Tīkla Funkciju Virtualizācija: Dziļš Ieskats Virtuālajās Ierīcēs

Tīkla Funkciju Virtualizācija (NFV) revolucionizē telekomunikāciju un tīklošanas nozares, atdalot tīkla funkcijas no specializētām aparatūras ierīcēm un palaižot tās kā programmatūru uz standarta, virtualizētas infrastruktūras. Šī pāreja nodrošina veiklību, mērogojamību un izmaksu ietaupījumus, ļaujot pakalpojumu sniedzējiem un uzņēmumiem efektīvāk ieviest un pārvaldīt tīkla pakalpojumus. NFV pamatā ir virtuālo ierīču koncepcija, kas pazīstama arī kā Virtualizētās Tīkla Funkcijas (VNF).

Kas ir Virtuālās Ierīces (VNF)?

Virtuālā ierīce NFV kontekstā ir tīkla funkcijas programmatūras ieviešana, kas tradicionāli darbojās uz specializētas aparatūras. Šīs funkcijas tagad ir iepakotas kā virtuālās mašīnas (VM) vai konteineri, ļaujot tās ieviest standarta serveros un pārvaldīt, izmantojot virtualizācijas tehnoloģijas. VNF piemēri ir ugunsmūri, slodzes līdzsvarotāji, maršrutētāji, ielaušanās atklāšanas sistēmas (IDS), sesiju robežu kontrolieri (SBC) un daudzi citi. Padomājiet par to kā par specializētas aparatūras kastes ņemšanu un tās funkcijas pārvēršanu programmatūrā, kas var darboties serverī.

Virtuālo Ierīču Galvenās Iezīmes:

• Uz Programmatūras Bāzes: VNF ir tīri programmatūras ieviešanas, kas novērš nepieciešamību pēc specializētas aparatūras.
• Virtualizētas: Tās darbojas virtuālajās mašīnās vai konteineros, nodrošinot izolāciju un resursu pārvaldību.
• Standarta Infrastruktūra: VNF tiek ieviestas standarta serveros, izmantojot esošo datu centru infrastruktūru.
• Mērogojamas: Resursus var dinamiski piešķirt VNF, pamatojoties uz pieprasījumu, nodrošinot optimālu veiktspēju.
• Elastīgas: VNF var ātri ieviest, atjaunināt un likvidēt, nodrošinot ātrāku pakalpojumu inovāciju.

NFV Arhitektūra ar Virtuālajām Ierīcēm

NFV arhitektūra, kā to definējis Eiropas Telekomunikāciju Standartu Institūts (ETSI), nodrošina ietvaru VNF ieviešanai un pārvaldībai. Tas sastāv no trim galvenajiem komponentiem:

• Virtualizētā Infrastruktūra (NFVI): Šis ir NFV arhitektūras pamats, kas nodrošina datu apstrādes, krātuves un tīklošanas resursus, kas nepieciešami VNF darbībai. Tas parasti ietver standarta serverus, krātuves masīvus un tīkla komutatorus. NFVI tehnoloģiju piemēri ir VMware vSphere, OpenStack un Kubernetes.
• Virtuālās Tīkla Funkcijas (VNF): Šīs ir pašas virtuālās ierīces, kas atspoguļo tīkla funkciju programmatūras ieviešanas. Tās tiek ieviestas un pārvaldītas NFVI.
• NFV Pārvaldība un Orkestrācija (MANO): Šis komponents nodrošina rīkus un procesus VNF un NFVI pārvaldībai un orķestrēšanai. Tas ietver tādas funkcijas kā VNF ieviešana, mērogošana, uzraudzība un atjaunošana. MANO risinājumu piemēri ir ONAP (Open Network Automation Platform) un ETSI NFV MANO.

Piemērs: Iedomājieties, ka telekomunikāciju pakalpojumu sniedzējs ievieš jaunu pakalpojumu, piemēram, virtualizētu klientu telpu aprīkojuma (vCPE) piedāvājumu maziem uzņēmumiem. Izmantojot NFV, viņi var ieviest VNF komplektu, tostarp virtuālo maršrutētāju, ugunsmūri un VPN vārteju, standarta serveros, kas atrodas viņu datu centrā. MANO sistēma automatizē šo VNF ieviešanu un konfigurēšanu, ļaujot pakalpojumu sniedzējam ātri un ērti nodrošināt jauno pakalpojumu saviem klientiem. Tas novērš nepieciešamību piegādāt un instalēt fiziskas CPE ierīces katrā klienta atrašanās vietā.

Virtuālo Ierīču Izmantošanas Priekšrocības NFV

Virtuālo ierīču ieviešana NFV piedāvā daudzas priekšrocības pakalpojumu sniedzējiem un uzņēmumiem:

• Samazinātas Izmaksas: Novēršot nepieciešamību pēc specializētām aparatūras ierīcēm, NFV samazina kapitāla izdevumus (CAPEX) un ekspluatācijas izdevumus (OPEX). Standarta serveri parasti ir lētāki nekā specializēta aparatūra, un virtualizācijas tehnoloģijas nodrošina labāku resursu izmantošanu. Samazināts enerģijas patēriņš un dzesēšanas izmaksas vēl vairāk veicina ietaupījumus.
• Palielināta Elastība un Mērogojamība: VNF var ieviest un mērogot pēc pieprasījuma, nodrošinot ātrāku pakalpojumu inovāciju un reaģētspēju uz mainīgajām biznesa vajadzībām. Pakalpojumu sniedzēji var ātri ieviest jaunus pakalpojumus un pielāgoties svārstīgajiem datplūsmas modeļiem.
• Uzlabota Resursu Izmantošana: Virtualizācijas tehnoloģijas nodrošina labāku datu apstrādes resursu izmantošanu. VNF var koplietot resursus, samazinot nepieciešamību pēc pārmērīgas nodrošināšanas.
• Vienkāršota Pārvaldība: NFV MANO sistēmas nodrošina centralizētu VNF un pamatinfrastruktūras pārvaldību, vienkāršojot tīkla darbības. Automatizēta ieviešana, mērogošana un atjaunošanas iespējas samazina manuālu iejaukšanos un uzlabo efektivitāti.
• Lielāka Elastība un Izvēle: NFV ļauj pakalpojumu sniedzējiem izvēlēties labākos VNF no dažādiem piegādātājiem, izvairoties no atkarības no viena piegādātāja. Atvērti standarti un sadarbspēja veicina inovāciju un konkurenci.
• Ātrāks Laiks Līdz Tirgum: Spēja ātri ieviest un konfigurēt VNF nodrošina ātrāku laiku līdz tirgum jauniem pakalpojumiem. Pakalpojumu sniedzēji var ātrāk reaģēt uz tirgus prasībām un iegūt konkurētspēju.
• Uzlabota Drošība: VNF var ietvert drošības funkcijas, piemēram, ugunsmūrus, ielaušanās atklāšanas sistēmas un VPN vārtejas, nodrošinot visaptverošu tīkla aizsardzību. Virtualizācijas tehnoloģijas piedāvā arī izolācijas un ierobežošanas iespējas, samazinot drošības pārkāpumu risku.

Virtuālo Ierīču Ieviešanas Modeļi

NFV ir vairāki virtuālo ierīču ieviešanas modeļi, katram no tiem ir savas priekšrocības un trūkumi:

• Centralizēta Ieviešana: VNF tiek ieviestas centrālajā datu centrā un lietotāji tām piekļūst attālināti. Šis modelis piedāvā apjoma ekonomiju un vienkāršotu pārvaldību, taču tas var radīt latentuma problēmas lietotājiem, kas atrodas tālu no datu centra.
• Sadales Ieviešana: VNF tiek ieviestas tīkla malā, tuvāk lietotājiem. Šis modelis samazina latentumu un uzlabo lietotāju pieredzi, taču tam ir nepieciešama vairāk sadalīta infrastruktūra un pārvaldība.
• Hibrīda Ieviešana: Centralizētas un sadales ieviešanas kombinācija, kur dažas VNF tiek ieviestas centrālajā datu centrā, bet citas tiek ieviestas malā. Šis modelis ļauj optimizēt veiktspēju un izmaksas, pamatojoties uz katra pakalpojuma specifiskajām prasībām.

Globāls Piemērs: Daudznacionāls uzņēmums ar birojiem visā pasaulē varētu izmantot hibrīda ieviešanas modeli. Galvenās tīkla funkcijas, piemēram, centralizēta autentifikācija un autorizācija, varētu tikt mitinātas galvenajā datu centrā Eiropā. Uz malu balstītas VNF, piemēram, vietējie ugunsmūri un satura kešatmiņas, varētu tikt ieviestas reģionālajos birojos Ziemeļamerikā, Āzijā un Āfrikā, lai uzlabotu vietējo lietotāju veiktspēju un drošību.

Virtuālo Ierīču Ieviešanas Izaicinājumi

Lai gan NFV piedāvā ievērojamas priekšrocības, virtuālo ierīču ieviešana rada arī vairākus izaicinājumus:

• Veiktspēja: VNF ne vienmēr var sasniegt tādu pašu veiktspēju kā specializētas aparatūras ierīces, īpaši lietojumprogrammām ar lielu caurlaidspēju. VNF veiktspējas optimizēšanai ir nepieciešams rūpīgs dizains, resursu sadalījums un regulēšana.
• Sarežģītība: Virtualizētas tīkla infrastruktūras pārvaldība var būt sarežģīta, un tai ir nepieciešamas specializētas prasmes un rīki. NFV MANO sistēmas var palīdzēt vienkāršot pārvaldību, taču tām ir nepieciešama rūpīga plānošana un konfigurācija.
• Drošība: Ir ļoti svarīgi nodrošināt VNF un pamatinfrastruktūras drošību. Virtualizācijas tehnoloģijas ievieš jaunus drošības apsvērumus, kas jārisina.
• Sadarbspēja: Sadarbspējas nodrošināšana starp VNF no dažādiem piegādātājiem var būt sarežģīta. Ir būtiski ievērot atvērtus standartus un veikt sadarbspējas testēšanu.
• Prasmju Trūkums: NFV ieviešanai un pārvaldībai ir nepieciešams kvalificēts darbaspēks ar pieredzi virtualizācijā, tīklošanā un programmatūras izstrādē. Apmācība un izglītība ir ļoti svarīga prasmju trūkuma novēršanai.
• Mantotā Integrācija: VNF integrācija ar esošo mantoto tīkla infrastruktūru var būt sarežģīta. Ir nepieciešama rūpīga plānošana un migrācijas stratēģijas.

Labākā Prakse Virtuālo Ierīču Ieviešanai

Lai pārvarētu izaicinājumus un palielinātu NFV priekšrocības, ir svarīgi ievērot labāko praksi virtuālo ierīču ieviešanai:

• Rūpīga Plānošana: Izstrādājiet visaptverošu NFV stratēģiju, kas atbilst biznesa mērķiem un tehniskajām prasībām.
• Izvēlieties Pareizos VNF: Atlasiet VNF, kas atbilst veiktspējas, drošības un sadarbspējas prasībām.
• Optimizējiet Veiktspēju: Regulējiet VNF un pamatinfrastruktūru, lai nodrošinātu optimālu veiktspēju. Apsveriet iespēju izmantot aparatūras paātrināšanas tehnoloģijas, piemēram, DPDK (Data Plane Development Kit).
• Ieviesiet Stingru Drošību: Ieviesiet stingrus drošības pasākumus, lai aizsargātu VNF un pamatinfrastruktūru.
• Automatizējiet Pārvaldību: Izmantojiet NFV MANO sistēmas, lai automatizētu VNF ieviešanu, mērogošanu un uzraudzību.
• Uzraugiet Veiktspēju: Nepārtraukti uzraugiet VNF veiktspēju un nosakiet jomas, kuras var uzlabot.
• Apmāciet Personālu: Nodrošiniet personālam apmācību un izglītību par NFV tehnoloģijām un labāko praksi.
• Rūpīgi Pārbaudiet: Veiciet rūpīgu testēšanu pirms VNF ieviešanas ražošanas vidē.

Nākotnes Tendences Virtuālajās Ierīcēs

NFV un virtuālo ierīču joma nepārtraukti attīstās. Dažas no galvenajām tendencēm, kas veido nākotni, ietver:

• Mākoņa Vietējās VNF: Virzība uz konteinerizētām VNF, kas ir paredzētas mākoņa vietējām vidēm, izmantojot tādas tehnoloģijas kā Kubernetes. Tas nodrošina lielāku veiklību, mērogojamību un pārnesamību.
• Malu Datorika: VNF ieviešana tīkla malā, lai atbalstītu zema latentuma lietojumprogrammas, piemēram, paplašināto realitāti, virtuālo realitāti un autonomus transportlīdzekļus.
• Mākslīgais Intelekts (AI) un Mašīnmācīšanās (ML): AI un ML izmantošana, lai automatizētu tīkla pārvaldību, optimizētu VNF veiktspēju un uzlabotu drošību.
• 5G un Pēc Tā: NFV ir galvenais priekšnoteikums 5G tīkliem, kas ļauj virtualizēt galvenās tīkla funkcijas un ieviest jaunus pakalpojumus.
• Atvērtā Koda: Palielināta atvērtā koda NFV risinājumu, piemēram, ONAP un OpenStack, ieviešana.
• Tīkla Segmentēšana: Spēja izveidot virtualizētus tīkla segmentus, kas pielāgoti specifiskām lietojumprogrammu prasībām.

Globālas Tendences Piemērs: 5G tīklu pieaugums visā pasaulē lielā mērā ir atkarīgs no NFV. Operatori dažādās valstīs (piemēram, Dienvidkorejā, ASV, Vācijā) izmanto NFV, lai virtualizētu savus 5G pamattīklus, ļaujot tiem nodrošināt jaunus pakalpojumus ar lielāku elastību un efektivitāti.

Secinājums

Virtuālās ierīces ir NFV pamatkomponents, kas piedāvā ievērojamas priekšrocības izmaksu ietaupījumu, elastības un mērogojamības ziņā. Lai gan VNF ieviešana rada izaicinājumus, labākās prakses ievērošana un informētība par jaunajām tendencēm var palīdzēt organizācijām atraisīt visu NFV potenciālu. Tā kā tīklošanas vide turpina attīstīties, virtuālajām ierīcēm būs arvien svarīgāka loma, nodrošinot nākamās paaudzes tīkla pakalpojumus un lietojumprogrammas. Veiksmīga NFV ieviešana ir atkarīga no holistiskas pieejas, kas ņem vērā transformācijas tehnoloģiskos, organizatoriskos un prasmju aspektus.