云计算中网络虚拟化的核心组件——NFV、NFVO、VIM与VNF

NFV

NFV（Network Functions Virtualization，网络功能虚拟化），是一种将传统电信网络中的网络节点设备功能从专用硬件中解耦并转换为软件实体的技术。通过运用虚拟化技术，NFV允许网络功能如路由器、防火墙、负载均衡器、交换机、网关等在标准的商用硬件（如x86服务器、存储和交换设备）上以软件的形式运行，而不是依赖于专用的、固定功能的硬件设备。

NFV的核心价值在于：

• 降低成本：通过使用通用的、商业现货（COTS）硬件代替昂贵的专用硬件，显著降低资本支出（CAPEX）。
• 提高灵活性和敏捷性：软件定义的网络功能可以快速部署、调整和升级，以适应不断变化的业务需求，加速服务创新和市场响应速度。
• 简化运维：集中管理和自动化运维任务，减少人为干预，提升网络运营效率。
• 增强可扩展性：根据需要动态分配资源，轻松应对网络流量的波动，实现弹性扩展。

NFV是一种网络架构模型，它倡导使用虚拟化技术将网络功能从专有硬件中解耦并转化为软件应用（即VNFs），从而在标准化的服务器、存储和交换平台上运行。NFV的目标是通过这种方式实现网络服务的快速部署、动态配置、易于管理和成本节约。该架构不仅涉及VNFs，还包括管理与编排系统（如NFVO和VIM）来自动化VNF的生命周期管理和基础资源的分配：

1. 虚拟网络功能（VNFs, Virtual Network Functions）：这些是原本在硬件设备上运行的网络功能的软件实现，如虚拟路由器、虚拟防火墙等。
2. 虚拟化基础设施管理器（VIM, Virtualized Infrastructure Manager）：负责管理和调配底层的计算、存储和网络资源，为VNF提供运行环境。
3. 网络功能虚拟化编排器（NFVO, Network Functions Virtualization Orchestrator）：负责VNF的生命周期管理，包括配置、部署、监控和优化，以及端到端服务链的编排。

NFVO

NFVO（Network Functions Virtualization Orchestrator，网络功能虚拟化编排器）是NFV架构中的核心组件之一，负责整个NFV基础设施的全局视图管理和业务流程的编排。具体来说，NFVO的关键职责包括：

1. 服务编排：NFVO负责端到端服务链的创建、修改和终止，即管理整个服务生命周期。这包括定义服务构成、决定服务的VNF（虚拟网络功能）组成及它们之间的连接关系，并协调这些VNF的部署和配置。

2. 资源编排：NFVO根据服务需求，通过与VIM（虚拟化基础设施管理器）交互，高效地分配和优化基础设施资源。它确保服务请求得到满足的同时，资源利用率最大化。

3. 策略管理：NFVO实施和执行网络策略，比如资源预留、容灾恢复计划、安全策略等，确保网络服务符合业务和合规要求。

4. 性能监控与优化：NFVO收集来自VIM和各个VNF的性能数据，分析网络状态，根据实时情况做出决策，优化网络资源的使用。

5. 跨多站点管理：在复杂的多数据中心环境中，NFVO能够跨越多个地理位置的VIM进行统一管理和编排，实现资源和服务的全局视图和控制。

VIM

VIM（Virtualized Infrastructure Manager，虚拟化基础设施管理器）。它是网络功能虚拟化（NFV）架构中的一个关键组件，负责管理和调配NFV基础设施的计算、存储和网络资源。

VIM的主要职责包括：

1. 资源虚拟化：VIM将底层物理资源（如服务器、存储设备和网络交换机）抽象成虚拟资源池，使得这些资源可以被灵活分配和重新配置以支持上层的虚拟网络功能（VNFs）。

2. 资源分配与调度：根据VNF的要求，VIM动态分配计算、存储和网络资源，确保VNF能够高效运行。这包括初始部署时的资源分配及运行过程中根据需求动态调整资源。

3. 监控与维护：VIM持续监控基础设施的状态，包括资源使用情况、性能指标和故障情况，以确保资源的有效利用和系统的稳定性。

4. API接口：VIM通过标准化的API接口（如OpenStack API）与上层的NFV编排器（NFVO）和其他管理系统交互，实现资源的自动化管理、VNF的生命周期管理以及策略实施。

5. 安全性与隔离：确保不同VNF之间以及VNF与基础设施之间有适当的安全隔离，以维护服务质量和数据安全。

简而言之，VIM作为NFV架构的基石之一，通过虚拟化和自动化管理底层基础设施资源，为上层的虚拟网络功能提供灵活、高效、可扩展的运行环境，是实现电信网络服务快速创新和部署的关键技术。

VNF

VNF（Virtual Network Function，虚拟网络功能），它是NFV架构中实施的具体网络功能的软件实例。传统上，网络功能如防火墙、路由器、负载均衡器和会话边界控制器等都是通过专用硬件设备实现的。这些物理设备不仅成本高昂，而且在扩展或更新时缺乏灵活性。

VNF的出现改变了这一局面，它将这些网络功能转变为软件形式，运行在标准服务器硬件之上，而不是依赖特定的硬件设备。通过虚拟化技术，VNF将网络功能与底层硬件解耦，使得这些功能的部署、管理和扩容变得更加动态和高效。

VNF的主要特点包括：

1. 灵活性和可扩展性：VNF可以根据网络需求快速创建、迁移或复制，无需物理安装或配置新硬件。

2. 成本效益：利用商用服务器，VNF大幅降低了相较于传统硬件解决方案的资本支出。

3. 敏捷性：作为软件实现，VNF使得服务部署和更新更快，缩短了市场投放时间。

4. 资源优化：在NFV架构中，多个VNF可以在同一套物理基础设施上共存，优化了资源使用率并减少了能源消耗。

5. 自动化：VNF非常适合自动化和编排系统管理，可以根据策略或网络状况自动管理其生命周期。

实际上，VNF在包括虚拟化基础设施管理器（VIM，负责管理计算、存储和网络资源）和NFV编排器（NFVO，负责自动化VNF及其相关资源的部署、监控和管理）的NFV架构中运行。这样的体系结构使得电信运营商和服务提供商能够构建更加动态、响应迅速且成本效益更高的网络。