5G切片 & NFV & SDN 架构笔记

Posted 2023-04-04 深度不睡觉

目录

• • 1 NFV
  • • 1.1 NFV 的参考架构
    • • 1.1.1 基础网络虚拟化架构（NFVI）
      • 1.1.2 虚拟网络功能（VNFs）
      • 1.1.3 管理自动化及网络编排（MANO）
    • 1.2 NFV 参考架构所涉及的简写
  • 2 SDN
  • 3 “5G”
  • • 3.1 传输网、核心网、承载网、接入网
    • 3.2 独立组网（SA）和非独立组网（NSA）

1 NFV

网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）是一种关于网络架构的概念。我们平时使用的x86服务器由硬件厂商生产，在安装了不同的操作系统以及软件后实现了各种各样的功能。而传统的网络设备并没有采用这种模式，路由器、交换机、防火墙、负载均衡等设备均有自己独立的硬件和软件系统。NFV借鉴了x86服务器的架构，它将路由器、交换机、防火墙、负载均衡这些不同的网络功能封装成独立的模块化软件，通过在硬件设备上运行不同的模块化软件，在单一硬件设备上实现多样化的网络功能。

网络功能虚拟化（NFV，Network Function Virtualization），是通过软件实现虚拟化的网络功能。其目标是将网络功能中用专用硬件实现与软件实现分离，和通用硬件联姻，从而降低成本和功耗。

1.1 NFV 的参考架构

NFV架构是欧洲电信标准协会（ETSI）提出的用于定义NFV实施标准的一种标准架构。NFV的理念是将标准化的网络功能应用于统一制式的硬件上。不同于传统物理设备中软件与硬件强绑定的关系，在NFV架构中，实现各种网络功能的标准化软件必须能够应用在同一台硬件设备上。这就要求NFV需要有一个统一的标准。

NFV架构由基础网络功能虚拟化架构（NVFI）、虚拟网络功能（VNFs）、管理自动化及网络编排（MANO）三个部分组成。

1.1.1 基础网络虚拟化架构（NFVI）

网络功能虚拟化的基础设施（NFV infrastructure），对应云计算的基础设施。把一堆的计算（服务器）、存储、网络的基础设施硬件资源通过虚拟化的技术形成我们的计算、存储、网络的资源池。即将通用的硬件资源虚拟化形成资源池的。

在NFV中，物理硬件资源包括计算、存储和网络，通过虚拟化层(例如hypervisor)提供处理、存储和连接到VNFs。

1.1.2 虚拟网络功能（VNFs）

包括VNF和EMS，VNF网络功能，EMS为单元管理系统，对VNF的功能进行配置和管理。一般情况下，EMS和VNF是一一对应的。可以理解为VNF是NFV架构中的虚拟网络功能单元，传统的基于硬件的网元可以称为PNF。可以理解为对电信业务网络中现有物理网元进行功能虚拟化的过程，将以软件模块形式部署在NFVI提供的虚拟资源上，从而实现网络功能的虚拟化。

1.1.3 管理自动化及网络编排（MANO）

VIM： NFVI被VIM管理，VIM控制着VNF的虚拟资源分配，如虚拟计算，虚拟存储和虚拟网络。Openstack和VMWare都可以作为VIM，前者是开源的，后者是商业的。

VNFM： 管理VNF的生命周期，如上线、下线，进行状态监控、image onboard。VNFM基于VNFD（VNF描述）来管理VNF。

NFVO： 用以管理NS（Network Service，网络业务）生命周期，并协调NS生命周期的管理、协调VNF生命周期的管理（需要得到VNF管理器VNFM的支持）、协调NFVI各类资源的管理（需要得到虚拟化基础设施管理器VIM的支持），以此确保所需各类资源与连接的优化配置。onboard新的网络业务，VNF转发表，VNF package。 NFVO基于NSD（网络服务描述）运行，NSD中包含Service chain，NFV以及perfomance goal等。

1.2 NFV 参考架构所涉及的简写

ETSI： 欧洲电信标准协会（European Telecommunications Sdandards Institute 简称ETSI 下同）是独立的非赢利性的欧洲地区性信息和通信技术（ICT）标准化组织, 这些技术包括：电信、广播和相关领域，例如智能传输和医用电子技术。ETSI 也是制作NFV架构标准的组织。

IETF： 国际互联网工程任务组（The Internet Engineering Task Force，简称 IETF）是一个公开性质的大型民间国际团体，汇集了与互联网架构和互联网顺利运作相关的网络设计者、运营者、投资人和研究人员，并欢迎所有对此行业感兴趣的人士参与。

BSS： Business support system 业务支撑系统

OSS： Operation support system 运营支撑系统

MSS： Management Support System 管理支撑系统

(前二者又合称BOSS:Business and Operation support system )

在企业（特别在是电信行业）IT战略规划中占据了重要地位的三大支柱内容。

NE： network element 网元（网络元件）

EMS： 网元管理系统(network element management system，EMS)是管理特定类型的一个或多个电信网络单元（NE）的系统。一般来说，EMS管理着每个NE的功能和容量，但并不理会网络中不同NE之间的交流。

NFVI： 网络功能虚拟化的基础设施（NFV infrastructure），对应云计算的基础设施。把一堆的计算（服务器）、存储、网络的基础设施硬件资源通过虚拟化的技术形成我们的计算、存储、网络的资源池。即将通用的硬件资源虚拟化形成资源池的。

VNF： 包括VNF和EMS，VNF网络功能，EMS为单元管理系统，对VNF的功能进行配置和管理。一般情况下，EMS和VNF是一一对应的。可以理解为VNF是NFV架构中的虚拟网络功能单元，传统的基于硬件的网元可以称为PNF。可以理解为对电信业务网络中现有物理网元进行功能虚拟化的过程，将以软件模块形式部署在NFVI提供的虚拟资源上，从而实现网络功能的虚拟化。

COTS： COTS即Commercial Off-The-Shelf 翻译为“商用现成品或技术”或者“商用货架产品”，指可以采购到的具有开放式标准定义的接口的软件或硬件产品，可以节省成本和时间。

hypervisor：
运行在基础物理服务器和操作系统之间的中间软件层，可以访问服务器上包括磁盘和内存在内的所有物理设备。Hypervisor协调硬件资源访问，各个虚拟机之间的防护。服务器启动后，它会加载所有虚拟机客户端的操作系统，为虚拟机分配内存、磁盘和网络等。

Hypervisor是所有虚拟化技术的核心，主要功能是非中断的支持多工作负载迁移能力。

产品：目前时长主要厂商以及产品如下，VMware vSphere、微软Hyper-V、CitrixXenServer、IBM PowerVM、Red Hat Enterprise Virtulization、开源KVM、Xen、VirtualBSD等。

RAN： 无线接入网

2 SDN

3 “5G”

LTE（Long Time Evolution 长期演进技术）。LTE也被通俗的称为3.9G，具有100Mbps的数据下载能力，被视作从3G向4G演进的主流技术。

3.1 传输网、核心网、承载网、接入网

参考链接: 什么是传输网、核心网、承载网、接入网？

3.2 独立组网（SA）和非独立组网（NSA）

独立组网模式（SA）： 指的是新建5G网络，包括新基站、回程链路以及核心网。SA引入了全新网元与接口的同时，还将大规模采用网络虚拟化、软件定义网络等新技术，并与5GNR结合，同时其协议开发、网络规划部署及互通互操作所面临的技术挑战将超越3G和4G系统。

非独立组网模式（NSA）： 非独立组网指的是使用现有的4G基础设施，进行5G网络的部署。基于NSA架构的5G载波仅承载用户数据，其控制信令仍通过4G网络传输。

参考链接: 5G标准——独立组网(SA)和非独立组网(NSA)

sdn&openflow&nfv相关链接

openflow：www.opennetworking.org

wikipedia：

OpenFlow能够引导远程的控制器，经由网络交换器，决定网络数据包要由何种路径通过网络交换机。这个协议的发明者，将它当成软件定义网络（Software-defined networking）的引导器。

OpenFlow允许从远程控制网络交换器的数据包转送表，通过新增、修改与移除数据包控制规则与行动，来改变数据包转送的路径。比起用 访问控制表 (ACLs) 和路由协议，允许更复杂的流量管理。同时，OpenFlow允许不同供应商用一个简单，开源的协议去远程管理交换机（通常提供专有的接口和描述语言）

软件定义网络（英语：Software-defined networking，缩写SDN）是一种新型网络架构。它利用OpenFlow协议将路由器的控制平面（control plane）从数据平面（data plane）中分离，改以软件方式实现。该架构可使网络管理员在不更动硬件设备的前提下，以中央控制方式用程序重新规划网络，为控制网络流量提供了新方案，也为核心网络和应用创新提供了良好平台。^[1]

Facebook与Google都在他们的数据中心中使用OpenFlow协议，并成立了开放网络基金会来推动这个技术。