Tinklo funkcijos virtualizacija: išsamus įsigilinimas į virtualiuosius įrenginius

Tinklo funkcijų virtualizacija (NFV) keičia telekomunikacijų ir tinklų pramonę, atskirdama tinklo funkcijas nuo specializuotos techninės įrangos įrenginių ir paleisdama jas kaip programinę įrangą standartinėje, virtualizuotoje infrastruktūroje. Šis poslinkis suteikia lankstumo, mastelio keitimo galimybių ir išlaidų taupymo, leidžiančių paslaugų teikėjams ir įmonėms efektyviau diegti ir valdyti tinklo paslaugas. NFV pagrindas yra virtualiųjų įrenginių, taip pat žinomų kaip virtualizuotos tinklo funkcijos (VNF), koncepcija.

Kas yra virtualieji įrenginiai (VNF)?

Virtualusis įrenginys, NFV kontekste, yra programinė tinklo funkcijos įgyvendinimo versija, kuri tradiciškai veikė specializuotoje techninėje įrangoje. Šios funkcijos dabar yra supakuotos kaip virtualios mašinos (VM) arba konteineriai, leidžiantys jas diegti standartiniuose serveriuose ir valdyti naudojant virtualizacijos technologijas. VNF pavyzdžiai yra ugniasienės, apkrovos balansatoriai, maršrutizatoriai, įsilaužimo aptikimo sistemos (IDS), sesijos ribų valdikliai (SBC) ir daug daugiau. Pamąstykite apie tai kaip apie specializuotos techninės įrangos dėžės pavertimą jos funkcija į programinę įrangą, kuri gali veikti serveryje.

Pagrindinės virtualiųjų įrenginių charakteristikos:

• Programinė įranga: VNF yra grynai programinės įrangos įgyvendinimai, kurie panaikina specializuotos techninės įrangos poreikį.
• Virtualizuoti: Jie veikia virtualiose mašinose arba konteineriuose, užtikrindami izoliaciją ir išteklių valdymą.
• Standartinė infrastruktūra: VNF diegiami standartiniuose serveriuose, išnaudojant esamą duomenų centro infrastruktūrą.
• Keičiamo masto: Ištekliai gali būti dinamiškai priskirti VNF pagal poreikį, užtikrinant optimalų našumą.
• Lankstūs: VNF gali būti greitai diegiami, atnaujinami ir išmontuojami, užtikrinant greitesnes paslaugų naujoves.

NFV architektūra su virtualiaisiais įrenginiais

NFV architektūra, kaip apibrėžė Europos telekomunikacijų standartų institutas (ETSI), suteikia sistemą VNF diegimui ir valdymui. Ją sudaro trys pagrindiniai komponentai:

• Virtualizuota infrastruktūra (NFVI): Tai yra NFV architektūros pagrindas, suteikiantis skaičiavimo, saugojimo ir tinklo išteklius, reikalingus VNF veikimui. Paprastai tai apima standartinius serverius, saugojimo masyvus ir tinklo jungiklius. NFVI technologijų pavyzdžiai yra VMware vSphere, OpenStack ir Kubernetes.
• Virtualios tinklo funkcijos (VNF): Tai yra patys virtualieji įrenginiai, atstovaujantys programinei tinklo funkcijų įgyvendinimo versijai. Jie diegiami ir valdomi NFVI.
• NFV valdymas ir orkestravimas (MANO): Šis komponentas suteikia įrankius ir procesus VNF ir NFVI valdymui ir orkestravimui. Tai apima tokias funkcijas kaip VNF diegimas, mastelio keitimas, stebėjimas ir atkūrimas. MANO sprendimų pavyzdžiai yra ONAP (Atvirojo tinklo automatizavimo platforma) ir ETSI NFV MANO.

Pavyzdys: Įsivaizduokite, kad telekomunikacijų paslaugų teikėjas paleidžia naują paslaugą, pvz., virtualizuotos kliento patalpų įrangos (vCPE) pasiūlymą smulkiajam verslui. Naudodami NFV, jie gali įdiegti VNF rinkinį, įskaitant virtualųjį maršrutizatorių, ugniasienę ir VPN šliuzą, standartiniuose serveriuose, esančiuose jų duomenų centre. MANO sistema automatizuoja šių VNF diegimą ir konfigūraciją, leisdama paslaugų teikėjui greitai ir lengvai teikti naują paslaugą savo klientams. Tai leidžia išvengti fizinių CPE įrenginių siuntimo ir įdiegimo kiekvieno kliento buvimo vietoje.

Virtualiųjų įrenginių naudojimo NFV pranašumai

Virtualiųjų įrenginių įdiegimas NFV paslaugų teikėjams ir įmonėms suteikia daugybę pranašumų:

• Sumažintos sąnaudos: Panaikindama specializuotos techninės įrangos įrenginių poreikį, NFV sumažina kapitalo išlaidas (CAPEX) ir veiklos išlaidas (OPEX). Standartiniai serveriai paprastai yra pigesni nei specializuota techninė įranga, o virtualizacijos technologijos leidžia geriau išnaudoti išteklius. Sumažintas energijos suvartojimas ir aušinimo sąnaudos taip pat prisideda prie sutaupymo.
• Padidintas lankstumas ir mastelis: VNF gali būti diegiami ir keičiami pagal poreikį, užtikrinant greitesnes paslaugų naujoves ir atsaką į besikeičiančius verslo poreikius. Paslaugų teikėjai gali greitai paleisti naujas paslaugas ir prisitaikyti prie svyruojančių srauto modelių.
• Pagerintas išteklių panaudojimas: Virtualizacijos technologijos leidžia geriau išnaudoti skaičiavimo išteklius. VNF gali dalytis ištekliais, sumažindami perteklinio tiekimo poreikį.
• Paprastesnis valdymas: NFV MANO sistemos užtikrina centralizuotą VNF ir pagrindinės infrastruktūros valdymą, supaprastindamos tinklo operacijas. Automatizuotos diegimo, mastelio keitimo ir atkūrimo galimybės sumažina rankinį įsikišimą ir pagerina efektyvumą.
• Didesnis lankstumas ir pasirinkimas: NFV leidžia paslaugų teikėjams pasirinkti geriausius VNF iš skirtingų tiekėjų, išvengiant tiekėjo užrakinimo. Atviri standartai ir sąveikumas skatina inovacijas ir konkurenciją.
• Greitesnis patekimas į rinką: Galimybė greitai diegti ir konfigūruoti VNF leidžia greičiau patekti į naujų paslaugų rinką. Paslaugų teikėjai gali greičiau reaguoti į rinkos poreikius ir įgyti konkurencinį pranašumą.
• Patobulintas saugumas: VNF gali apimti saugumo funkcijas, tokias kaip ugniasienės, įsilaužimo aptikimo sistemos ir VPN šliuzai, užtikrindami visapusišką tinklo apsaugą. Virtualizacijos technologijos taip pat siūlo izoliacijos ir apribojimo galimybes, sumažindamos saugumo pažeidimų riziką.

Virtualiųjų įrenginių diegimo modeliai

Yra keli virtualiųjų įrenginių diegimo NFV modeliai, kurių kiekvienas turi savo privalumų ir trūkumų:

• Centralizuotas diegimas: VNF diegiami centriniame duomenų centre, o vartotojai prie jų prisijungia nuotoliniu būdu. Šis modelis siūlo masto ekonomiką ir supaprastintą valdymą, tačiau gali sukelti vėlavimo problemų vartotojams, esantiems toli nuo duomenų centro.
• Paskirstytas diegimas: VNF diegiami tinklo krašte, arčiau vartotojų. Šis modelis sumažina vėlavimą ir pagerina vartotojo patirtį, tačiau reikalauja daugiau paskirstytos infrastruktūros ir valdymo.
• Hibridinis diegimas: Centralizuoto ir paskirstyto diegimo derinys, kai kai kurie VNF diegiami centriniame duomenų centre, o kiti – krašte. Šis modelis leidžia optimizuoti našumą ir sąnaudas, atsižvelgiant į konkrečius kiekvienos paslaugos reikalavimus.

Pasaulinis pavyzdys: Tarptautinė korporacija, turinti biurus visame pasaulyje, gali naudoti hibridinį diegimo modelį. Pagrindinės tinklo funkcijos, pvz., centralizuotas autentifikavimas ir autorizacija, galėtų būti talpinamos pagrindiniame duomenų centre Europoje. Krašte veikiantys VNF, pavyzdžiui, vietinės ugniasienės ir turinio talpyklos, galėtų būti diegiami regioniniuose biuruose Šiaurės Amerikoje, Azijoje ir Afrikoje, siekiant pagerinti vietinių vartotojų našumą ir saugumą.

Virtualiųjų įrenginių įgyvendinimo iššūkiai

Nors NFV siūlo didelį pranašumą, virtualiųjų įrenginių įgyvendinimas taip pat kelia keletą iššūkių:

• Našumas: VNF ne visada gali pasiekti tokį patį našumą kaip specialūs techninės įrangos įrenginiai, ypač didelio pralaidumo programoms. VNF našumo optimizavimas reikalauja kruopštaus projektavimo, išteklių paskirstymo ir derinimo.
• Sudėtingumas: Virtualizuotos tinklo infrastruktūros valdymas gali būti sudėtingas, reikalaujantis specialių įgūdžių ir įrankių. NFV MANO sistemos gali padėti supaprastinti valdymą, tačiau reikalauja kruopštaus planavimo ir konfigūravimo.
• Saugumas: Labai svarbu užtikrinti VNF ir pagrindinės infrastruktūros saugumą. Virtualizacijos technologijos sukelia naujus saugumo sumetimus, į kuriuos reikia atsižvelgti.
• Sąveikumas: Gali būti sunku užtikrinti skirtingų tiekėjų VNF sąveikumą. Atviri standartai ir sąveikumo testavimas yra būtini.
• Įgūdžių trūkumas: NFV diegimas ir valdymas reikalauja kvalifikuotos darbo jėgos, turinčios virtualizacijos, tinklų ir programinės įrangos kūrimo patirties. Mokymai ir švietimas yra labai svarbūs siekiant įveikti įgūdžių trūkumą.
• Paveldimo integravimas: VNF integravimas su esama paveldimo tinklo infrastruktūra gali būti sudėtingas. Reikalingas kruopštus planavimas ir migracijos strategijos.

Geriausia virtualiųjų įrenginių įgyvendinimo praktika

Norint įveikti iššūkius ir maksimaliai išnaudoti NFV pranašumus, svarbu vadovautis geriausia virtualiųjų įrenginių įgyvendinimo praktika:

• Kruopštus planavimas: Sukurkite išsamią NFV strategiją, kuri atitiktų verslo tikslus ir techninius reikalavimus.
• Pasirinkite tinkamus VNF: Pasirinkite VNF, atitinkančius našumo, saugumo ir sąveikumo reikalavimus.
• Optimizuokite našumą: Derinkite VNF ir pagrindinę infrastruktūrą optimaliam veikimui. Apsvarstykite galimybę naudoti techninės įrangos spartinimo technologijas, tokias kaip DPDK (Duomenų plokštumos kūrimo rinkinys).
• Įdiekite patikimą saugumą: Įdiekite patikimas saugumo priemones, kad apsaugotumėte VNF ir pagrindinę infrastruktūrą.
• Automatizuokite valdymą: Naudokite NFV MANO sistemas VNF diegimui, mastelio keitimui ir stebėjimui automatizuoti.
• Stebėkite našumą: Nuolat stebėkite VNF našumą ir nustatykite tobulinimo sritis.
• Apmokykite darbuotojus: Suteikite darbuotojams mokymus ir švietimą apie NFV technologijas ir geriausią praktiką.
• Išsamiai išbandykite: Atlikite išsamius bandymus prieš diegdami VNF gamybos aplinkoje.

Ateities tendencijos virtualiuosiuose įrenginiuose

NFV ir virtualiųjų įrenginių sritis nuolat vystosi. Kai kurios pagrindinės tendencijos, formuojančios ateitį, yra šios:

• Debesų kompiuteriams pritaikyti VNF: Pereinama prie konteinerizuotų VNF, kurie sukurti debesų kompiuteriams pritaikytoje aplinkoje, naudojant tokias technologijas kaip Kubernetes. Tai leidžia geriau lankstytis, keisti mastelį ir perkeliamumą.
• Krašto kompiuterija: VNF diegimas tinklo krašte, siekiant palaikyti mažo vėlavimo programas, tokias kaip papildyta realybė, virtuali realybė ir autonominės transporto priemonės.
• Dirbtinis intelektas (AI) ir mašininis mokymasis (ML): AI ir ML naudojimas tinklo valdymui automatizuoti, VNF našumui optimizuoti ir saugumui pagerinti.
• 5G ir vėliau: NFV yra pagrindinis 5G tinklų įgalintojas, leidžiantis virtualizuoti pagrindines tinklo funkcijas ir diegti naujas paslaugas.
• Atvirasis kodas: Padidėjęs atvirojo kodo NFV sprendimų, tokių kaip ONAP ir OpenStack, priėmimas.
• Tinklo segmentavimas: Galimybė kurti virtualizuotus tinklo segmentus, pritaikytus konkretiems programų reikalavimams.

Pasaulinės tendencijos pavyzdys: 5G tinklų atsiradimas visame pasaulyje labai priklauso nuo NFV. Operatoriai įvairiose šalyse (pvz., Pietų Korėja, JAV, Vokietija) naudoja NFV, kad virtualizuotų savo 5G pagrindinius tinklus, leisdami jiems teikti naujas paslaugas su didesniu lankstumu ir efektyvumu.

Išvada

Virtualieji įrenginiai yra pagrindinis tinklo funkcijų virtualizacijos komponentas, siūlantis didelį pranašumą išlaidų taupymo, lankstumo ir mastelio keitimo požiūriu. Nors VNF įgyvendinimas kelia iššūkių, vadovavimasis geriausia praktika ir naujausių tendencijų sekimas gali padėti organizacijoms atskleisti visą NFV potencialą. Kadangi tinklų kūrimo kraštovaizdis ir toliau vystysis, virtualieji įrenginiai atliks vis svarbesnį vaidmenį įgalinant naujos kartos tinklo paslaugas ir programas. Sėkmingas NFV įgyvendinimas priklauso nuo holistinio požiūrio, kuris atsižvelgia į technologinius, organizacinius ir įgūdžius turinčius transformacijos aspektus.