NFV

چکیده

مجازی سازی توابع شبکه (NFV)، محاسبات ابری و تکنولوژی های IT را، به حوزه شبکه برای کمک به کاهش تجهیزات و هزینه های عملیاتی، مصرف توان و زمان ارائه به بازار برای خدمات و قابلیت های جدید ارائه می کنند. اما تکنولوژی های IT به تنهایی کافی نیستند. برنامه های کاربردی فراهم کننده سرویس از بیشتر برنامه های کاربردی IT تقاضای بیشتری دارند. برای برآوردن این نیازمندی ها، فراهم کنندگان سرویس نیاز به یک سکوی کاری NFV دارند که بهترین ویژگی های IT را ادغام کند-چابک بودن و هزینه های پایین-همراه با قابلیت هایی که برای برنامه های کاربردی مورد نیاز هستند. این مقاله بر مشخصات کلیدی و نیازمندی های سکوهای کاری NFV تمرکز دارد و نقش کلیدی که NFV در هدایت تامین کننده سرویس به سمت مدل های عملیاتی zero-touch دارد را برجسته می سازد.

روند به سمت NFV

مجازی سازی عملکردهای شبکه (NFV) یک روند جدید است. فراهم کنندگان سرویس برای متقاعدسازی فروشندگان برای حرکت از تجهیزات با اهداف خاص به شکل تیمی عمل می کنند و به سمت راه حل های فقط-نرم افزاری حرکت می کنند که در سرویس های جامعه ی استاندارد-صنعتی، سوییچ ها و تجهیزات ذخیره گاه عمل می کنند. برخی از موارد استفاده ی NFV که به طور مکرر مورد بحث و بررسی قرار می گیرند، به شرح زیر می باشند:

• (virtual IP Multimedia Subsystem (vIMS
• (virtual evolved packet core (vEPC
• (virtual content delivery networks (vCDN

با استفاده از تکنولوژی NFV، فراهم کنندگان سرویس انتطار دارند که به میزان زیادی هزینه های تجهیزات، مصرف توان و زمان ارائه به بازار برای خدمات و قابلیت های جدید کاهش یابد. NFV به دلیل رویکرد مبتنی بر نرم افزار آن به فراهم کنندگان سرویس امکان بدست آوردن درجه بالاتری از خودکارسازی عملیاتی و تسهیل فرآیندهای عملیاتی را نظیر برنامه ریزی ظرفیت می دهد. بر اساس پیش بینی ها، NFV به میزان زیادی محیط شبکه را تغییر داده و انتقال شبکه صنعتی را به یک رویکرد مجازی، مبتنی بر ابر انجام می دهد که دارای مشخصات زیر است:

• یک لایه سخت افزار کلی مستقل
• عملیات شبکه خودکار
• یک مدل توسعه و استقرار برنامه کاربردی چابک

NFV تکنولوژی های محاسبات ابری و IT را ارائه می کند که بسیاری از آنها در پروژه های متن باز نظیر openstack در حوزه شبکه ارائه شده اند. اما این تکنولوژی ها به تنهایی کافی نیستند. برنامه های کاربردی فراهم کننده سرویس بیشتر از برنامه های کاربردی IT تقاضا دارند. آنها باید خدمات بلادرنگ را با در دسترسی بالا ارائه کنند. برای برآوردن این نیازمندیها، راه حل های NFV باید بهترین ویژگی های IT-چابک بودن و هزینه های پایین-را با قابلیت های مورد نیاز برای برنامه های کاربردی ارائه کنند.

جامعه ی NFV که تقریبا از همه ی فراهم کنندگان سرویس و فروشندگان شبکه تشکیل شده است یک گروه مختص صنعت تحت حمایت موسسه استاندارد مخابرات اروپایی (ETSI) تشکیل داده است. این گروه متخصص نیازمندی ها و معماری را برای NFV تعریف می کند. این گروه پیشتر نیاز به یک زیرساخت مشترک با منابع محاسباتی و شبکه را همراه با مدیریت مشترک و لایه هماهنگ سازی تشخیص داد –تحت عنوان NFV Infrastructure)NFVI) به آن اشاره می شود- که برای پیاده سازی موفق NFV مورد نیاز هستند. این مولفه ها با هم سکوی کاری NFV را تشکیل می دهند.

NFV are demanding

عملکردهای شبکه مجازی باید نیازمندی های تاخیر را که عملکردهای شبکه سنتی برآورده می ساختند، برآورده سازند. آنها باید پنج تا نه قابلیت را فراهم کرده و کیفیت سرویس و سطوح امنیت یکسانی نظیر شبکه های مخابراتی را ارائه کنند. فراهم کنندگان سرویس این ایده را که عملکردهای شبکه در صورتی که کار یک مرکز داده ابر یا کل ناحیه مختل شود، عملکردهای شبکه نیز از کار می افتند را نخواهد پذیرفت.

به طور متداول، عملکردهای شبکه بر سخت افزار با هدف ساخت مشخص و مختص مخابرات نظیر سکوهای کاری معماری محاسباتی مخابراتی پیشرفته (ATCA) ارائه شده اند. فراهم کنندگان سرویس بستگی به قابلیت اعتماد و زمان های میانگین طولانی بین خرابی ها (MTBT) دارند که این عناصر سخت افزاری برای حصول سطح موجودیت مورد نیاز ارائه شده اند. در مقابل مدل های زیر که توسط شرکت های در مقیاس وب توسعه داده شده اند، نظیر گوگل و فیسبوک، NFV از سرورهای مقرون به صرفه و عناصر سخت افزاری استفاده می کند که ممکن است به قابلیت اعتمادی سرویس هایی که این فراهم کنندگان سرویس ارائه می کنند، نباشد. بنابراین جنبه ی در دسترس بودن باید از عناصر مجزا به سطح سیستم انتقال یابد که در دسترس بودن از طریق بسیاری عناصر مشارکتی همراه با سکوی کاری NFV ارائه می شود. بخش های IT سازمانی سعی در یکپارچه سازی مراکز داده و متمرکزسازی برنامه های کاربردی در تعداد کمی مرکز داده برای کاهش هزینه های عملیاتی دارند. این مدل به طور کلی برای فراهم کنندگان سرویس مناسب نیست. برای ارائه ی کارایی و در دسترس بودن، برنامه های کاربردی شبکه مجازی نیاز به اجرا بر یک ابر توزیع شده دارند و در edge,metro,core و برخی اوقات حتی در شبکه های دسترسی تعبیه می شوند. به جای هدایت ترافیک شبکه به یک یا چند مرکز داده متمرکز که نیاز به ظرفیت شبکه زیادی دارند، ترافیک در مراکز داده ی توزیع شده پردازش می شود. این رویکرد بار شبکه را با کاهش فاصله به مشترک و offloading ترافیک حداقل می سازد. چون multinational service providers باید نیازمندی های نظم دهنده را که قرارگیری داده قابل شناسایی شخصی را در مرزهای ملی محدود می سازند، برآورده سازند، این مراکز داده باید در کشورهای مختلف پراکنده باشند.

فراهم کنندگان سرویس، نیاز به کارآمدی عملیاتی دارند

قرار دادن عملیات شبکه در ماشین های مجازی برای ارائه ی کارآمدی هزینه و چابک بودن به فراهم کنندگان سرویس کافی نیست. اما NFV به فراهم کنندگان سرویس، سطح جدیدی از کارآمدی عملیاتی می دهد. رویکرد مبتنی بر نرم افزار NFV درجه بالاتری از خودکارسازی را ممکن می سازد که یک طرح کلیدی است که در طول مهاجرت به سمت NFV مشاهده خواهیم کرد. در یک محیط NFV، فرآیندهای عملیاتی نظیر استقرار سرویس، تخصیص منبع بر حسب تقاضا، تشخیص خرابی و ترمیم به موقع و ارتقای نرم افزار را می توان با مداخله خیلی کم یا بدون مداخله انسان برنامه ریزی کرد(zero-touch) این امر فرصتی برای کاهش بازه های فرآیند از ماه ها تا سال ها و روزها و هفته ها را فراهم می کند. دیگر لازم نیست که عملیات به مکان های از راه دور برای تحویل، نصب یا ترمیم عناصر شبکه ارسال شوند. اکنون این وظایف را می توان از راه دور کامل کرد و امکان دسترسی به منابع محاسباتی، ذخیره سازی و شبکه امکان پذیر است. تحت حمایت devops، افسران اطلاعات ارشد پیشرفته (CIO) یک فرهنگ جدید از مداخله را بر اساس روش های توسعه چابک ایجاد کرده اند. Devops روش های توسعه چابک را با عملیات و تضمین کیفیت یکپارچه ساخته و بسط داده اند. با استفاده از NFV فراهم کنندگان سرویس می توانند روش های Devops را به حوزه خدمات شبکه و ارتباطات برای تسریع مداخله با نرخ بالایی از تولید اعمال کنند. آنها می توانند موارد زیر را ارتقا بخشند:

• مدیریت چرخه حیات محصول
• مدیریت ظرفیت و موجودی
• مدیریت پیکربندی
• تضمین خدمات
• مدیریت امنیت

به عنوان مثال، در مدیریت ظرفیت، برنامه ریزی برای انواع منحصر به فرد عناصر شبکه دیگر مورد تمرکز اصلی نیست. به جایش، ظرفیت منابع محاسباتی، ذخیره سازی و شبکه باید در سطح تجمعی برای در نظر گرفتن این که کمبود ذخیره سازی در یک مکان اغلب با ظرفیت موجود در سایر مکان ها جبران می شود، برنامه ریزی شود.

NFV platform requirements

برای بدست آوردن پتانسیل NFV، فراهم کنندگان سرویس و توسعه دهندگان برنامه های کاربردی نیاز به یک پلتفرم NFV دارند که به آنها امکان استفاده از مزایای مجازی سازی را می دهد. شکل زیر به شرح معماری مفهومی چنین پلتفرمی می پردازد.

پلتفرم NFV باید یک لایه مدیریت و هماهنگ سازی را از جمله قابلیت PaaS، فراهم کند که توسعه و استقرار عملکردهای شبکه مجازی را ساده و تسهیل می کند. علاوه بر این، پلتفرم NFV باید یک زیرساخت NFV را فراهم کند که از Node های ابر با منابع محاسباتی و ذخیره سازی به همراه پلتفرم شبکه تعریف شده نرم افزاری (SDN) برای تهیه سریع ساختارهای شبکه مجازی مورد نیاز برای کاربردهای NFV فراهم کند. این عناصر با هم ابزارهای عملیاتی را ارائه می کنند که به فراهم کنندگان سرویس، مدل های عملیاتی کارآمدی را ارائه خواهد کرد. پلتفرم NFV باید مجازی سازی و تکنولوژی های ابر را برای برآوردن نیازمندی های زیر انجام دهد:

• Distributed cloud infrastructure
• Automated cloud nodes
• Automated application lifecycle management
• Network automation
• An open and multivendor environment

Distributed cloud infrastructure (زیرساخت ابر توزیع شده)

در دنیای IT، تمرکز بر یکپارچه سازی مرکز داده و متمرکزسازی برنامه های کاربردی در یک یا تعداد کمی مرکز داده است. در دنیای telco، نیازمندی های تاخیر و در دسترس بودن نیاز به معماری توزیع شده و انعطاف پذیرتری با مراکز داده و نقاط فشار که در یک ناحیه پوشش قرار گرفته اند، دارد. به همین دلیل عملکردهای شبکه باید در شبکه تعبیه شده و در edge ,metro ,network core یا سطح دسترسی استقرار یابند.

یک پلتفرم NFV باید از یک معماری توزیع شده پشتیبانی کند که به شرح زیر است:

• به توسعه دهندگان برنامه کاربردی، کنترلی را بر استقرار عملکردهای شبکه و زیر عملکردها می دهد
• مکان های بارکاری بهینه را به صورت خودکار بر اساس سیاست های فراهم کننده سرویس و در دسترس بودن منبع می یابد.

شکل 2-5 به شرح این مفاهیم می پردازد.

پلتفرم NFV باید به طور هوشمند بارهای کاری را بر اساس سیاست های فراهم کننده سرویس و در دسترس بودن منبع قرار دهد.

علاوه بر این، فراهم کنندگان سرویس نیاز به مدیریت و همگام سازی مراکز داده توزیع شده و شبکه به عنوان یک ابر مجازی منحصر به فرد دارند. با این توانایی، کارمندان عملیاتی می توانند به تجزیه و تحلیل و پایش کل پلتفرم ابر به صورت بلادرنگ با استفاده از ابزارهایی برای هماهنگ سازی رخدادها و metric ها از ورودیهای مختلف برای تصمیم گیری موثرتر بپردازند.

Automated cloud nodes

در یک زیرساخت توزیع شده ی NFV، مراکز داده و نقاط حضور باید اضافه شده و غالبا در محیط متمرکز با مراکز داده متمرکز، تغییر کنند. باید ده ها، صدها یا حتی هزاران node ابر بر ناحیه پوشش قرار داشته باشند که هر کدام منابع محاسباتی، ذخیره سازی و شبکه را فراهم می کنند. برای حصول مزایای هزینه ی کلان (CAPEX) یک NFV، فراهم کنندگان سرویس به دنبال استقرار سخت افزار مقرون به صرفه و با تولید انبوه هستند. همچنین آزادی انتخاب فروشندگان مد نظر خود را بدون نگاه به یک فروشنده خاص می خواهند که سیستم مدیریت و همگام سازی یا عملکردهای شبکه مجازی خاصی را ارائه کند. این رویکرد یک مدل نگهداشت را توانمند می سازد که مولفه های مجزا دیگر ترمیم نمی شوند، اما به سادگی تا زمانی که node ابر جایگزین شود، کنار گذاشته می شوند. در چنین محیطی، یک نوع خودکار و از پیش پیکربندی شده node ابر برای پایین نگهداشتن هزینه های عملیاتی لازم است. در حالی که نصب یک node ابر می تواند یک هفته یا بیشتر به طول بیانجامد، یک node ابر NFV را می توان به طور معمول در چند ساعت پیکربندی کرد.

مدیریت چرخه حیات برنامه های کاربردی خودکار

نرم افزار برنامه های کاربردی NFV امکان فرآیندهای مدیریت چرخه حیات کارآمدتر را فراهم می کنند. در یک سناریو در بهترین حالت، یک سرویس جدید را می توان در مکان های مورد نیاز با فشار یک دکمه بدون بدست آوردن و نصب تجهیزات جدید استقرار داد. برای توانمندسازی این خودکارسازی، یک برنامه کاربردی در ابتدا در یک پلتفرم NFV قرار می گیرد. این امر شامل شرح مولفه های برنامه کاربردی و مشخص سازی چگونگی اجرای مراحل چرخه حیات می شود که در شکل 3-5 نمایش داده شده است.

پلتفرم NFV همه ی مراحل چرخه حیات را خودکار می سازد.

• ادامه دارد...