NFV: 傳統(tǒng)運(yùn)維之殤

　　一直想形象的說明什么是NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)，直到發(fā)現(xiàn)了這張圖...

　　短短20年，我們曾經(jīng)熟悉的計(jì)算器、相機(jī)、手表和游戲機(jī)等專用電子設(shè)備已經(jīng)從我們生活中消失，被智能手機(jī)取代。

　　那些計(jì)算器、老式相機(jī)和游戲機(jī)，是硬件和軟件封閉于一體的專用設(shè)備，它們終被智能手機(jī)上的APP代替，這些APP共享運(yùn)行于智能手機(jī)的屏幕、處理能力和存儲空間。

　　一機(jī)在手，收走就走。我們可以在手機(jī)上快速安裝和切換各種不同的APP。同時(shí)，每天都有各種APP發(fā)布和升級，推陳出新，應(yīng)接不暇，迭代與創(chuàng)新節(jié)奏根本停不下來。

　　NFV時(shí)代的通信網(wǎng)絡(luò)，何嘗不是如此?

　　什么是NFV?

　　過去，為了滿足網(wǎng)絡(luò)的高可靠性和高性能，網(wǎng)絡(luò)功能軟件運(yùn)行于專用硬件之上。通信硬件設(shè)備無非包含了計(jì)算、存儲和交換等硬件資源，這些硬件資源和網(wǎng)絡(luò)功能軟件綁定在一起，如同一個(gè)封閉的盒子，各種盒子之間的資源是無法通用的。

　　所謂虛擬化技術(shù)，就是將這些計(jì)算、存儲和交換等硬件資源從封閉的盒子里解耦出來，用通用硬件代替，并組成一個(gè)巨大的硬件資源池。網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)現(xiàn)不再綁定于單一專用硬件資源，而是在這個(gè)通用的硬件資源池上創(chuàng)建虛擬機(jī)，用軟件部署的方式來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能。

　　這就好比共享智能手機(jī)上的屏幕、處理和存儲資源，來創(chuàng)建不同的APP，代替那些老式的計(jì)算器、相機(jī)和游戲機(jī)。

　　用一張圖來說明...

　　VM：虛擬機(jī)(Virtual Machine)指通過軟件模擬的具有完整硬件系統(tǒng)功能的、運(yùn)行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。

　　Hypervisor：創(chuàng)建和運(yùn)行虛擬機(jī)的管理程序

　　為什么要虛擬化?

　　隨著信息社會的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò)就是如水電氣一樣的社會基礎(chǔ)設(shè)施，但是通信網(wǎng)絡(luò)比水電氣要求更高，它必須保持“一直連接”和“隨時(shí)可用”?？墒?，目前的網(wǎng)絡(luò)還做不到...

　　1)當(dāng)發(fā)生自然災(zāi)害或大型集會時(shí)，大量用戶同時(shí)接入使系統(tǒng)容量過載，不但影響用戶體驗(yàn)，甚至還會引起系統(tǒng)宕機(jī)，導(dǎo)致大面積通信故障。為此，運(yùn)營商通常不得不限制用戶接入。

　　2)網(wǎng)絡(luò)故障。對做通信維護(hù)的兄弟來說，可謂感之深，痛之切。一塊板卡壞了，導(dǎo)致大片區(qū)域通信中斷，無論刮風(fēng)下雨、風(fēng)吹日曬，維護(hù)人員都得搶在第一時(shí)間更換硬件恢復(fù)通信。但是，無論我們的速度多么快，網(wǎng)絡(luò)中斷總是會有的。

　　更悲催的是，沒有備件!

　　3)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容升級麻煩。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要擴(kuò)容時(shí)，我們首先要規(guī)劃，向設(shè)備商購買設(shè)備，然后再請工程隊(duì)來安裝，可以說，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容升級也是一個(gè)比較麻煩和漫長的過程。

　　4)專用設(shè)備和維護(hù)費(fèi)用昂貴。專用設(shè)備價(jià)格相對高昂，同時(shí)，為了維持網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定，運(yùn)營商得養(yǎng)大批維護(hù)隊(duì)伍，盡管年年打折，但隨著網(wǎng)絡(luò)越來越龐大，維護(hù)成本依然居高不下。簡而言之，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)CAPEX和OPEX都很高。

　　NFV走了過來...

　　NFV有何優(yōu)點(diǎn)?對傳統(tǒng)運(yùn)維有何顛覆性的改變?

　　我們從NFV的三個(gè)專業(yè)俗語說起：scaling(彈性伸縮)、healing(自愈)和instantiation(實(shí)例化)。

　　1)scaling(彈性伸縮)

　　過去，當(dāng)容量過載時(shí)，我們只能簡單粗暴的限制用戶接入。有了scaling，當(dāng)系統(tǒng)容量過載時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)“網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容”，將網(wǎng)絡(luò)功能軟件自動(dòng)安裝于通用硬件資源池之上，全過程實(shí)現(xiàn)在線安裝，無需中斷服務(wù)。

　　具體的講，Scaling就是網(wǎng)絡(luò)根據(jù)系統(tǒng)負(fù)荷狀態(tài)增加或刪除虛擬機(jī)(VM)或網(wǎng)絡(luò)功能軟件。當(dāng)系統(tǒng)超負(fù)荷時(shí)，就在通用硬件資源上添加虛擬機(jī)(VM)，稱為scale-out(擴(kuò)容);當(dāng)系統(tǒng)負(fù)荷較輕，就刪除虛擬機(jī)(VM)，稱為scale-in(縮容)。

　　Scaling分為自動(dòng)Scaling和人工Scaling，人工Scaling由維護(hù)人員來判斷是否需要擴(kuò)縮容，通常發(fā)生在自動(dòng)Scaling難于執(zhí)行的情況下。在NFV早期，自動(dòng)Scaling和人工Scaling將并存。未來，NFV的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)全部自動(dòng)Scaling。

　　自動(dòng)Scaling過程如下圖所示：

　　2)healing(治愈)

　　NFV將軟件功能和傳統(tǒng)專用硬件分離，且采用通用的硬件，當(dāng)硬件出現(xiàn)故障時(shí)，軟件會自動(dòng)轉(zhuǎn)移到備份的硬件之上。網(wǎng)絡(luò)不再有服務(wù)中斷，真正實(shí)現(xiàn)高可靠的網(wǎng)絡(luò)。

　　具體的講，硬件故障時(shí)，VM轉(zhuǎn)移到備用硬件上，也就是將軟件重新灌于通用硬件上，維持服務(wù)的連續(xù)性。當(dāng)VM出現(xiàn)故障時(shí)，重建VM即可。

　　和Scaling一樣，Healing也分為自動(dòng)Healing和人工Healing，網(wǎng)絡(luò)最終將實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)Healing。

　　全自動(dòng)Healing過程如下圖所示：

　　3)instantiation(實(shí)例化)

　　所謂實(shí)例化，意味著可以預(yù)先準(zhǔn)備網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。我們可以在通用硬件上準(zhǔn)備好虛擬機(jī)，并將網(wǎng)絡(luò)功能軟件部署于虛擬機(jī)之上。一旦網(wǎng)絡(luò)需要調(diào)動(dòng)資源，網(wǎng)絡(luò)功能軟件就可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)資源使用狀態(tài)實(shí)時(shí)啟動(dòng)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)自愈、自動(dòng)Scaling和新業(yè)務(wù)部署等功能。

　　實(shí)例化縮短了網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)間，可保證業(yè)務(wù)快速上線、調(diào)整或下線。

　　傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的升級/擴(kuò)容通常包括規(guī)劃、安裝、調(diào)測和測試等幾個(gè)步驟，是一個(gè)相對漫長的過程...

　　而引入NFV之后，網(wǎng)絡(luò)敏捷性大為提升，一個(gè)電信設(shè)備的部署周期可能從幾個(gè)月縮短為幾個(gè)小時(shí)，擴(kuò)容周期從幾周擴(kuò)展到幾分鐘，電信網(wǎng)絡(luò)新業(yè)務(wù)部署周期從數(shù)月級縮短到數(shù)周級...

　　NFV帶來的新問題

　　NFV在通用硬件上創(chuàng)建和遷移虛擬機(jī)，這需要網(wǎng)絡(luò)可實(shí)時(shí)追蹤虛擬機(jī)的創(chuàng)建和遷移。具體的講，當(dāng)虛擬機(jī)創(chuàng)建時(shí)，必須建立網(wǎng)絡(luò)路由，這樣虛擬機(jī)才能通信。同樣，當(dāng)虛擬機(jī)遷移到其它硬件上時(shí)，會攜帶IP地址和MAC地址，刪除老路由，創(chuàng)建新路由，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)路由切換。這就需要引入另一項(xiàng)技術(shù)——SDN來實(shí)現(xiàn)。

　　總之，NFV不僅是對傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的顛覆，也是對傳統(tǒng)設(shè)備商的一次沖擊，更是對傳統(tǒng)運(yùn)維模式的一種顛覆式改變。維護(hù)與研發(fā)合并，軟件和云正在吞噬傳統(tǒng)通信，傳統(tǒng)運(yùn)維正在慢慢被邊緣化...