NFV: 傳統運維之殤

　　一直想形象的說明什么是NFV(網絡功能虛擬化)，直到發現了這張圖...

　　短短20年，我們曾經熟悉的計算器、相機、手表和游戲機等專用電子設備已經從我們生活中消失，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，每天都有各種APP發布和升級，推陳出新，應接不暇，迭代與創新節奏根本停不下來。

　　NFV時代的通信網絡，何嘗不是如此?

　　什么是NFV?

　　過去，為了滿足網絡的高可靠性和高性能，網絡功能軟件運行于專用硬件之上。通信硬件設備無非包含了計算、存儲和交換等硬件資源，這些硬件資源和網絡功能軟件綁定在一起，如同一個封閉的盒子，各種盒子之間的資源是無法通用的。

　　所謂虛擬化技術，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，用通用硬件代替，并組成一個巨大的硬件資源池。網絡功能的實現不再綁定于單一專用硬件資源，而是在這個通用的硬件資源池上創建虛擬機，用軟件部署的方式來實現傳統網絡功能。

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

　　用一張圖來說明...

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

　　Hypervisor：創建和運行虛擬機的管理程序

　　為什么要虛擬化?

　　隨著信息社會的發展，通信網絡就是如水電氣一樣的社會基礎設施，但是通信網絡比水電氣要求更高，它必須保持“一直連接”和“隨時可用”。可是，目前的網絡還做不到...

　　1)當發生自然災害或大型集會時，大量用戶同時接入使系統容量過載，不但影響用戶體驗，甚至還會引起系統宕機，導致大面積通信故障。為此，運營商通常不得不限制用戶接入。

　　2)網絡故障。對做通信維護的兄弟來說，可謂感之深，痛之切。一塊板卡壞了，導致大片區域通信中斷，無論刮風下雨、風吹日曬，維護人員都得搶在第一時間更換硬件恢復通信。但是，無論我們的速度多么快，網絡中斷總是會有的。

　　更悲催的是，沒有備件!

　　3)網絡擴容升級麻煩。當網絡需要擴容時，我們首先要規劃，向設備商購買設備，然后再請工程隊來安裝，可以說，網絡擴容升級也是一個比較麻煩和漫長的過程。

　　4)專用設備和維護費用昂貴。專用設備價格相對高昂，同時，為了維持網絡穩定，運營商得養大批維護隊伍，盡管年年打折，但隨著網絡越來越龐大，維護成本依然居高不下。簡而言之，傳統網絡CAPEX和OPEX都很高。

　　NFV走了過來...

　　NFV有何優點?對傳統運維有何顛覆性的改變?

　　我們從NFV的三個專業俗語說起：scaling(彈性伸縮)、healing(自愈)和instantiation(實例化)。

　　1)scaling(彈性伸縮)

　　過去，當容量過載時，我們只能簡單粗暴的限制用戶接入。有了scaling，當系統容量過載時，自動觸發“網絡擴容”，將網絡功能軟件自動安裝于通用硬件資源池之上，全過程實現在線安裝，無需中斷服務。

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

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

　　自動Scaling過程如下圖所示：

　　2)healing(治愈)

　　NFV將軟件功能和傳統專用硬件分離，且采用通用的硬件，當硬件出現故障時，軟件會自動轉移到備份的硬件之上。網絡不再有服務中斷，真正實現高可靠的網絡。

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

　　和Scaling一樣，Healing也分為自動Healing和人工Healing，網絡最終將實現全自動Healing。

　　全自動Healing過程如下圖所示：

　　3)instantiation(實例化)

　　所謂實例化，意味著可以預先準備網絡服務。我們可以在通用硬件上準備好虛擬機，并將網絡功能軟件部署于虛擬機之上。一旦網絡需要調動資源，網絡功能軟件就可以根據網絡資源使用狀態實時啟動運行，實現自愈、自動Scaling和新業務部署等功能。

　　實例化縮短了網絡部署時間，可保證業務快速上線、調整或下線。

　　傳統網絡的升級/擴容通常包括規劃、安裝、調測和測試等幾個步驟，是一個相對漫長的過程...

　　而引入NFV之后，網絡敏捷性大為提升，一個電信設備的部署周期可能從幾個月縮短為幾個小時，擴容周期從幾周擴展到幾分鐘，電信網絡新業務部署周期從數月級縮短到數周級...

　　NFV帶來的新問題

　　NFV在通用硬件上創建和遷移虛擬機，這需要網絡可實時追蹤虛擬機的創建和遷移。具體的講，當虛擬機創建時，必須建立網絡路由，這樣虛擬機才能通信。同樣，當虛擬機遷移到其它硬件上時，會攜帶IP地址和MAC地址，刪除老路由，創建新路由，實現動態路由切換。這就需要引入另一項技術——SDN來實現。

　　總之，NFV不僅是對傳統網絡構架的顛覆，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...