Что такое NFV (Network Functions Virtualization)

История и развитие

Концепция NFV была предложена группой операторов связи, объединенных в ETSI. Изначальной целью было снижение зависимости от аппаратных вендоров и ускорение вывода новых сетевых услуг.

Первые решения повторяли традиционные аппаратные функции, но уже в виртуализированной форме. Дальнейшее развитие привело к появлению стандартов на архитектуру, оркестрацию и взаимодействие компонентов. На практике NFV стал основой для виртуализации мобильных ядер, сервисных цепочек и операторских сетевых служб.

NFV перешел от модели специализированных сетевых устройств к модели программных сервисов. Раньше маршрутизаторы, межсетевые экраны, балансировщики нагрузки и подобные элементы существовали только как отдельные аппаратные комплексы. NFV переводит эти функции в программную плоскость, что упрощает развертывание и масштабирование и ускоряет внедрение новых сетевых сервисов.

Как работает NFV

Виртуализация сетевых функций строится на нескольких ключевых уровнях: 

1. Виртуализированная инфраструктура. Слой включает вычислительные узлы, сетевые сегменты и подсистему хранения. Это та среда, где запускаются виртуальные функции. На этом уровне работают гипервизоры, контейнерные платформы и сетевые стеки.
2. Второй уровень включает виртуальные сетевые функции. Это программные блоки, которые выполняют конкретные сетевые задачи. Например, фильтрацию пакетов, маршрутизацию, анализ трафика или преобразование протоколов. У функций может быть собственный жизненный цикл: инстанцирование, изменение конфигурации, остановка, миграция.
3. Третий уровень выполняет управление и оркестрацию. Стандарты MANO (Management and Orchestration) описывают процедуры разворачивания, масштабирования и мониторинга виртуальных функций.

Виртуальные функции размещают в дата центрах операторов связи, в edge узлах и на площадках заказчиков. Платформы NFV выполняют функции на виртуальных машинах, контейнерах или в средах с высокой плотностью размещения.

Области применения

NFV используется для виртуализации межсетевых экранов, балансировщиков нагрузки, DPI систем, маршрутизаторов и шлюзов. Технология применяется операторами мобильной связи для виртуальных EPC и IMS. Виртуализация ядра мобильной сети стала обязательным элементом современных 4G и 5G решений.

Операторы связи получили возможность масштабировать сетевые функции под нагрузки, автоматизировать обслуживание и снижать затраты на площадки и оборудование.

Преимущества NFV

Взаимосвязь с SDN и облачными технологиями

NFV часто рассматривают вместе с программно-определяемыми сетями, потому что обе технологии опираются на общий принцип — сетевые функции и управление сетью переносятся в программный слой. При этом именно SDN создает архитектуру, в которой виртуализированные сервисы NFV получают предсказуемое поведение, централизованное управление и устойчивую связность с физической инфраструктурой.

В программно-определяемой сети уровень управления отделен от уровня передачи данных. Коммутаторы и маршрутизаторы продолжают пересылать трафик, но логика маршрутизации, безопасность и политики QoS формируются в контроллере. Он получает глобальное представление о топологии, применяет правила из единого центра и управляет оборудованием через API.

В связке технологии дают облачным и распределенным платформам возможность запускать сетевые сервисы в софте и одновременно контролировать поведение сети.

SDN в платформе vStack

В vStack за виртуализацию сети отвечает слой SDN. Платформа поддерживает три способа технологического обеспечения виртуальных сетей: VLAN, VXLAN и GENEVE. Все механизмы реализованы компанией vStack и находятся в промышленной эксплуатации с 2019 года.

При создании виртуальной сети на каждом узле кластера поднимается программно-определяемый коммутатор. Он обеспечивает передачу пакетов внутри оверлея и синхронизируется с другими узлами, формируя единое сетевое пространство для виртуальных машин и сервисов.

Управление сетями выполняется через UI или API. Платформа автоматически распространяет конфигурацию по всем узлам, что ускоряет развертывание сервисов, обеспечивает согласованность сетевых настроек и повышает предсказуемость работы виртуальных функций.

Проблемы и вызовы

Стандартизация NFV все еще развивается. Операторы сталкиваются с задачами совместимости решений разных вендоров.

Производительность нередко зависит от выбранной виртуализационной платформы. Любые накладные расходы влияют на задержки и пропускную способность. Решения NFV предъявляют высокие требования к сетевым стекам, NUMA топологии и оптимизации ввода вывода.

Вопросы безопасности требуют дополнительного контроля. Виртуальные сетевые функции размещаются в общем пуле ресурсов, что усложняет контроль доступа и мониторинг.

Трансформация инфраструктуры требует инвестиций и подготовки специалистов. Операторам необходимо мигрировать сервисы, адаптировать процессы и обновлять инструменты управления.

Будущее NFV

NFV становится частью архитектуры сетей пятого поколения. 5G использует виртуализацию в мобильных ядрах и сервисных цепочках. Edge узлы и распределенные облачные среды увеличивают требования к плотности и автономности вычислительных платформ.

Контейнеризация сетевых функций усиливает позиции NFV. Контейнерные среды уменьшают накладные расходы и ускоряют развертывание.

Автоматизация и машинное обучение уже используются для анализа качества сети и оптимизации ресурсов. NFV получает инструменты для прогнозирования нагрузки и динамического масштабирования сервисов.

Заключение

NFV объясняет переход сетевой индустрии от специализированного оборудования к программным сервисам. Эта технология увеличивает гибкость сетей, снижает затраты и ускоряет вывод новых услуг.

Эта технология стала логичным шагом для отрасли, когда требовалось уйти от специализированных сетевых устройств и перевести функции в программный слой. Однако по мере развития SDN стало понятно, что многие задачи, которые раньше возлагали на NFV, эффективнее решаются за счет программного управления сетью. SDN обеспечивает точный контроль над топологией, маршрутизацией и политиками, упрощает автоматизацию и создает единый контур управления.

В современных архитектурах управление сетью определяет именно SDN, а NFV работает скорее как дополнение.