Технология виртуализации сетевых функций NFV и мети SDN

1. Технология виртуализации сетевых функций NFV и программно-конфигурируемые сети SDN

Технология виртуализации сетевых
функций NFV и программноконфигурируемые сети SDN
Профессор В.Ю. Деарт

2. Содержание

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
Общие принципы виртуализации
Виртуализация сетевых функций NVF
Пример виртуализации LTE радиочасти
Пример виртуализации EPC и IMS
Что такое облако?
Что такое OpenStack?
Концепция SDN
Введение в OpenFlow

3. Общие принципы виртуализации

Virtualization abstracts the underlying physical structure of various
technologies. Virtualization, in computing, is the creation of a virtual (rather
than actual) version of something, such as a hardware platform, operating
system, a storage device or network resources
Server virtualization
• Creates multiple isolated environments
• Allows multiple OS’s and workloads to run on the same physical hardware
• Solves the problem of tight coupling between OS’s and hardware

4. Virtual Machines

• Virtual machines provide:
• Hardware independence–Guest VM
sees the same hardware regardless
of the host hardware
• Isolation –VM’s operating system is
isolated from the host operating
system
• Encapsulation–Entire VM
encapsulated into a single file

5. Two classifications of Hypervisors

Native (Hardware-Level): software
runs
• directly on top of a given hardware
platform as a control program for
operating systems
Hosted (OS-Level): software runs
• within an operating system
environment as a control program
for other operating systems

6. Virtualization and Hypervisors

Hypervisors: Type-1
Properties
Thin hypervisor layer with direct hardware control
running on top of bare metal.
Hypervisor manages CPU and memory resources.
Guest OSs rely either on hypervisor or its facilities for
I/O.
Strong partitioning and isolation by controlling the
hypervisor.
Applications
Apps
Apps
Apps
OS
OS
OS
Virtual HW
Virtual HW
Virtual HW
Server virtualization in datacenters.
VMM
CPU
Memory
Devices

7. Virtualization and Hypervisors

Hypervisors: Type-1 VMware ESXi/ESX
Type-1 bare metal hypervisor.
ESX is the original version that includes “Service
Console” for management.
ESXi is a compact version with minimal management.
Supports any guest OS.
Windows, Linux, etc
Key technology: Binary translation.
Management through Web interface and vSphere.
Enables direct execution of Guest OS without
modifications.
I/O managed by hypervisor.

8. Virtualization and Hypervisors

Hypervisors: Type-1 KVM
Requires hardware virtualization.
Standard with several Linux distributions.
QEMU + KVM Driver -> Virtualization.
Apps
Apps
OS
OS
QEMU
QEMU
QEMU provides hardware abstraction and
allows any unmodified OS to run on top of
Linux.
Other Apps
Linux with KVM
KVM Driver
CPU
Memory
Devices

9. Virtualization and Hypervisors

Hypervisors: Type-2

10. Преимущества виртуализации

Виртуализации сетевых
элементов
• Network Function Virtualization NFV – это
замена сетевых элементов IMS, Firewall,
DNS на виртуальные машины VM, которые
выполняют функции сетевых элементов.
• Виртуальные машины могут размещаться в
стандартных серверах HP, IBM или в
облаках (Clouds).

11. Виртуализации сетевых элементов

Архитектура NFV

12. Архитектура NFV

Граф пересылки между VNF

13. Граф пересылки между VNF

Архитектура и интерфейсы NFV

14. Архитектура и интерфейсы NFV

Пример построения сети LTE (1)
Аппаратное решение
sRIO interface for inter-eNB CoMP
Advantages:
• inter-site CoMP
• TCO decreasing
• Maintenance simplification
RRH
CPRI
RRH
9926 BBU LTE
S1...
RRH
Transport net
(WDM, MW)
9926 BBU LTE
S1...
RRH
9926 BBU LTE
S1...
CPRI
RRH
19’’ rack
CPRI
hBBU
e.g. 9714-H Indoor
RRH

15. Пример построения сети LTE (1) Аппаратное решение

Пример построения сети LTE (2)
Частичная виртуализация
9926
BBU LTE
Servers
BBU
functi
ons
splittin
g
Additional advantages:
• Virtualization,
• On-demand resources reallocation for BBU
RRH
9926 BBU LTE
S1...
RRH
Transport net
(WDM, MW)
9926 BBU LTE
S1...
RRH
9926 BBU LTE
S1...
CPRI
RRH
19’’ rack
CPRI
vBBU
e.g. 9714-H Indoor
RRH

16. Пример построения сети LTE (2) Частичная виртуализация

Пример построения сети LTE (3)
Полная виртуализация.
Additional advantages:
• Full Virtualization,
• Point to point transport links are not required
RRH
9926
BBU LTE
Servers
Servers
Servers
Servers
Ethernet
RRH
Transport net
(IP/MPLS)
RRH
RRH
Ethernet
BBU
functions
splitting
RRH

17. Пример построения сети LTE (3) Полная виртуализация.

Виртуализация ядра мобильной
сети и IMS
1. Цель виртуализации
1.1 Сократить расходы на владение сетью
1.2 Обеспечить более высокую надежность за
счет динамического изменения
виртуализированной структуры
1.3 Обеспечить быструю подстройку сетевой
инфраструктуры под изменения трафика
1.4 Обеспечить быстрое изменение топологии
сети для обеспечения ее максимальной
проускной способности

18. Виртуализация ядра мобильной сети и IMS

Структура 3GPP mobile network.
.
CS domain
AuC
IM-HSS
MSC
Server
CS-MGW
GERAN
(BSS)
GMSC
Server
PSTN
ISDN
VLR
MSC
UTRAN
(RNS)
HSS
HLR
GMSC
CN
GPRS PS domain
SGSN
GGSN
PDN
(IP net)
AN (RAN)
EPC PS domain
E-UTRAN
MME
IMS
SGW
PGW

19. Структура 3GPP mobile network. .

Виртуализированное решение для
EPC

20. Виртуализированное решение для EPC

Виртуализация IMS

21. Виртуализация IMS

Что такое Облако?
Облачные вычисления это модель для организации удобного сетевого доступа
по запросу к общему разделяемому пулу конфигурируемых вычислительных
ресурсов (например, сетей, серверов, хранилищ, приложений и сервисов),
которые могут быть быстро настроены и предоставлены с минимальными
усилиями и взаимодействием со стороны провайдера услуги.
Традиционный
Облако
vs
Покупка дома
Аренда дома

22. Что такое Облако?

Сравнительные характеристики
облаков
• Объединение ресурсов в общие пулы
• Скоростной сетевой доступ
Виртуализация
• Самообслуживание по требованию
• Мгновенная эластичность
• Прозрачность измерения и выставления
счета
Облачное ПО,
например
OpenStack

23. Сравнительные характеристики облаков

Эластичность
Дневное время.
Все работают
в компании A.
Рабочее время
закончилось.
Дело сделано,
можно и по
домам.
Остались самые
упорные. Мафия
открывает глаза
Компания В
начинает работу.
Сервера выделенные компании A
Сервера выделенные компании B

24. Эластичность

Модель облачных сервисов
Клиенты Облака
Веб-браузер, мобильные приложения, тонкий
клиент, эмулятор терминала,…
SaaS
CRM, Email, виртуальный рабочий стол,
игры,…
PaaS
база данных, веб сервер, сервер приложений,
средства разработки и тестирования, …
IaaS
виртуальные машины, сервера, хранилища,
балансировщики нагрузки, сети…

25. Модель облачных сервисов

Типы облаков

26. Типы облаков

Что такое OpenStack ?
OpenStack: комплекс проектов свободного программного
обеспечения, который может быть использован для создания
инфраструктурных облачных сервисов.
Версии:
Вы управляете
IaaS
Austin -> Bexar -> Cactus -> Diablo ->
Essex -> Folsom -> Grizzly -> Havana ->
Icehouse -> Juno -> Kilo -> Liberty
Приложения
Данные
Runtime
Middleware
O/S
Виртуализация
Сервера
Openstack
Хранилище
Сеть

27. Что такое OpenStack ?

28. Что такое OpenStack ?

Components of OpenStack
IaaS
OpenStack проекты

29. Components of OpenStack

OpenStack Architecture

30. OpenStack Architecture

Концепция SDN

31.

Traffic Plane, Control Plane, Management Plane
Management Plane
Функции управления сетью
Control Plane
Функции управления передачей трафика
Traffic Plane
Функции передачи трафика, реализуются узлами сети

32.

Традиционная реализация трех планов.
TP – Traffic Plane
Management Centre
MP – Management Plane
CP – Control Plane
Node
Node
Node
Node

33.

Задачи прикладного уровня.
TP – Traffic Plane
Management Centre
Настройки ACL, настройки
QoS, организация передачи
трафика, необходимого для
работы приложений.
CP – Control Plane
Node
MP – Management Plane
Node
Node
Node

34.

Концепция SDN.
Management Centre
TP – Traffic Plane
SDN Controller
CP – Control Plane
MP – Management Plane
Node
Node
Node
Node

35.

Реализация приложений в сети SDN.
Формирование условий
передачи трафика для
уровня управления
Формирование правил
передачи трафика в
соответствии с
условиями прикладного
уровня
Передача трафика в
соответствии с
правилами,
сфомированными на
уровне управления

36.

Программно-конфигурируемые сети
Software Defined Networking

37. Программно-конфигурируемые сети Software Defined Networking

Введение в OpenFlow

38.

Основные принципы организации OpenFlow.

39.

Обработка потоков данных.
SDN Controller
Отправка пакета
для анализа в
контроллер
Добавление и
удаление записей
Flow Table
Flow Table
….
Flow Table
Удаление записей Flow Table по таймеру

40.

Прохождение потока пакетов

41. Прохождение потока пакетов

Параметры влияющие на
прохождение потока

42. Параметры влияющие на прохождение потока

Основные компоненты SDN

43. Основные компоненты SDN

Пример услуги E-Line