问题。
NFV即网络功能虚拟化，通过软硬件解耦，使网络设备功能不再依赖于专用硬件，资源可以灵活共享，实现新业务的快速开发及部署，并基于实际的业务需求进行自动部署、故障隔离、弹性伸缩和自愈等。
NFV的主要理念是通过基于行业标准的服务器、存储和网络设备，来取代私有专用的网元设备。其优点体现在两个方面：一是标准设备成本较低，能够节省投资成本；二是开放API接口，能够获得更灵活的网络部署能力。
从传统网络架构到NFV架构的演进，使得传统网络从各方面发生了颠覆性的变化。本文将重点针对NFV与传统架构的差异，从多方面进行详细的阐述，为运营商在核心网云化时代进行网络部署给予建议。
NFV架构中的MANO部件主要分成三大块：MANO=(NFVO+VNFM+VIM)
NFVO：Network Funciton Virtualised Orchestraion，完成网络服务（业务）生命周期管理，进行整网业务编排。其提供跨数据中心的资源调度能力，提供跨厂商的业务生命周期管理能力，包括业务部署/扩容/缩容/下线等自动化能力。NFVO负责网络业务、NFV与资源的总体管理，是整个NFV架构的控制核心；
VNFM：Virtualised Network Function Manager，负责NFV资源的生命周期的管理和控制，如网元的实例化，扩容等功能。提供虚拟机部署/扩容/缩容/下线等自动化能力，主要由VNF的提供商提供；
VIM：Virtualised Infrastructure Manager，即虚拟化基础设施管理系统，主要包括对
2.NFV总体架构介绍
图1 NFV总体架构图
NFV网络架构纵向可分为三层：虚拟资源层、网元功能层和业务编排层。从横向可分为两部分：管理编排层和网元功能层。具体如下图所示：整个基础设施（硬件和虚拟资源）的管理和监控。NFVI将硬件转换成虚拟资源池，并提供虚拟机的创建和管理接口。VIM则通过这些接口来控制资源和虚拟机，并对外提供更高层的虚拟资源管理接口以及图形界面系统。
VNF-虚拟化网络功能：可以理解为虚拟化后的网元，部署在虚拟机上，基本功能及接口与非虚拟化网元保持一致。
NFVI-云操作系统：NFV的基础设施，包含存储、计算、网络等虚拟化资源，承担和外部通信的功能。NFV架构涉及的主要接口如下：
VI-HA：位于虚拟化层和硬件层之间，为NFV的创建环境，并管理NFV的硬件资源状态，虚拟化层申请硬件资源，收集相关的硬件资源状态。该接口不依赖于任何硬件平台；
VN-NF：位于VNF和NFVI之间，由NFVI向VNF提供执行环境；
VI-VNFM：位于VIM和VNFM之间，传送VNFM的资源分配请求，交互虚拟化硬件资源配置和状态信息；
NF-VI：位于NFVI和VIM之间，传送虚拟资源分配请求/应答，推送虚拟化资源状态信息，虚拟化信息资源状态，与硬件资源配置、状态信息。虚拟化资源分配；
OS-MA：位于BSS和MANO之间，用户传送网络业务生命周期管理消息，服务生命周期管理请求，VNF生命周期管理请求，推送NFV相关的状态信息，策略管理交互，数据分析交互，推送NFV相关计费和使用记录，容量和存量信息交互；
VE-VNFM：用于NFV VNF生命周期管理请求，配置信息交互，服务生命周期管理所需的状态信息交互。
3.NFV网络和传统网络的差异
3.1 网络架构的差异
传统模式组网简单而固定，传统网络架构是独立的业务网络+OSS系统组成，物理层面独立，通过框内交换网板互联，框间通过交换网板级联，物理网络和逻辑网络一致。
而NFV从纵向和横向上进行了解构：NFV架构纵向大致可分为三层：虚拟资源层、网元功能层和业务编排层。横向可分为两部分：管理编排层，相当于是右侧的“主控”单元；网元功能层，包括如CSCF/HSS/MME/PCRF等功能。
NFV网络的物理和逻辑网络相对传统模式更加复杂，增加了存储网络（访问磁阵）和管理网络（MANO使用），MANO负责对整个NFVI资源的管理和编排，负责业务网络和NFVI资源的映射和关联，负责OSS业务资源流程的实施等。同时逻辑网络通过物理网络虚拟而来，通过vSwitch和vlan技术实现网络隔离。根据组网的不同，不同的逻辑网络可能承载在同一个物理网络上。
3.2 网络设计关注点的差异
传统核心网组网通过控制面设备、媒体面设备、路由器、光纤等独立物理设备进行串联业务；传统网元的网络设计只关注外部接口的网络设计。将核心网的控制面、媒体面网元以满足网设原则的方式连接到传送网/承载网等数通设备上。
NFV架构下，不同网络功能（VNF）均可以运行在通用硬件上，使得不同VNF可以共享硬件资源。在一个硬件资源集（机柜、机框）内可以安装更多的网元APP（即CNF）。网元内和网元之间的联接复杂度更高。NFV架构下网元的网络设计不仅要关注外部接口的网络设计，更需要关注内部网络的设计
3.3 主机软件结构的差异
传统平台包含了P层和I层，P层负责业务支撑，I层负责硬件资源管理；业务所使用的资源由I层分配和管理，P层与I层之间接口不清晰，并且存在P层直接调用了硬件管理私有API接口，这样导致P层和硬件耦合严重；由于资源是由I层配置和管理，而I层资源是根据物理位置进行识别和规划，导致业务配置与物理位置信息强绑定，应用进程部署需要指定具体物理框槽位置信息；
NFV平台的主机架构，P层与I层职责分离，P层负责中间件管理，I层负责硬件管理和虚拟机管理，P层不允许调用I层私有接口；去掉框槽的概念，P层使用消息接口向I层申请、释放资源，P层及应用与具体物理位置无关，能够满足运行在不同云平台、不同硬件上；
3.4 OM架构的差异
最大的差异主要包含两点：
1、软件部署：传统模式下，把网元作为一个整体，其部署操作以及生命周期管理，均由OMU统一负责；但在NFV模式下，网元以虚拟机的形式存在，其部署和生命周期的管理，由MANO（VNFM）负责管理，并具备了自动扩容的能力。
2、硬件和软件资源的分层管理：传统模式下，OMU同时负责硬件和软件的OM管理；但在NFV模式下，基础设施层的OM维护能力分别由虚拟化软件层和硬件层提供，OMU仅负责虚拟网元层的OM维护能力管理，不再包含硬件相关的管理功能。
具体如下图所示：
3.5 产品形态的差异
传统设备平台和产品软件部署在单板之上，一组部署业务的单板形成网元对外提供业务服务；横向每个网元之间在物理资源上保证绝对独立，而垂直层硬件管理以及操作系统和硬件紧耦合；单板操作维护由硬件管理模块与I层直接交互，两者之间接口紧耦合。
在NFV平台下，硬件和产品软件部署在虚拟机之上，一组VM形成VNF提供业务服务；这些VM由NFVI提供资源，由VNFM负责创建以及生命周期管理，而虚拟机的运维，则通过OMU操作，其经VNFM最终到NFVI兑现操作。横向每个VM资源，如CPU、内存、网卡、存储由虚拟化技术进行相对隔离，垂直分层上下独立无耦合。
4.NFV网络问题处理思路
图2 NFV网络下的OM架构示意图
NFV网络分层、架构开放、集成复杂，伴随而来的是问题定界和定位更加困难，灾难恢复难度加大。NFV网络分层和软硬件的解耦，将会使故障点增加，定界定位转变为多厂家之间虚拟资源、控制面、数据流的问题分析。NFV不再是一种产品或者产品解决方案，不同于传统的产品集成，而是一种组网或者产品形态，是多产品的松耦合系统。
NFV网络产生问题时，首先按照水平业务和垂直业务进行分层，水平业务即指传统网络下通信网元之间业务流程的问题，如业务失败、链路状态异常、KPI指标异常等，与传统网元定位手段一致，通过分析水平接口之间的消息跟踪、告警、KPI、日志等进行定界定位，先分析出具体是某个或某几个网元的问题。
对于垂直界面功能的问题定位，或水平接口定位后打开发现需要垂直层面进行定位的，NFV新增网络边界主要有两个，一个是APP层与虚拟层，一个是MANO与NFVI和VNF的边界。以这两个边界为界定位分析具体是那个边界的问题，可依据I层告警、维护命令等进行初步定界定位。■
（作者单位：中国移动通信集团设计院有限公司重庆分公司）
