如何為支撐網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型搭建NFVI，推動(dòng)5G進(jìn)程

過(guò)去幾年，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型成為了行業(yè)內(nèi)一個(gè)無(wú)法回避的核心話題。一方面，現(xiàn)有業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)壓力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的形勢(shì)變化，以及5G 進(jìn)程的加快對(duì)對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提出了新的要求，使得轉(zhuǎn)型需求日益迫切；另一方面，虛擬化、云計(jì)算、SDN等新興技術(shù)的發(fā)展，也為轉(zhuǎn)型的實(shí)現(xiàn)提供了現(xiàn)實(shí)可能。

從最早被提出以來(lái)，短短數(shù)年之間，NFV已經(jīng)在眾多運(yùn)營(yíng)商和廠商的積極參與推動(dòng)下，從紙面上的概念迅速進(jìn)入到落地實(shí)施階段，并被廣泛認(rèn)為是未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)等新興業(yè)務(wù)的基本建設(shè)模式。通過(guò)將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI + VIM，下文概括稱為NFVI）、上層網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（VNF）和管理編配系統(tǒng)（MANO）進(jìn)行分層解耦，NFV為未來(lái)的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)繪制出了一幅開(kāi)放、靈活、自動(dòng)化的演進(jìn)藍(lán)圖，從理論上為運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型和業(yè)務(wù)創(chuàng)新提供了基本依據(jù)。

應(yīng)當(dāng)看到，NFV在為網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型展示了美好前景的同時(shí)，也確實(shí)引入了一些不容忽視的技術(shù)挑戰(zhàn)。具體到NFVI領(lǐng)域中，通過(guò)分析近年來(lái)海內(nèi)外運(yùn)營(yíng)商的實(shí)踐案例，則可以總結(jié)出以下幾個(gè)需要重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。

首先，基于IT化技術(shù)體系的NFVI實(shí)現(xiàn)方案能否承載電信級(jí)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

長(zhǎng)期以來(lái)，電信運(yùn)營(yíng)商一直以其先進(jìn)的電信技術(shù)體系提供著體驗(yàn)優(yōu)異、安全可靠的各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)，由此支撐起整個(gè)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)運(yùn)行，擔(dān)負(fù)起至關(guān)重要的信息化基礎(chǔ)設(shè)施職責(zé)。

而當(dāng)進(jìn)入NFV時(shí)代之后，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)遷移到以COTS硬件和開(kāi)源軟件為主體組成的NFVI之上，其性能、可靠性和安全性等能力是否還能滿足既有的業(yè)務(wù)要求？技術(shù)創(chuàng)新所引入的風(fēng)險(xiǎn)是否會(huì)影響用戶體驗(yàn)？這些問(wèn)題的答案，無(wú)疑成為了NFV能否商用的先決條件。

其次，NFVI架構(gòu)方案是否能夠支撐網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的持續(xù)演進(jìn)與創(chuàng)新。

不難想象，在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)和技術(shù)變革的雙重驅(qū)動(dòng)下，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型與創(chuàng)新，將會(huì)成為一個(gè)長(zhǎng)期持續(xù)的過(guò)程，甚至可能成為運(yùn)營(yíng)商所面臨的新常態(tài)。在這一背景下，對(duì)NFVI的各類(lèi)技術(shù)需求必將持續(xù)不斷地出現(xiàn)。換言之，業(yè)務(wù)的演進(jìn)也會(huì)驅(qū)動(dòng)著NFVI自身的不斷演進(jìn)。

因此，NFVI的規(guī)劃設(shè)計(jì)者需要正視以下這個(gè)問(wèn)題：怎樣的NFVI架構(gòu)方案才能實(shí)現(xiàn)與業(yè)務(wù)需求持續(xù)匹配的靈活演進(jìn)？例如，為4G業(yè)務(wù)建設(shè)的NFVI是否能夠平滑演進(jìn)以滿足5G業(yè)務(wù)部署的要求？這些問(wèn)題直接關(guān)系到NFVI能否真正支撐網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略目標(biāo)的落地，也關(guān)系到能否避免由于規(guī)劃因素造成的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和投資浪費(fèi)。

第三，如何正確處理NFVI的開(kāi)放性與集成交付難度之間的矛盾關(guān)系。

技術(shù)體系與系統(tǒng)架構(gòu)的開(kāi)放性對(duì)于NFVI至關(guān)重要。只有開(kāi)放的NFVI，才能有效促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和廠商生態(tài)的多元化，以便讓網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的效益最大化。

與此同時(shí)，也應(yīng)該看到，由于和NFV相關(guān)的各項(xiàng)技術(shù)規(guī)范尚且未完善，無(wú)論是NFVI北向與VNF、MANO的對(duì)接，還是NFVI內(nèi)部與COTS硬件或虛擬化軟件的集成，都還存在一些缺少標(biāo)準(zhǔn)的領(lǐng)域。這種情況極易導(dǎo)致多廠商產(chǎn)品方案的集成交付出現(xiàn)各種風(fēng)險(xiǎn)，從而阻礙NFV的商用落地。

針對(duì)上述幾個(gè)方面的問(wèn)題，運(yùn)營(yíng)商在規(guī)劃、設(shè)計(jì)與建設(shè)NFVI時(shí)，需要特別關(guān)注以下幾個(gè)技術(shù)方面。

一、對(duì)NFVI進(jìn)行合理的加固與增強(qiáng)，使其真正符合電信級(jí)業(yè)務(wù)的質(zhì)量要求。

能夠承載電信級(jí)業(yè)務(wù)的NFVI，需要在高性能、高可靠、高安全等多個(gè)方向上進(jìn)行全面深入的加固與增強(qiáng)，使自身達(dá)到電信級(jí)的技術(shù)要求。

就高性能而言，高吞吐、低延遲的虛擬網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)至關(guān)重要。高性能的虛擬交換機(jī)一方面關(guān)系到NFVI的轉(zhuǎn)發(fā)能力是否滿足vEPC、vBRAS等已有業(yè)務(wù)的商用要求，另一方面也是影響5G、視頻等新類(lèi)型業(yè)務(wù)在NFVI平臺(tái)上商用體驗(yàn)的關(guān)鍵。同時(shí)，性能的提升也意味著相同業(yè)務(wù)規(guī)模下成本的下降，有著明確的商業(yè)價(jià)值。

由于摩爾定律自身逐漸走向終結(jié)，依靠通用處理器的性能提升來(lái)持續(xù)大幅提高轉(zhuǎn)發(fā)性能的思路已經(jīng)不可持續(xù)。而與此同時(shí)，基于SR-IoV的硬件虛擬化技術(shù)提供了另外一種解決問(wèn)題的替代選擇。長(zhǎng)遠(yuǎn)看來(lái)，基于軟件虛擬化與硬件虛擬化的不同網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，會(huì)在NFV領(lǐng)域中長(zhǎng)期并存，分別在不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景下發(fā)揮重要作用。

就高可靠而言，關(guān)鍵在于對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行全景式、多層次、多領(lǐng)域的詳細(xì)分析與加固，確保系統(tǒng)中不存在單點(diǎn)故障點(diǎn)，并能夠在各種故障場(chǎng)景下保障上層業(yè)務(wù)達(dá)成5個(gè)9的電信級(jí)高可用性。

為達(dá)到這一目的，需要對(duì)NFVI方案內(nèi)部的數(shù)據(jù)面、控制面、管理面、運(yùn)維面的各個(gè)組件進(jìn)行合理加固，綜合使用秒級(jí)故障告警、控制組件故障自動(dòng)恢復(fù)、虛擬機(jī)故障自動(dòng)恢復(fù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)自動(dòng)備份、數(shù)據(jù)中心級(jí)本/異地容災(zāi)等多種技術(shù)手段，全面保障系統(tǒng)可靠性。

安全是NFV領(lǐng)域中日益受到關(guān)注的一個(gè)新課題。從封閉的、一體化集成的傳統(tǒng)電信設(shè)備，走向開(kāi)放化、分層解耦的NFV系統(tǒng)，業(yè)務(wù)安全性的保障確實(shí)需要更多的關(guān)注。除計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)等虛擬化技術(shù)支持的租戶級(jí)安全隔離能力之外，還需要從物理基礎(chǔ)設(shè)施安全、系統(tǒng)軟件安全、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)安全管理等多個(gè)視角對(duì)NFVI的安全性進(jìn)行審視與加固。

除此之外，易運(yùn)維性也是NFVI在商用過(guò)程中面對(duì)的關(guān)鍵問(wèn)題。針對(duì)由IT化技術(shù)體系構(gòu)建起來(lái)的NFVI，其運(yùn)維工作自然也包含了IT系統(tǒng)運(yùn)維領(lǐng)域中的方方面面，安裝部署、升級(jí)補(bǔ)丁、變更擴(kuò)容、監(jiān)控告警、故障管理等均是運(yùn)維團(tuán)隊(duì)不可忽視的實(shí)際任務(wù)。這也給NFVI的運(yùn)維系統(tǒng)提出了很高的技術(shù)要求。舉例而言，當(dāng)NFVI計(jì)算節(jié)點(diǎn)物理主機(jī)上的Linux操作系統(tǒng)需要進(jìn)行升級(jí)時(shí)，如何實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)不中斷前提下的全集群自動(dòng)化升級(jí)就是一個(gè)頗有難度的挑戰(zhàn)。如果這些問(wèn)題解決不好，則直接影響NFVI的可商用性。為此，則需要在NFVI解決方案的生命周期管理系統(tǒng)中，引入強(qiáng)大的自動(dòng)化升級(jí)流程管理系統(tǒng)，以便能夠以程序化、自動(dòng)化的方式協(xié)調(diào)業(yè)務(wù)遷移和節(jié)點(diǎn)升級(jí)操作之間的次序關(guān)系，在加速升級(jí)過(guò)程、降低升級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，減輕運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的升級(jí)工作壓力。

綜上，性能、可靠性、安全性、可運(yùn)維性這四個(gè)方面，均需要在設(shè)計(jì)NFVI的過(guò)程中予以高度重視。

二、為了能夠有效支撐運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)的持續(xù)演進(jìn)，NFV必將走向NFC（Network Function Cloudification），所以NFVI的設(shè)計(jì)需要充分的靈活性。

可以預(yù)期，運(yùn)營(yíng)商未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)，必將從以電信機(jī)房為基礎(chǔ)的組網(wǎng)建設(shè)模式，轉(zhuǎn)向以分布式多級(jí)多數(shù)據(jù)中心為基礎(chǔ)的組網(wǎng)建設(shè)模式。不同規(guī)模與級(jí)別的數(shù)據(jù)中心，分布在不同的地理位置，并提供不同類(lèi)型的云化資源池和不同級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)接入延遲，以支持不同類(lèi)型業(yè)務(wù)的分布式部署和廣地域覆蓋。在此基礎(chǔ)上，由于未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)于毫秒級(jí)超低延遲業(yè)務(wù)的支持訴求，NFVI需要考慮在網(wǎng)絡(luò)的邊緣支持大量的、小規(guī)模的邊緣站點(diǎn)。因此，支持上述多級(jí)多中心和邊緣站點(diǎn)共同組網(wǎng)、集中化管理，就成為了NFVI的關(guān)鍵能力。

同時(shí)，多元化的業(yè)務(wù)對(duì)于NFVI也會(huì)提出多元化的資源類(lèi)型訴求。因此，在NFVI方案的架構(gòu)中，需要充分考慮對(duì)不同類(lèi)型的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源進(jìn)行異構(gòu)接入的可能性。例如，在計(jì)算領(lǐng)域，既需要提供虛擬機(jī)作為基礎(chǔ)計(jì)算資源，也需要考慮為部分特殊的高性能業(yè)務(wù)直接提供裸機(jī)資源；既需要能夠支持通用的x86處理器，也需要考慮面向一些計(jì)算密集型業(yè)務(wù)提供FPGA等高性能異構(gòu)計(jì)算資源。

在此基礎(chǔ)上，NFVI也應(yīng)當(dāng)具備與上層的容器集群管理平臺(tái)進(jìn)行集成，支撐容器化業(yè)務(wù)的能力，例如支持敏捷的5G核心網(wǎng)業(yè)務(wù)。但NFVI本身與容器管理平臺(tái)、乃至于PaaS層，仍應(yīng)當(dāng)保持解耦，以避免NFVI自身架構(gòu)過(guò)于臃腫，影響其自身的可演進(jìn)性和部署使用的靈活性。

三、需要考慮NFVI廠商的開(kāi)放性，共同促進(jìn)NFV領(lǐng)域的生態(tài)形成，同時(shí)考慮廠商端到端解決方案的交付能力。

面對(duì)系統(tǒng)開(kāi)放性與集成交付風(fēng)險(xiǎn)之間的矛盾，運(yùn)營(yíng)商可以考慮與NFVI業(yè)界一流廠商密切合作，共同推動(dòng)主流商用場(chǎng)景下，各廠商VNF、MANO等組件與主流NFVI方案之間的商用對(duì)接驗(yàn)證，并形成相關(guān)技術(shù)規(guī)范。同時(shí)考慮廠商端到端解決方案的交付能力，以保證快速交付和后續(xù)的服務(wù)。

綜上所述，NFVI在進(jìn)入生產(chǎn)部署的過(guò)程當(dāng)中，確實(shí)還存在一些需要重點(diǎn)關(guān)注的技術(shù)挑戰(zhàn)。但是，華為在全球各地實(shí)際參與的眾多實(shí)踐案例表明，遵循ETSI定義的NFVI標(biāo)準(zhǔn)參考架構(gòu)，基于現(xiàn)有的技術(shù)能力與實(shí)踐積累，選定演進(jìn)路徑，端到端的考慮解決方案設(shè)計(jì)實(shí)施，則這些挑戰(zhàn)都是可以被有效解決的。隨著虛擬化、云計(jì)算、SDN等多種技術(shù)的進(jìn)步，NFV必然會(huì)趨向成熟，并逐步演進(jìn)至NFC（Network Function Cloudification），以支撐原生云化（cloud-native）的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。云化的NFVI必將成為運(yùn)營(yíng)商未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施，并為運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)的演進(jìn)與創(chuàng)新帶來(lái)無(wú)限可能。

作者：章宇

華為技術(shù)有限公司 IT產(chǎn)品線NFVI解決方案首席架構(gòu)師

2002年及2007年先后于清華大學(xué)電子工程系獲得學(xué)士及博士學(xué)位。

章宇博士曾任華為FusionSphere OpenStack產(chǎn)品架構(gòu)師。

在加入華為之前，章宇博士曾于IBM中國(guó)研究院擔(dān)任高級(jí)研究員。