通用但不随意:NFV也要求硬件可用、可靠、可管理

责任编辑:editor005

2015-12-04 15:30:15

摘自:C114中国通信网

在电信行业中,运营商和设备制造商们已经逐步接受NFV,并开始NFV的转型之路。2 Data Plane Developers Kit (DPDK) -enabled vSwitch: 一个内核旁路机制——为了提高包处理的速度,允许虚拟交换机旁路内核并直接与兼容的网卡通信。

在电信行业中,运营商和设备制造商们已经逐步接受NFV,并开始NFV的转型之路。电信运营商正在加快走向NFV的步伐,期待获得更快的业务部署速度、提供更加灵活的网络服务,同时大幅度降低通信网络建设成本。

最初,许多人关注NFV的原因是希望将网络功能从昂贵的专有平台转至通用服务器,以节省设备投资成本。然而随着时间的推移,人们已经越来越意识到一个现实问题:即便是采用通用标准化的硬件设备,也不意味着可以忽略硬件本身的品质。

来自惠普企业(HPE)的工业标准化服务器专家闫长春在过去十余年中一直致力于为中国的电信运营商提供支持服务。对于NFV应当选择什么样的硬件产品这一问题,基于自己以往在IT和CT行业中积累的经验,他做了这样一个比喻。

想象一下,如果您是住在某城市郊区的闫先生。如果您需要一辆车,您会购买一辆适合自己日常所需的车——平时上班代步、去足球场和学校接孩子,油耗较低、便于维护等。一辆适合您的车大致如下:

相反,如果您是看守高谭市的蝙蝠侠——布鲁斯 韦恩,您的车将会完全不同,大致如下。

普通IT的应用就像我们世界里的闫先生,它们的需求主要是通用的大量基础设施,使其快速部署以满足工作负载并显著降低成本。电信级应用则像布鲁斯 韦恩,它的需求更加苛刻。

因此,即便NFV的本质是通过解耦的方式可以将网络功能运行于商用货架产品上,所有电信行业从业者也必须时刻警惕一个问题:不要让随意选择的硬件毁掉NFV的转型之路。

闫长春指出,采用商用货架产品取代原有的专用设备的确可以降低网络建设成本,然而这并不意味着可以随意选择硬件设备作为“商用货架产品”。事实上,无论设备属于那种类型,当它们被应用于电信级环境时,都必须考虑该设备是否真正符合电信级应用环境的要求。诸如环境要求(温度湿度、防火、地震、空气污染等)、安装空间要求(布线系统、分布和互联框架、电源设备等)、电磁兼容性和安全的要求(电子干扰、静电放电、照明、直流电位差等)等各种因素都是网络建设者们必须认真考虑的。

贝尔实验室于上世纪七十年代提出的网络设备构建系统(NEBS)概念就是旨在帮助设备供应商们了解电信运营商的需求和环境。如今,它已经发展到一组规定电信环境中电信级设备可操作性的规范和测试。如果设备供应商们希望自己生产制造的通用设备能够被应用于电信网络建设中,他们也必须正视NEBS测试。据闫长春介绍, HPE所提供的工业标准化服务器中,DL380 Gen9、BL460c Gen9服务器均已通过了NEBS3.0认证,可满足电信行业对于硬件设备最苛刻的可靠性要求,能够为NFV的实施、推广提供有力的保障。

除此之外,传统的IT设备应用于电信级应用时还必须提供高于企业级应用水平的性能。这包括在计算、内存、存储和网络层所需的性能增强。

借助抢占式内核技术满足系统实时性要求

电信运营商的工作负载要求应用进程的响应时间是可以确定的,这个响应时间可以通过对进程分配不同的优先级加以指定或调整。在传统的操作系统中,进程被分配一个时间片(或一个最大执行时间)来执行任务,一个具有更高优先级的用户任务必须等待该时间片到期后才能被执行。换句话说,在非抢占式内核环境下,只有当应用进程完成任务或自愿放弃时,其它进程才能获得操作系统内核中正在执行的线程资源。这一特点将会影响到一个电信级平台的可靠性和实时性。

一个符合运营商级要求的操作系统可以借助全抢占式内核技术实现实时性扩展。调度程序将配置为可以根据优先级决定线程的分配。在抢占式内核环境下,当一个更高优先级的任务就绪时,线程将从正在执行的任务中被抢占出来,以执行更高优先级的任务。Linux在2.6和3.0版本的内核中都已提供了抢占式内核技术。

虚拟机的CPU和内存加速

与传统的IT系统相比,云环境往往会在裸金属硬件之上增加一个hypervisor层。为了确保性能不受Hypervisor层的严重影响,需要在云环境下为运营商级虚拟机提供各种CPU和内存加速技术。

在运营商级环境下,需要允许用户将制定的虚拟机与制定的的CPU内核进行绑定,以此来保证该虚拟机的运行性能。宿主机操作系统还应当允许大页面并预留连续内存资源池,为虚拟机减少或消除内存碎片。今天的服务器都具有NUMA能力,可以确保CPU访问同一单元内的内存资源,以此降低内存访问的延迟。

通过虚拟功能和虚拟交换机内核旁路提升网络系统

一个虚拟化环境依赖于虚拟交换机为虚拟机提供丰富的、安全的网络功能。数据平面的性能水平对于网络密集型环境(如电信云)的成功是至关重要的。然而,虚拟化为网络流量又增加了另外一个流程层——对网络吞吐量具有可预见的影响。hypervisor层引起的延迟增加是一个关键的性能挑战,这必须由运营商级平台进行解决。

在运营商级平台上,两种广泛使用的选项可以降低网络延迟,如下:

1. Single root I/O virtualization (SR-IOV):允许一个网络设备在系统里作为多个网络设备出现的机制;或者换句话说,将一个典型的物理功能变成多个虚拟功能。

2. Data Plane Developers Kit (DPDK) -enabled vSwitch: 一个内核旁路机制——为了提高包处理的速度,允许虚拟交换机旁路内核并直接与兼容的网卡通信。

结论

一个电信级环境不仅要为电信运营商提供一个开放、高效、行业标准化平台用以管理他们的基础设施资源池,同时也必须满足电信级应用严格的可用性、可靠性和管理性的需求。通过运用一系列加速技术,并遵守各种标准机构设立的规范,一个电信级平台可以为托管网络服务提供一个高性能、符合标准的环境。因此,尽管NFV的初衷之一是使用通用硬件取代原有的专用硬件,运营商或其它参与者们仍需明白,在硬件选择的过程中仍然需要精挑细选,别让随意选择的硬件毁掉NFV的转型之路。

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