企業(yè)、移動運營商和數(shù)據(jù)中心歷來以其定制設計的物理硬件和軟件為基礎構(gòu)建其網(wǎng)絡基礎設施。其例子包括網(wǎng)關(guān)、交換機、路由器、網(wǎng)絡負載均衡器、移動核心和無線接入網(wǎng)絡中的移動應用，例如vEPC(虛擬演進分組核心)、vCPE(虛擬客戶端設備)、vRAN(虛擬無線接入網(wǎng)絡)，以及安全應用程序(例如防火墻、NGFW、IDS/IPS、SSL/IPSe卸載設備、DLP和防病毒應用程序)。

傳統(tǒng)上，運營商不得不為這些不同的應用程序購買和部署定制網(wǎng)絡設備。網(wǎng)絡功能虛擬化(NFV)背后的愿景是運營商能夠支持這些功能作為軟件應用程序，稱為虛擬網(wǎng)絡功能(VNF)，并在虛擬機或標準服務器上的容器中運行，而不是購買專用設備來運行每個網(wǎng)絡應用程序。從離散的客戶架構(gòu)轉(zhuǎn)向更加統(tǒng)一的“僅限x86架構(gòu)”，有望降低成本，簡化網(wǎng)絡基礎設施的部署和管理，擴大供應商選擇范圍，最終實現(xiàn)網(wǎng)絡和安全市場的橫向擴展。

大多數(shù)情況下，標準平臺上的軟件應用程序無需分配大量CPU資源即可滿足吞吐量和延遲需求，但這是不切實際的假設。運營商意識到虛擬網(wǎng)絡功能(VNF)節(jié)省的成本被部署整個計算資源的需求所抵消，以解決單個設備之前可以解決的問題。滿足專用解決方案相同性能所需的CPU和服務器的成本、機架空間及功耗最終會比定制設計的替代方案更加昂貴。操作簡單性和顯著降低總體擁有成本的愿景仍然是企業(yè)未來的夢想。

5G的復雜因素

隨著5G網(wǎng)絡成為現(xiàn)實，運營商將通過其通用虛擬網(wǎng)絡功能基礎設施(NFVi)面臨更大的性能和擴展問題。企業(yè)向5G的轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿泳W(wǎng)絡帶來了新的要求，并需要創(chuàng)建自己的超大規(guī)模網(wǎng)絡版本，這是滿足技術(shù)性能目標所必需的，但是在適當?shù)慕?jīng)濟規(guī)模上。與之前的3G/ 4G移動協(xié)議實例相比，許多因素對5G網(wǎng)絡來說是唯一的。距離越短，頻率越高，因此，無線網(wǎng)絡可以處理的帶寬越多。

隨著5G的出現(xiàn)，用戶、人員、物聯(lián)網(wǎng)設備的數(shù)量激增，這從根本上影響了網(wǎng)絡中獨特流的數(shù)量，并且需要非常低的延遲。與以前的移動技術(shù)相比，這項新技術(shù)還承諾降低能耗和成本。這些5G目標一旦實現(xiàn)，將推動無線通信應用于全新領(lǐng)域。

智能網(wǎng)卡(NIC)的強大功能

為了擴展虛擬網(wǎng)絡功能以滿足性能目標，運營商必須基于基于FPGA的智能網(wǎng)卡(NIC)部署數(shù)據(jù)加速。這種技術(shù)可以卸載托管各種虛擬網(wǎng)絡功能(VNF)的x86處理器，以支持承諾的廣泛服務。

事實證明，使用智能網(wǎng)卡(NIC)加速虛擬交換是部署虛擬網(wǎng)絡功能(VNF)的性能最高、最安全的方法。虛擬機(VM)可以使用加速數(shù)據(jù)包I/O，并通過硬件保證數(shù)據(jù)流量的隔離，同時保持vSwitch功能?；贔PGA的智能NIC專門用于vSwitch所需的匹配/動作處理，可以卸載關(guān)鍵的安全處理，為虛擬網(wǎng)絡功能(VNF)應用程序釋放CPU資源。虛擬交換、流分類、過濾、智能負載均衡和加密/解密等功能都可以在智能網(wǎng)卡中執(zhí)行，并從容納虛擬網(wǎng)絡功能(VNF)的x86處理器卸載，同時通過VirtIO等技術(shù)保持虛擬網(wǎng)絡功能(VNF)透明，提供網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的通用管理和編排層

一種新的架構(gòu)

運行固定功能、硬化、昂貴、操作緩慢且成本高昂的網(wǎng)絡和安全解決方案不再可行?？朔摂M網(wǎng)絡功能(VNF)部署面臨挑戰(zhàn)的技術(shù)需要基于標準服務器的可重新配置計算平臺。此外，這些服務器必須能夠使用內(nèi)聯(lián)或后備模型卸載和加速計算密集型工作負載，以便在x86通用處理器和針對虛擬環(huán)境優(yōu)化的基于軟件可重配置FPGA的智能網(wǎng)卡(NIC)之間適當分配工作負載。

當COTS(商務現(xiàn)貨供應)服務器平臺與支持最苛刻要求的基于FPGA的智能網(wǎng)卡(NIC)耦合時，網(wǎng)絡應用程序能夠以數(shù)百千兆位的吞吐量運行，并支持數(shù)百萬個并發(fā)流。憑借這種獨特的架構(gòu)，利用COTS(商務現(xiàn)貨供應)硬件的優(yōu)勢進行網(wǎng)絡應用，網(wǎng)絡功能(VNF)的愿景并未出現(xiàn)，但顯然是可以實現(xiàn)的?？芍匦屡渲玫挠嬎闫脚_架構(gòu)使組織能夠參與軟件定義和虛擬化計算，并且不會犧牲性能。

【來源：https://www.linuxprobe.com/network-function-virtualization.html】

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