NFV: 傳統運維之殤

　　一直想形象的說(shuō)明什么是NFV(網(wǎng)絡(luò )功能虛擬化)，直到發(fā)現了這張圖...

　　短短20年，我們曾經(jīng)熟悉的計算器、相機、手表和游戲機等專(zhuān)用電子設備已經(jīng)從我們生活中消失，被智能手機取代。

　　那些計算器、老式相機和游戲機，是硬件和軟件封閉于一體的專(zhuān)用設備，它們終被智能手機上的APP代替，這些APP共享運行于智能手機的屏幕、處理能力和存儲空間。

　　一機在手，收走就走。我們可以在手機上快速安裝和切換各種不同的APP。同時(shí)，每天都有各種APP發(fā)布和升級，推陳出新，應接不暇，迭代與創(chuàng )新節奏根本停不下來(lái)。

　　NFV時(shí)代的通信網(wǎng)絡(luò )，何嘗不是如此?

　　什么是NFV?

　　過(guò)去，為了滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò )的高可靠性和高性能，網(wǎng)絡(luò )功能軟件運行于專(zhuān)用硬件之上。通信硬件設備無(wú)非包含了計算、存儲和交換等硬件資源，這些硬件資源和網(wǎng)絡(luò )功能軟件綁定在一起，如同一個(gè)封閉的盒子，各種盒子之間的資源是無(wú)法通用的。

　　所謂虛擬化技術(shù)，就是將這些計算、存儲和交換等硬件資源從封閉的盒子里解耦出來(lái)，用通用硬件代替，并組成一個(gè)巨大的硬件資源池。網(wǎng)絡(luò )功能的實(shí)現不再綁定于單一專(zhuān)用硬件資源，而是在這個(gè)通用的硬件資源池上創(chuàng )建虛擬機，用軟件部署的方式來(lái)實(shí)現傳統網(wǎng)絡(luò )功能。

　　這就好比共享智能手機上的屏幕、處理和存儲資源，來(lái)創(chuàng )建不同的APP，代替那些老式的計算器、相機和游戲機。

　　用一張圖來(lái)說(shuō)明...

　　VM：虛擬機(Virtual Machine)指通過(guò)軟件模擬的具有完整硬件系統功能的、運行在一個(gè)完全隔離環(huán)境中的完整計算機系統。

　　Hypervisor：創(chuàng )建和運行虛擬機的管理程序

　　為什么要虛擬化?

　　隨著(zhù)信息社會(huì )的發(fā)展，通信網(wǎng)絡(luò )就是如水電氣一樣的社會(huì )基礎設施，但是通信網(wǎng)絡(luò )比水電氣要求更高，它必須保持“一直連接”和“隨時(shí)可用”?？墒?，目前的網(wǎng)絡(luò )還做不到...

　　1)當發(fā)生自然災害或大型集會(huì )時(shí)，大量用戶(hù)同時(shí)接入使系統容量過(guò)載，不但影響用戶(hù)體驗，甚至還會(huì )引起系統宕機，導致大面積通信故障。為此，運營(yíng)商通常不得不限制用戶(hù)接入。

　　2)網(wǎng)絡(luò )故障。對做通信維護的兄弟來(lái)說(shuō)，可謂感之深，痛之切。一塊板卡壞了，導致大片區域通信中斷，無(wú)論刮風(fēng)下雨、風(fēng)吹日曬，維護人員都得搶在第一時(shí)間更換硬件恢復通信。但是，無(wú)論我們的速度多么快，網(wǎng)絡(luò )中斷總是會(huì )有的。

　　更悲催的是，沒(méi)有備件!

　　3)網(wǎng)絡(luò )擴容升級麻煩。當網(wǎng)絡(luò )需要擴容時(shí)，我們首先要規劃，向設備商購買(mǎi)設備，然后再請工程隊來(lái)安裝，可以說(shuō)，網(wǎng)絡(luò )擴容升級也是一個(gè)比較麻煩和漫長(cháng)的過(guò)程。

　　4)專(zhuān)用設備和維護費用昂貴。專(zhuān)用設備價(jià)格相對高昂，同時(shí)，為了維持網(wǎng)絡(luò )穩定，運營(yíng)商得養大批維護隊伍，盡管年年打折，但隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )越來(lái)越龐大，維護成本依然居高不下。簡(jiǎn)而言之，傳統網(wǎng)絡(luò )CAPEX和OPEX都很高。

　　NFV走了過(guò)來(lái)...

　　NFV有何優(yōu)點(diǎn)?對傳統運維有何顛覆性的改變?

　　我們從NFV的三個(gè)專(zhuān)業(yè)俗語(yǔ)說(shuō)起：scaling(彈性伸縮)、healing(自愈)和instantiation(實(shí)例化)。

　　1)scaling(彈性伸縮)

　　過(guò)去，當容量過(guò)載時(shí)，我們只能簡(jiǎn)單粗暴的限制用戶(hù)接入。有了scaling，當系統容量過(guò)載時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)“網(wǎng)絡(luò )擴容”，將網(wǎng)絡(luò )功能軟件自動(dòng)安裝于通用硬件資源池之上，全過(guò)程實(shí)現在線(xiàn)安裝，無(wú)需中斷服務(wù)。

　　具體的講，Scaling就是網(wǎng)絡(luò )根據系統負荷狀態(tài)增加或刪除虛擬機(VM)或網(wǎng)絡(luò )功能軟件。當系統超負荷時(shí)，就在通用硬件資源上添加虛擬機(VM)，稱(chēng)為scale-out(擴容);當系統負荷較輕，就刪除虛擬機(VM)，稱(chēng)為scale-in(縮容)。

　　Scaling分為自動(dòng)Scaling和人工Scaling，人工Scaling由維護人員來(lái)判斷是否需要擴縮容，通常發(fā)生在自動(dòng)Scaling難于執行的情況下。在NFV早期，自動(dòng)Scaling和人工Scaling將并存。未來(lái)，NFV的目標是實(shí)現全部自動(dòng)Scaling。

　　自動(dòng)Scaling過(guò)程如下圖所示：

　　2)healing(治愈)

　　NFV將軟件功能和傳統專(zhuān)用硬件分離，且采用通用的硬件，當硬件出現故障時(shí)，軟件會(huì )自動(dòng)轉移到備份的硬件之上。網(wǎng)絡(luò )不再有服務(wù)中斷，真正實(shí)現高可靠的網(wǎng)絡(luò )。

　　具體的講，硬件故障時(shí)，VM轉移到備用硬件上，也就是將軟件重新灌于通用硬件上，維持服務(wù)的連續性。當VM出現故障時(shí)，重建VM即可。

　　和Scaling一樣，Healing也分為自動(dòng)Healing和人工Healing，網(wǎng)絡(luò )最終將實(shí)現全自動(dòng)Healing。

　　全自動(dòng)Healing過(guò)程如下圖所示：

　　3)instantiation(實(shí)例化)

　　所謂實(shí)例化，意味著(zhù)可以預先準備網(wǎng)絡(luò )服務(wù)。我們可以在通用硬件上準備好虛擬機，并將網(wǎng)絡(luò )功能軟件部署于虛擬機之上。一旦網(wǎng)絡(luò )需要調動(dòng)資源，網(wǎng)絡(luò )功能軟件就可以根據網(wǎng)絡(luò )資源使用狀態(tài)實(shí)時(shí)啟動(dòng)運行，實(shí)現自愈、自動(dòng)Scaling和新業(yè)務(wù)部署等功能。

　　實(shí)例化縮短了網(wǎng)絡(luò )部署時(shí)間，可保證業(yè)務(wù)快速上線(xiàn)、調整或下線(xiàn)。

　　傳統網(wǎng)絡(luò )的升級/擴容通常包括規劃、安裝、調測和測試等幾個(gè)步驟，是一個(gè)相對漫長(cháng)的過(guò)程...

　　而引入NFV之后，網(wǎng)絡(luò )敏捷性大為提升，一個(gè)電信設備的部署周期可能從幾個(gè)月縮短為幾個(gè)小時(shí)，擴容周期從幾周擴展到幾分鐘，電信網(wǎng)絡(luò )新業(yè)務(wù)部署周期從數月級縮短到數周級...

　　NFV帶來(lái)的新問(wèn)題

　　NFV在通用硬件上創(chuàng )建和遷移虛擬機，這需要網(wǎng)絡(luò )可實(shí)時(shí)追蹤虛擬機的創(chuàng )建和遷移。具體的講，當虛擬機創(chuàng )建時(shí)，必須建立網(wǎng)絡(luò )路由，這樣虛擬機才能通信。同樣，當虛擬機遷移到其它硬件上時(shí)，會(huì )攜帶IP地址和MAC地址，刪除老路由，創(chuàng )建新路由，實(shí)現動(dòng)態(tài)路由切換。這就需要引入另一項技術(shù)——SDN來(lái)實(shí)現。

　　總之，NFV不僅是對傳統網(wǎng)絡(luò )構架的顛覆，也是對傳統設備商的一次沖擊，更是對傳統運維模式的一種顛覆式改變。維護與研發(fā)合并，軟件和云正在吞噬傳統通信，傳統運維正在慢慢被邊緣化...