如何為支撐網(wǎng)絡轉型搭建NFVI，推動5G進程

過去幾年，運營商網(wǎng)絡轉型成為了行業(yè)內一個無法回避的核心話題。一方面，現(xiàn)有業(yè)務的增長壓力和市場競爭的形勢變化，以及5G 進程的加快對對網(wǎng)絡基礎設施建設提出了新的要求，使得轉型需求日益迫切；另一方面，虛擬化、云計算、SDN等新興技術的發(fā)展，也為轉型的實現(xiàn)提供了現(xiàn)實可能。

從最早被提出以來，短短數(shù)年之間，NFV已經(jīng)在眾多運營商和廠商的積極參與推動下，從紙面上的概念迅速進入到落地實施階段，并被廣泛認為是未來5G網(wǎng)絡等新興業(yè)務的基本建設模式。通過將網(wǎng)絡基礎設施（NFVI + VIM，下文概括稱為NFVI）、上層網(wǎng)絡業(yè)務（VNF）和管理編配系統(tǒng)（MANO）進行分層解耦，NFV為未來的運營商網(wǎng)絡繪制出了一幅開放、靈活、自動化的演進藍圖，從理論上為運營商的網(wǎng)絡轉型和業(yè)務創(chuàng)新提供了基本依據(jù)。

應當看到，NFV在為網(wǎng)絡轉型展示了美好前景的同時，也確實引入了一些不容忽視的技術挑戰(zhàn)。具體到NFVI領域中，通過分析近年來海內外運營商的實踐案例，則可以總結出以下幾個需要重點關注的問題。

首先，基于IT化技術體系的NFVI實現(xiàn)方案能否承載電信級的網(wǎng)絡業(yè)務。

長期以來，電信運營商一直以其先進的電信技術體系提供著體驗優(yōu)異、安全可靠的各類網(wǎng)絡業(yè)務，由此支撐起整個社會經(jīng)濟的平穩(wěn)運行，擔負起至關重要的信息化基礎設施職責。

而當進入NFV時代之后，網(wǎng)絡業(yè)務遷移到以COTS硬件和開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)務要求？技術創(chuàng)新所引入的風險是否會影響用戶體驗？這些問題的答案，無疑成為了NFV能否商用的先決條件。

其次，NFVI架構方案是否能夠支撐網(wǎng)絡業(yè)務的持續(xù)演進與創(chuàng)新。

不難想象，在市場競爭和技術變革的雙重驅動下，運營商網(wǎng)絡的轉型與創(chuàng)新，將會成為一個長期持續(xù)的過程，甚至可能成為運營商所面臨的新常態(tài)。在這一背景下，對NFVI的各類技術需求必將持續(xù)不斷地出現(xiàn)。換言之，業(yè)務的演進也會驅動著NFVI自身的不斷演進。

因此，NFVI的規(guī)劃設計者需要正視以下這個問題：怎樣的NFVI架構方案才能實現(xiàn)與業(yè)務需求持續(xù)匹配的靈活演進？例如，為4G業(yè)務建設的NFVI是否能夠平滑演進以滿足5G業(yè)務部署的要求？這些問題直接關系到NFVI能否真正支撐網(wǎng)絡轉型戰(zhàn)略目標的落地，也關系到能否避免由于規(guī)劃因素造成的技術風險和投資浪費。

第三，如何正確處理NFVI的開放性與集成交付難度之間的矛盾關系。

技術體系與系統(tǒng)架構的開放性對于NFVI至關重要。只有開放的NFVI，才能有效促進網(wǎng)絡業(yè)務和廠商生態(tài)的多元化，以便讓網(wǎng)絡轉型的效益最大化。

與此同時，也應該看到，由于和NFV相關的各項技術規(guī)范尚且未完善，無論是NFVI北向與VNF、MANO的對接，還是NFVI內部與COTS硬件或虛擬化軟件的集成，都還存在一些缺少標準的領域。這種情況極易導致多廠商產(chǎn)品方案的集成交付出現(xiàn)各種風險，從而阻礙NFV的商用落地。

針對上述幾個方面的問題，運營商在規(guī)劃、設計與建設NFVI時，需要特別關注以下幾個技術方面。

一、對NFVI進行合理的加固與增強，使其真正符合電信級業(yè)務的質量要求。

能夠承載電信級業(yè)務的NFVI，需要在高性能、高可靠、高安全等多個方向上進行全面深入的加固與增強，使自身達到電信級的技術要求。

就高性能而言，高吞吐、低延遲的虛擬網(wǎng)絡轉發(fā)技術至關重要。高性能的虛擬交換機一方面關系到NFVI的轉發(fā)能力是否滿足vEPC、vBRAS等已有業(yè)務的商用要求，另一方面也是影響5G、視頻等新類型業(yè)務在NFVI平臺上商用體驗的關鍵。同時，性能的提升也意味著相同業(yè)務規(guī)模下成本的下降，有著明確的商業(yè)價值。

由于摩爾定律自身逐漸走向終結，依靠通用處理器的性能提升來持續(xù)大幅提高轉發(fā)性能的思路已經(jīng)不可持續(xù)。而與此同時，基于SR-IoV的硬件虛擬化技術提供了另外一種解決問題的替代選擇。長遠看來，基于軟件虛擬化與硬件虛擬化的不同網(wǎng)絡轉發(fā)技術，會在NFV領域中長期并存，分別在不同業(yè)務場景下發(fā)揮重要作用。

就高可靠而言，關鍵在于對系統(tǒng)的可靠性進行全景式、多層次、多領域的詳細分析與加固，確保系統(tǒng)中不存在單點故障點，并能夠在各種故障場景下保障上層業(yè)務達成5個9的電信級高可用性。

為達到這一目的，需要對NFVI方案內部的數(shù)據(jù)面、控制面、管理面、運維面的各個組件進行合理加固，綜合使用秒級故障告警、控制組件故障自動恢復、虛擬機故障自動恢復、業(yè)務數(shù)據(jù)自動備份、數(shù)據(jù)中心級本/異地容災等多種技術手段，全面保障系統(tǒng)可靠性。

安全是NFV領域中日益受到關注的一個新課題。從封閉的、一體化集成的傳統(tǒng)電信設備，走向開放化、分層解耦的NFV系統(tǒng)，業(yè)務安全性的保障確實需要更多的關注。除計算、網(wǎng)絡、存儲等虛擬化技術支持的租戶級安全隔離能力之外，還需要從物理基礎設施安全、系統(tǒng)軟件安全、業(yè)務數(shù)據(jù)安全、系統(tǒng)安全管理等多個視角對NFVI的安全性進行審視與加固。

除此之外，易運維性也是NFVI在商用過程中面對的關鍵問題。針對由IT化技術體系構建起來的NFVI，其運維工作自然也包含了IT系統(tǒng)運維領域中的方方面面，安裝部署、升級補丁、變更擴容、監(jiān)控告警、故障管理等均是運維團隊不可忽視的實際任務。這也給NFVI的運維系統(tǒng)提出了很高的技術要求。舉例而言，當NFVI計算節(jié)點物理主機上的Linux操作系統(tǒng)需要進行升級時，如何實現(xiàn)業(yè)務不中斷前提下的全集群自動化升級就是一個頗有難度的挑戰(zhàn)。如果這些問題解決不好，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，引入強大的自動化升級流程管理系統(tǒng)，以便能夠以程序化、自動化的方式協(xié)調業(yè)務遷移和節(jié)點升級操作之間的次序關系，在加速升級過程、降低升級風險的同時，減輕運維團隊的升級工作壓力。

綜上，性能、可靠性、安全性、可運維性這四個方面，均需要在設計NFVI的過程中予以高度重視。

二、為了能夠有效支撐運營商業(yè)務的持續(xù)演進，NFV必將走向NFC（Network Function Cloudification），所以NFVI的設計需要充分的靈活性。

可以預期，運營商未來的網(wǎng)絡，必將從以電信機房為基礎的組網(wǎng)建設模式，轉向以分布式多級多數(shù)據(jù)中心為基礎的組網(wǎng)建設模式。不同規(guī)模與級別的數(shù)據(jù)中心，分布在不同的地理位置，并提供不同類型的云化資源池和不同級別的網(wǎng)絡接入延遲，以支持不同類型業(yè)務的分布式部署和廣地域覆蓋。在此基礎上，由于未來5G網(wǎng)絡對于毫秒級超低延遲業(yè)務的支持訴求，NFVI需要考慮在網(wǎng)絡的邊緣支持大量的、小規(guī)模的邊緣站點。因此，支持上述多級多中心和邊緣站點共同組網(wǎng)、集中化管理，就成為了NFVI的關鍵能力。

同時，多元化的業(yè)務對于NFVI也會提出多元化的資源類型訴求。因此，在NFVI方案的架構中，需要充分考慮對不同類型的計算、存儲、網(wǎng)絡等資源進行異構接入的可能性。例如，在計算領域，既需要提供虛擬機作為基礎計算資源，也需要考慮為部分特殊的高性能業(yè)務直接提供裸機資源；既需要能夠支持通用的x86處理器，也需要考慮面向一些計算密集型業(yè)務提供FPGA等高性能異構計算資源。

在此基礎上，NFVI也應當具備與上層的容器集群管理平臺進行集成，支撐容器化業(yè)務的能力，例如支持敏捷的5G核心網(wǎng)業(yè)務。但NFVI本身與容器管理平臺、乃至于PaaS層，仍應當保持解耦，以避免NFVI自身架構過于臃腫，影響其自身的可演進性和部署使用的靈活性。

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

面對系統(tǒng)開放性與集成交付風險之間的矛盾，運營商可以考慮與NFVI業(yè)界一流廠商密切合作，共同推動主流商用場景下，各廠商VNF、MANO等組件與主流NFVI方案之間的商用對接驗證，并形成相關技術規(guī)范。同時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。

綜上所述，NFVI在進入生產(chǎn)部署的過程當中，確實還存在一些需要重點關注的技術挑戰(zhàn)。但是，華為在全球各地實際參與的眾多實踐案例表明，遵循ETSI定義的NFVI標準參考架構，基于現(xiàn)有的技術能力與實踐積累，選定演進路徑，端到端的考慮解決方案設計實施，則這些挑戰(zhàn)都是可以被有效解決的。隨著虛擬化、云計算、SDN等多種技術的進步，NFV必然會趨向成熟，并逐步演進至NFC（Network Function Cloudification），以支撐原生云化（cloud-native）的網(wǎng)絡業(yè)務。云化的NFVI必將成為運營商未來5G網(wǎng)絡的標準基礎設施，并為運營商業(yè)務的演進與創(chuàng)新帶來無限可能。

作者：章宇

華為技術有限公司 IT產(chǎn)品線NFVI解決方案首席架構師

2002年及2007年先后于清華大學電子工程系獲得學士及博士學位。

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

在加入華為之前，章宇博士曾于IBM中國研究院擔任高級研究員。