Võrgufunktsioonide virtualiseerimine: süvaülevaade virtuaalsetest seadmetest

Võrgufunktsioonide virtualiseerimine (NFV) muudab telekommunikatsiooni- ja võrgundustööstust revolutsiooniliselt, eraldades võrgufunktsioonid spetsiaalsest riistvarast ja käitades neid tarkvarana standardsel virtualiseeritud infrastruktuuril. See muutus toob kaasa paindlikkuse, skaleeritavuse ja kulude kokkuhoiu, võimaldades teenusepakkujatel ja ettevõtetel võrguteenuseid tõhusamalt kasutusele võtta ja hallata. NFV südames on virtuaalsete seadmete kontseptsioon, mida tuntakse ka kui virtualiseeritud võrgufunktsioone (VNF).

Mis on virtuaalsed seadmed (VNF-id)?

Virtuaalne seade on NFV kontekstis võrgufunktsiooni tarkvaraline teostus, mis traditsiooniliselt töötas spetsiaalsel riistvaral. Need funktsioonid on nüüd pakendatud virtuaalmasinateks (VM) või konteineriteks, mis võimaldab neid paigaldada standardsetele serveritele ja hallata virtualiseerimistehnoloogiate abil. VNF-ide näideteks on tulemüürid, koormusjaoturid, ruuterid, sissetungituvastussüsteemid (IDS), sessioonipiirikontrollerid (SBC) ja paljud teised. Mõelge sellele kui spetsiaalse riistvarakarbi võtmisest ja selle funktsiooni muutmisest tarkvaraks, mida saab serveris käitada.

Virtuaalsete seadmete põhiomadused:

• Tarkvarapõhine: VNF-id on puhtalt tarkvaralised teostused, mis välistavad vajaduse spetsiaalse riistvara järele.
• Virtualiseeritud: Need töötavad virtuaalmasinates või konteinerites, tagades isoleerituse ja ressursside haldamise.
• Standardne infrastruktuur: VNF-id paigaldatakse standardsetele serveritele, kasutades olemasolevat andmekeskuse infrastruktuuri.
• Skaleeritav: Ressursse saab VNF-idele dünaamiliselt eraldada vastavalt nõudlusele, tagades optimaalse jõudluse.
• Paindlik: VNF-e saab kiiresti kasutusele võtta, uuendada ja kasutusest eemaldada, võimaldades kiiremat teenuste innovatsiooni.

NFV arhitektuur virtuaalsete seadmetega

NFV arhitektuur, nagu selle on määratlenud Euroopa Telekommunikatsiooni Standardite Instituut (ETSI), pakub raamistikku VNF-ide kasutuselevõtuks ja haldamiseks. See koosneb kolmest põhikomponendist:

• Virtualiseeritud infrastruktuur (NFVI): See on NFV arhitektuuri alus, mis pakub VNF-ide käitamiseks vajalikke arvutus-, salvestus- ja võrguressursse. See hõlmab tavaliselt standardseid servereid, salvestusmassiive ja võrgulüliteid. NFVI tehnoloogiate näideteks on VMware vSphere, OpenStack ja Kubernetes.
• Virtualiseeritud võrgufunktsioonid (VNF-id): Need on virtuaalsed seadmed ise, mis esindavad võrgufunktsioonide tarkvaralisi teostusi. Need paigaldatakse ja neid hallatakse NFVI-l.
• NFV haldus ja orkestreerimine (MANO): See komponent pakub tööriistu ja protsesse VNF-ide ja NFVI haldamiseks ning orkestreerimiseks. See hõlmab funktsioone nagu VNF-i kasutuselevõtt, skaleerimine, jälgimine ja parandamine. MANO lahenduste näideteks on ONAP (Open Network Automation Platform) ja ETSI NFV MANO.

Näide: Kujutage ette, et telekommunikatsiooniteenuse pakkuja toob turule uue teenuse, näiteks virtualiseeritud kliendiseadmete (vCPE) pakkumise väikeettevõtetele. Kasutades NFV-d, saavad nad oma andmekeskuses asuvatele standardsetele serveritele paigaldada rea VNF-e, sealhulgas virtuaalse ruuteri, tulemüüri ja VPN-lüüsi. MANO süsteem automatiseerib nende VNF-ide kasutuselevõtu ja konfigureerimise, võimaldades pakkujal uut teenust oma klientidele kiiresti ja lihtsalt pakkuda. See väldib vajadust saata ja paigaldada füüsilisi CPE-seadmeid igasse kliendi asukohta.

Virtuaalsete seadmete kasutamise eelised NFV-s

Virtuaalsete seadmete kasutuselevõtt NFV-s pakub teenusepakkujatele ja ettevõtetele mitmeid eeliseid:

• Vähendatud kulud: Kaotades vajaduse spetsiaalsete riistvaraseadmete järele, vähendab NFV kapitalikulusid (CAPEX) ja tegevuskulusid (OPEX). Standardsed serverid on tavaliselt odavamad kui spetsiaalne riistvara ning virtualiseerimistehnoloogiad võimaldavad paremat ressursside kasutamist. Vähendatud energiatarbimine ja jahutuskulud aitavad säästudele veelgi kaasa.
• Suurenenud paindlikkus ja skaleeritavus: VNF-e saab vastavalt vajadusele kasutusele võtta ja skaleerida, mis võimaldab kiiremat teenuste innovatsiooni ja reageerimisvõimet muutuvatele ärivajadustele. Teenusepakkujad saavad kiiresti turule tuua uusi teenuseid ja kohaneda muutuva liiklusega.
• Parem ressursside kasutamine: Virtualiseerimistehnoloogiad võimaldavad arvutusressursse paremini kasutada. VNF-id saavad ressursse jagada, vähendades ülevarustamise vajadust.
• Lihtsustatud haldus: NFV MANO süsteemid pakuvad VNF-ide ja aluseks oleva infrastruktuuri tsentraliseeritud haldamist, lihtsustades võrgutoiminguid. Automatiseeritud kasutuselevõtu, skaleerimise ja parandamise võimekused vähendavad käsitsi sekkumist ja parandavad tõhusust.
• Suurem paindlikkus ja valikuvõimalus: NFV võimaldab teenusepakkujatel valida erinevate tootjate parimaid VNF-e, vältides tarnijast sõltuvusse jäämist. Avatud standardid ja koostalitlusvõime edendavad innovatsiooni ja konkurentsi.
• Kiirem turuletoomise aeg: Võimalus VNF-e kiiresti kasutusele võtta ja konfigureerida võimaldab uute teenuste kiiremat turuletoomist. Teenusepakkujad saavad turu nõudmistele kiiremini reageerida ja saavutada konkurentsieelise.
• Täiustatud turvalisus: VNF-id võivad sisaldada turvaelemente, nagu tulemüürid, sissetungituvastussüsteemid ja VPN-lüüsid, pakkudes igakülgset võrgukaitset. Virtualiseerimistehnoloogiad pakuvad ka isoleerimis- ja piiramisvõimalusi, vähendades turvarikkumiste ohtu.

Virtuaalsete seadmete rakendusmudelid

NFV-s on virtuaalsete seadmete jaoks mitu rakendusmudelit, millest igaühel on oma eelised ja puudused:

• Tsentraliseeritud rakendamine: VNF-id paigaldatakse kesksesse andmekeskusesse ja kasutajad pääsevad neile kaugjuurdepääsu kaudu ligi. See mudel pakub mastaabisäästu ja lihtsustatud haldamist, kuid võib tekitada latentsusprobleeme kasutajatele, kes asuvad andmekeskusest kaugel.
• Hajutatud rakendamine: VNF-id paigaldatakse võrgu servale, kasutajatele lähemale. See mudel vähendab latentsust ja parandab kasutajakogemust, kuid nõuab rohkem hajutatud infrastruktuuri ja haldamist.
• Hübriidrakendamine: Kombinatsioon tsentraliseeritud ja hajutatud rakendamisest, kus mõned VNF-id paigaldatakse kesksesse andmekeskusesse ja teised võrgu servale. See mudel võimaldab optimeerida jõudlust ja kulusid vastavalt iga teenuse spetsiifilistele nõuetele.

Ülemaailmne näide: Rahvusvaheline korporatsioon, millel on kontorid üle maailma, võib kasutada hübriidrakenduse mudelit. Tuumikvõrgu funktsioone, nagu tsentraliseeritud autentimine ja autoriseerimine, võidakse majutada Euroopas asuvas peamises andmekeskuses. Servapõhiseid VNF-e, nagu kohalikud tulemüürid ja sisu vahemälud, võidakse paigaldada piirkondlikesse kontoritesse Põhja-Ameerikas, Aasias ja Aafrikas, et parandada kohalike kasutajate jõudlust ja turvalisust.

Virtuaalsete seadmete rakendamise väljakutsed

Kuigi NFV pakub märkimisväärseid eeliseid, kaasneb virtuaalsete seadmete rakendamisega ka mitmeid väljakutseid:

• Jõudlus: VNF-id ei pruugi alati saavutada sama jõudlust kui spetsiaalsed riistvaraseadmed, eriti suure läbilaskevõimega rakenduste puhul. VNF-i jõudluse optimeerimine nõuab hoolikat disaini, ressursside jaotamist ja häälestamist.
• Keerukus: Virtualiseeritud võrguinfrastruktuuri haldamine võib olla keeruline, nõudes erioskusi ja -tööriistu. NFV MANO süsteemid võivad aidata haldamist lihtsustada, kuid nõuavad hoolikat planeerimist ja konfigureerimist.
• Turvalisus: VNF-ide ja aluseks oleva infrastruktuuri turvalisuse tagamine on kriitilise tähtsusega. Virtualiseerimistehnoloogiad toovad kaasa uusi turvakaalutlusi, millega tuleb tegeleda.
• Koostalitlusvõime: Erinevate tootjate VNF-ide vahelise koostalitlusvõime tagamine võib olla keeruline. Avatud standardid ja koostalitlusvõime testimine on hädavajalikud.
• Oskuste nappus: NFV rakendamine ja haldamine nõuab kvalifitseeritud tööjõudu, kellel on teadmised virtualiseerimisest, võrgundusest ja tarkvaraarendusest. Koolitus ja haridus on oskuste nappuse kõrvaldamiseks üliolulised.
• Pärandsüsteemide integratsioon: VNF-ide integreerimine olemasoleva pärandvõrgu infrastruktuuriga võib olla keeruline. Vaja on hoolikat planeerimist ja migratsioonistrateegiaid.

Virtuaalsete seadmete rakendamise parimad tavad

Väljakutsete ületamiseks ja NFV eeliste maksimeerimiseks on oluline järgida virtuaalsete seadmete rakendamise parimaid tavasid:

• Hoolikas planeerimine: Töötage välja põhjalik NFV strateegia, mis on kooskõlas ärieesmärkide ja tehniliste nõuetega.
• Õigete VNF-ide valimine: Valige VNF-id, mis vastavad jõudluse, turvalisuse ja koostalitlusvõime nõuetele.
• Jõudluse optimeerimine: Häälestage VNF-e ja aluseks olevat infrastruktuuri optimaalse jõudluse saavutamiseks. Kaaluge riistvarakiirenduse tehnoloogiate, nagu DPDK (Data Plane Development Kit), kasutamist.
• Tugeva turvalisuse rakendamine: Rakendage tugevaid turvameetmeid VNF-ide ja aluseks oleva infrastruktuuri kaitsmiseks.
• Haldamise automatiseerimine: Kasutage NFV MANO süsteeme VNF-i kasutuselevõtu, skaleerimise ja jälgimise automatiseerimiseks.
• Jõudluse jälgimine: Jälgige pidevalt VNF-i jõudlust ja tuvastage parendusvaldkonnad.
• Personali koolitamine: Pakkuge personalile koolitust ja haridust NFV tehnoloogiate ja parimate tavade kohta.
• Põhjalik testimine: Viige enne VNF-ide tootmiskeskkonda paigaldamist läbi põhjalik testimine.

Virtuaalsete seadmete tulevikutrendid

NFV ja virtuaalsete seadmete valdkond areneb pidevalt. Mõned peamised tulevikku kujundavad trendid on järgmised:

• Pilvepõhised VNF-id: Liikumine konteineriseeritud VNF-ide suunas, mis on loodud pilvepõhistele keskkondadele, kasutades tehnoloogiaid nagu Kubernetes. See võimaldab suuremat paindlikkust, skaleeritavust ja teisaldatavust.
• Servaarvutus: VNF-ide paigaldamine võrgu servale, et toetada madala latentsusega rakendusi, nagu liitreaalsus, virtuaalreaalsus ja autonoomsed sõidukid.
• Tehisintellekt (AI) ja masinõpe (ML): AI ja ML kasutamine võrguhalduse automatiseerimiseks, VNF-i jõudluse optimeerimiseks ja turvalisuse parandamiseks.
• 5G ja edasi: NFV on 5G-võrkude peamine võimaldaja, mis lubab tuumikvõrgu funktsioonide virtualiseerimist ja uute teenuste kasutuselevõttu.
• Avatud lähtekood: Avatud lähtekoodiga NFV lahenduste, nagu ONAP ja OpenStack, suurenenud kasutuselevõtt.
• Võrgu viilutamine: Võimalus luua virtualiseeritud võrguviile, mis on kohandatud konkreetsetele rakendusnõuetele.

Ülemaailmse trendi näide: 5G-võrkude ülemaailmne levik sõltub suuresti NFV-st. Operaatorid erinevates riikides (nt Lõuna-Korea, USA, Saksamaa) kasutavad NFV-d oma 5G tuumikvõrkude virtualiseerimiseks, mis võimaldab neil pakkuda uusi teenuseid suurema paindlikkuse ja tõhususega.

Kokkuvõte

Virtuaalsed seadmed on võrgufunktsioonide virtualiseerimise põhikomponent, pakkudes märkimisväärseid eeliseid kulude kokkuhoiu, paindlikkuse ja skaleeritavuse osas. Kuigi VNF-ide rakendamine esitab väljakutseid, aitab parimate tavade järgimine ja esilekerkivate trendidega kursis olemine organisatsioonidel avada NFV kogu potentsiaali. Kuna võrgumaastik areneb jätkuvalt, mängivad virtuaalsed seadmed üha olulisemat rolli järgmise põlvkonna võrguteenuste ja -rakenduste võimaldamisel. NFV edukas rakendamine tugineb terviklikule lähenemisele, mis arvestab transformatsiooni tehnoloogilisi, organisatsioonilisi ja oskustega seotud aspekte.