La virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV) è un concetto di architettura di rete che utilizza virtualizzazione tecnologie per gestire e distribuire servizi di rete, quali firewall, bilanciatori di carico e router, come funzioni basate su software.
Che cosa è la virtualizzazione delle funzioni di rete?
La virtualizzazione delle funzioni di rete è un framework di architettura di rete che separa le funzioni di rete da quelle proprietarie hardware elettrodomestici, consentendo loro di funzionare in software su standard, commodity serversVirtualizzando funzioni quali routing, firewall, sistemi di rilevamento delle intrusioni e bilanciamento del carico, la tecnologia NFV consente ai provider di servizi e alle aziende di distribuire e scalare i servizi di rete in modo più dinamico ed efficiente.
NFV si basa su tecnologie di virtualizzazione, come macchine virtuali o contenitori, e spesso viene implementato all'interno cloud or data center ambienti. Mira a ridurre capitale e spese operative, accelerare l'implementazione dei servizi e migliorare l'utilizzo delle risorse sostituendo l'hardware appositamente progettato con flexsoluzioni software-defined flessibili, gestibili e orchestrabili a livello centralizzato.
Architettura NFV
L'architettura di virtualizzazione delle funzioni di rete è un framework a strati che separa le funzioni di rete basate su software dall'hardware fisico, consentendo flexDistribuzione di servizi di rete flessibile, scalabile e programmabile. Questi sono i suoi componenti principali:
- Funzioni di rete virtualizzate (VNF) sono le implementazioni software delle funzioni di rete, come firewall, gateway e bilanciatori di carico, che vengono eseguiti su macchine virtuali o container. Ogni VNF esegue attività specifiche e può essere concatenata ad altre per formare un servizio completo.
- Infrastruttura NFV (NFVI) Fornisce le risorse fisiche e virtuali necessarie per ospitare ed eseguire le VNF. Ciò include l'hardware di elaborazione, storage e networking, nonché il livello di virtualizzazione (come hypervisor o contenitore tempi di esecuzione) che astrae queste risorse fisiche e consente alle VNF di funzionare indipendentemente dall'hardware sottostante.
- Gestione e orchestrazione (MANO) È il piano di controllo dell'architettura NFV. Gestisce la gestione del ciclo di vita delle VNF, inclusi creazione di istanze, scalabilità, ripristino, monitoraggio e terminazione. MANO gestisce inoltre l'allocazione delle risorse nell'NFVI e coordina il concatenamento dei servizi, garantendo che le VNF siano distribuite e connesse in conformità con la progettazione del servizio.
Come funziona l'NFV?
La virtualizzazione delle funzioni di rete funziona trasformando i servizi di rete tradizionali basati su hardware in servizi di rete basati su software applicazioni che girano su infrastrutture virtualizzate. Invece di utilizzare appliance dedicate per ciascuna funzione di rete, NFV consente a queste funzioni di operare come VNF su infrastrutture di uso generale. servers.
Il processo inizia con la virtualizzazione delle risorse hardware, in cui le funzionalità di elaborazione, storage e networking vengono astratte tramite hypervisor o tecnologie container. Queste risorse virtuali vengono quindi utilizzate per ospitare VNF, che possono essere distribuite, scalate e gestite dinamicamente senza alterare l'infrastruttura fisica sottostante.
Il sistema di gestione e orchestrazione (MANO) di NFV automatizza il ciclo di vita delle VNF. Gestisce attività come il lancio di nuove istanze, il monitoraggio delle prestazioni, l'aumento o la riduzione delle funzioni e la gestione dei guasti. MANO orchestra anche servizi complessi concatenando più VNF, garantendo che il traffico le attraversi in una sequenza definita.
Separando le funzioni di rete dall'hardware, la tecnologia NFV consente ai fornitori di servizi di rispondere rapidamente ai cambiamenti della domanda, ridurre i costi utilizzando hardware commerciale già pronto all'uso e migliorare l'agilità operativa tramite l'automazione e il controllo centralizzato.
Esempio di virtualizzazione delle funzioni di rete
Un esempio comune di virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV) è firewall virtualizzato.
Tradizionalmente, i firewall venivano implementati come dispositivi hardware dedicati lungo il perimetro della rete. Con NFV, la funzione firewall viene implementata come una VNF in esecuzione su un server standard. server all'interno di un ambiente virtualizzato. Questo firewall virtuale può ispezionare, filtrare e controllare il traffico tra macchine virtuali, cloud ambienti, o attraverso data centers, proprio come un firewall fisico.
Essendo basato su software, il firewall virtuale può essere implementato dinamicamente, scalato in base al carico di traffico e aggiornato o patchato senza sostituire l'hardware. I provider di servizi utilizzano spesso firewall virtuali per proteggere segmenti di rete virtualizzati o per fornire firewall come servizio (FWaaS) agli inquilini in ambienti multi-tenant.
Casi d'uso della virtualizzazione delle funzioni di rete
Ecco alcuni casi d'uso chiave per NFV, ognuno dei quali illustra come i servizi di rete virtualizzati migliorano flexcapacità, modulabilità , ed efficienza:
- Firewall virtuali (vFW). I firewall virtuali proteggono i dispositivi virtualizzati o cloudbasati su firewall, ispezionando e filtrando il traffico senza la necessità di dispositivi fisici. Offrono le stesse funzionalità dei firewall tradizionali, ma possono essere implementati dinamicamente in base alla domanda o ai requisiti dei tenant.
- Apparecchiature virtuali presso i locali del cliente (vCPE). vCPE sostituisce i dispositivi fisici, come router, firewall e ottimizzatori WAN, presso le sedi dei clienti con funzioni software gestite centralmente. Ciò riduce i costi hardware e consente un rapido provisioning e la gestione remota dei servizi.
- Nucleo di pacchetto virtuale evoluto (vEPC). Nelle reti mobili, vEPC virtualizza i componenti principali responsabili del routing dei dati, della gestione della mobilità e gestione della sessionePermette ai fornitori di servizi di telecomunicazioni di ampliare i servizi per le reti LTE e 5G con costi inferiori e maggiore agilità.
- Traduzione degli indirizzi di rete (NAT) come servizio. Virtualizzando NAT, i fornitori di servizi possono allocare e gestire Indirizzo IP mappature in cloud-ambienti nativi senza dover distribuire hardware dedicato, semplificando il supporto di carichi di lavoro elastici e tenant multipli.
- Bilanciatori di carico virtuali. I bilanciatori di carico virtuali distribuiscono il traffico su più servers o servizi, garantendo elevata disponibilità e prestazioni ottimali. A differenza delle controparti basate su hardware, possono essere implementate o ridimensionate istantaneamente per adattarsi a carichi di lavoro in continua evoluzione.
- Gateway WAN definiti dal software (SD-WAN). NFV consente la virtualizzazione di SD-WAN dispositivi e controller edge, che consentono la gestione centralizzata e la rapida implementazione di reti WAN sicure e ottimizzate nelle filiali.
- virtuale Intrusion Detection/sistemi di prevenzione (vIDPS). vIDPS monitora il traffico di rete in tempo reale per rilevare attività dannose e violazioni delle policy. La virtualizzazione di questa funzione consente di implementarla dinamicamente in zone o segmenti specifici della rete, migliorando la copertura di sicurezza.
- Rete di distribuzione dei contenuti (CDN) ottimizzazione. La tecnologia NFV può virtualizzare componenti delle CDN, come i nodi di cache e gli strumenti di ottimizzazione del traffico. Ciò contribuisce a distribuire i contenuti in modo più efficiente, adattandosi alla domanda in tempo reale e riducendo latenza e larghezza di banda utilizzo.
Quali sono i vantaggi e le sfide della NFV?
La virtualizzazione delle funzioni di rete offre vantaggi significativi trasformando il modo in cui i servizi di rete vengono distribuiti e gestiti, ma introduce anche nuove complessità. Comprendere sia i vantaggi che le sfide della virtualizzazione delle funzioni di rete è essenziale per valutarne l'impatto su efficienza operativa, costi, scalabilità e prestazioni complessive della rete.
Vantaggi della NFV
Ecco i principali vantaggi della virtualizzazione delle funzioni di rete, ognuno dei quali contribuisce a rendere le operazioni di rete più agili e convenienti:
- Riduzione dei costi hardware. NFV elimina la necessità di hardware proprietario e costruito appositamente eseguendo le funzioni di rete su standard serversCiò riduce le spese in conto capitale e semplifica l'approvvigionamento e la manutenzione dell'hardware.
- Implementazione più rapida dei servizi. Con NFV, i nuovi servizi di rete possono essere implementati come istanze software in pochi minuti anziché in giorni o settimane. Questo accelera il time-to-market e consente di rispondere rapidamente alle richieste dei clienti o ai picchi di traffico.
- Scalabilità migliorata. La NFV consente il ridimensionamento dinamico delle VNF in base alla domanda in tempo reale. Le risorse possono essere allocate in modo elastico, migliorando l'efficienza e garantendo prestazioni costanti durante i picchi di carico.
- Agilità operativa. I fornitori di servizi e le aziende possono facilmente modificare, aggiornare o riposizionare le VNF senza intervento fisico. Questo supporta DevOps pratiche, automazione e innovazione continua dei servizi.
- Gestione centralizzata e automazione. NFV si integra con i sistemi MANO, consentendo il controllo centralizzato di provisioning, monitoraggio e gestione del ciclo di vita. Questo riduce gli errori manuali e supporta l'automazione basata su policy.
- Multi-tenancy e servizio flexflessibilità. La tecnologia NFV consente la coesistenza di VNF isolate per diversi clienti o servizi su infrastrutture condivise, rendendola ideale per ambienti multi-tenant e offerte di servizi personalizzabili.
- Efficienza energetica e spaziale. Consolidando le funzioni di rete su un minor numero di macchine fisiche, NFV riduce il consumo energetico e i requisiti di spazio fisico in data centers.
Le sfide della NFV
Ecco le principali sfide della NFV, insieme a brevi spiegazioni:
- Sovraccarico delle prestazioni. La NFV si basa su livelli di virtualizzazione, che possono introdurre latenza e ridurre la velocità di trasmissione rispetto all'hardware dedicato. Garantire prestazioni elevate, soprattutto per applicazioni in tempo reale o ad alta larghezza di banda, richiede un'attenta allocazione e ottimizzazione delle risorse.
- Gestione e orchestrazione complesse. Gestire un gran numero di VNF, insieme al loro ciclo di vita e alle loro interconnessioni, può essere complesso. Il framework NFV MANO deve coordinare in modo efficiente le risorse di elaborazione, storage e rete, il che richiede strumenti e competenze avanzate.
- Problemi di interoperabilità. Le VNF di diversi fornitori potrebbero non essere completamente compatibili o richiedere interfacce proprietarie. La mancanza di standardizzazione può ostacolare un'integrazione fluida e limitare la possibilità di creare ambienti multi-fornitore.
- Rischi per la sicurezza. Gli ambienti virtualizzati possono espandere l' superficie di attaccoLe VNF condividono l'infrastruttura fisica, aumentando il rischio di attacchi ai canali laterali, configurazioni errate e accessi non autorizzati se l'isolamento e la segmentazione non vengono applicati correttamente.
- Colli di bottiglia nella scalabilità. Sebbene la NFV sia progettata per la scalabilità, una progettazione inadeguata o un'infrastruttura inadeguata possono creare colli di bottiglia. Garantire che le VNF scalino in modo lineare e mantengano le prestazioni sotto carico richiede un'attenta pianificazione.
- Contesa sulle risorse. Più VNF che condividono le stesse risorse fisiche possono portare a contesa per CPU, memoria o I / O larghezza di banda, soprattutto in condizioni di picco di carico. Questo può compromettere la qualità del servizio se non gestito in modo efficace.
- Carenze nelle competenze operative. La transizione dal networking tradizionale basato su hardware a NFV richiede nuove competenze nella virtualizzazione, cloud gestione, e rete definita dal softwareLe organizzazioni potrebbero trovarsi ad affrontare una ripida curva di apprendimento e dover investire in formazione e assunzioni.
- Affidabilità e isolamento dei guasti. Quando molte VNF vengono eseguite sulla stessa infrastruttura, un guasto a livello di host o hypervisor può avere un impatto su più servizi. Garantire la continuità del servizio e isolare i guasti richiede un approccio robusto. ridondanza e meccanismi di recupero.
Confronto NFV
Per comprendere appieno il ruolo della virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV), è utile confrontarla con le architetture di rete tradizionali e le tecnologie correlate. Questa sezione illustra le differenze tra la virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV) e i modelli di virtualizzazione basati su hardware legacy, evidenziandone vantaggi, limiti e casi d'uso appropriati.
NFV contro SDN
Virtualizzazione delle funzioni di rete e networking definito dal software (SDN) sono tecnologie complementari che mirano entrambe ad aumentare l'agilità della rete e a ridurre la dipendenza dall'hardware proprietario, ma operano a livelli diversi dello stack di rete.
NFV si concentra sulla virtualizzazione dei servizi di rete eseguendoli come software su standard servers, sostituendo gli apparecchi dedicati. Al contrario, l'SDN centralizza il controllo di rete separando il piano di controllo dal piano dati, consentendo una gestione dinamica e programmabile del traffico tramite un controller centralizzato.
Mentre NFV migliora il servizio flexaffidabilità ed efficienza di distribuzione, SDN consente un controllo più granulare sui flussi di traffico. Insieme, possono creare soluzioni altamente flexambienti di rete flessibili, scalabili e automatizzati.
NFV contro VNF
La virtualizzazione delle funzioni di rete è il framework architettonico globale che consente la virtualizzazione dei servizi di rete, mentre una funzione di rete virtualizzata è l'implementazione software individuale di una specifica funzione di rete all'interno di tale framework. La virtualizzazione delle funzioni di rete (NFV) comprende l'intera infrastruttura, inclusi elaborazione, storage, networking e gestione/orchestrazione, necessaria per implementare ed eseguire le VNF. Al contrario, le VNF sono le applicazioni vere e proprie che eseguono attività come routing, firewalling o bilanciamento del carico.
In sostanza, la NFV fornisce l'ambiente e gli strumenti, e le VNF sono i componenti funzionali che operano all'interno di tale ambiente.
Qual è la differenza tra Cloud e NFV?
La differenza chiave tra cloud informatica e NFV risiede nel loro scopo e nella loro portata. Cloud L'informatica è un paradigma ampio che fornisce servizi di elaborazione, storage e software su Internet in modo scalabile e on-demand, supportando in genere applicazioni generiche in molti settori. NFV, d'altra parte, è un approccio architetturale specifico per la rete che virtualizza le funzioni di rete tradizionalmente eseguite su hardware dedicato, consentendo loro di operare su hardware standard. servers.
Mentre NFV può essere implementato all'interno cloud ambienti, si concentra specificamente sulla trasformazione del modo in cui vengono forniti i servizi di rete, mentre cloud l'informatica affronta una gamma più ampia di modelli di servizi IT, tra cui IaaS, PaaSe SaaS.
Quale futuro per la NFV?
Il futuro della NFV è strettamente legato all'evoluzione del 5G, edge computinge cloud-networking nativo. Con l'adozione sempre più diffusa di infrastrutture software-defined da parte degli operatori di telecomunicazioni e delle aziende, si prevede che la NFV si integrerà sempre più strettamente con la containerizzazione e microservices, consentendo distribuzioni più agili, scalabili e leggere attraverso tecnologie come kubernetes.
Il continuo spostamento verso cloud-VNF nativi, spesso denominati cloud-funzioni di rete native (CNF) miglioreranno ulteriormente l'automazione, la resilienza e l'agilità del servizio. Parallelamente, i progressi in AIL'orchestrazione guidata e il network slicing aiuteranno a ottimizzare le prestazioni NFV e l'utilizzo delle risorse.
Sebbene le sfide rimangano interoperabilità, prestazioni e complessità operativa, NFV continuerà a svolgere un ruolo fondamentale nella modernizzazione delle architetture di rete e nel supporto dei casi d'uso emergenti nel settore delle telecomunicazioni, IoTe reti aziendali.
