هکبش یاهدرکراک یزاس...

مجازی سازی کارکردهای شبکهNetwork Functions Virtualization

بهروز فرکیانیbehrooz.farkiani@aut.ac.ir

1

96بهار

فهرست

های سنتی شبکه••NFV چیست؟ NFVتخصیص منابع در •

•Chain Composition

•Embedding

Embeddingابعاد مسئله •

بیان ریاضی•

2

شبکه های سنتی

یک سرویس شبکه به صورت تعدادی کارکرد مشخص که ترافیک با ترتیب مشخصیی • .از آن ها عبور میکند، تعریف می شود

صورت سخت افزار و نرم افزار اختصاصی تهیه شده از سازندگان به کارکردهای شبکه • .شوندمختلف استفاده می

کارکردها باید در مکان مناسب در شبکه قرار گیرند و ترافیک به سمت آن ها هیدایت • .شود

3

شبکه های سنتی

:انواع کارکردهای رایج•

4

شبکه های سنتی

:مشکالت استفاده از کارکردهای مختلف به صورت اختصاصی عبارتند از هزینه آموزش افزار، بودن کارکردها به واسطه قیمت سخت افزار و نرم هزینهپر•

هزینه نگهداری سخت افزار اختصاصیکارکنان و

به انتخاب سازنده تجهیزاتقابلیت های تجهیزات بودن محدود•

به دلیل عدم تجمیع شدن کارکردها انرژیمصرف باالی •

کوتاه و وابستگی به طول عمر سخت افزار اختصاصی طول عمر•

ی کافی برای استقرار تجهیزاتفضانیاز به •

دوباره تجهیزات در صورت تغییر همبندی شبکه جابجایی و استقرارنیاز به •

5

Network Functions Virtualization

شرکت 7توسط 2012در سال ETSIدر NFVتشکیل کارگروه • شرکت 250در حال حاضر •

اولیه PoCاستاندارد سازی جزییات و ارائه •

6

فهرست

سنتیهای شبکه••NFV چیست؟ NFVتخصیص منابع در •

•Chain Composition

•Embedding

Embeddingابعاد مسئله •

بیان ریاضی•

7

Network Functions Virtualization

•NFV ،یک مفهوم در معماری شبکه است کیه بیا اسیتفاده از مجیازی سیازی منیابعامکان پیاده سازی و تجمیع کارکردها بر روی سرورهای استاندارد و قابل دسیتر را

.فراهم می کند (VNF)کارکردها به صورت نرم افزار• سخت افزار های استاندارد و عمومی •

شدهاجرا در محیط مجازی •

نیازی به مجازی سازی همه کارکردها نیسیت و کارکردهیای سینتی NFVمعماری در هم می توانند وجود داشته باشند به شرطی که قابلیت تعامل با کارکردهای مجازی شده

.را داشته باشند

8

Network Functions Virtualization

:مزایا•

کاهش هزینه ها، کاهش انرژی: ها بر روی یک سخت افزار VNFتجمیع •

از سخت افزار، توانایی مقابله بیا خرابیی، مقییا VNFجداسازی: مجازی سازی•، قابلیت (افزایش منابع سخت افزاری)و عمودی( کپی کردن کارکردها)پذیری افقی ها و مشتریان مختلف VNFمنابع بین گذاری به اشتراک

کاهش نیاز به آموزش کارکنان، کاهش : استفاده از سخت افزار استاندارد و عمومی•هزینه ها، افزایش دسترسی پذیری به سخت افزار و کاهش زمان بازیابی از خرابیی

سخت افزار

کاهش زمان رفع بیا،، کیاهش زمیان توسیعه : سخت افزارکارکردها از جداسازی • محصوالت

9

Network Functions Virtualization

:کاربردها• : مجازی سازی کارکردهای شبکه در•

10

Network Functions Virtualization

:معماری•

11

Network Functions Virtualization

•Services: VNFمجموعه از یک یا چند : سرویس•

•VNF : مجازی، کش، پروکسیدیواره آتش شده مانند کارکردهای مجازی

•OSS/BSS : صورت حسابمشتری، صدور پورتال

•NFVI: و ذخیره سازی سخت افزار و نرم افزاری شامل منابع محاسباتی، منابع : منابع زیرساخت•

(سخت افزارهای استاندارد و عمومی)شبکه و ایزوله کردن منابع زیرساخت مجازی سازی: مجازی ساز•

محاسباتی، ذخیره سازی و شبکه منابع مجازی شده: مجازی شدهمنابع •

•MANO: •VIM : ارتباط و نظارت بر مدیریتVNF با منابع مجازی شده •VNFM : پذیری نمونه ها از بر عملکرد، کارایی و مقیا و نظارت نمونهایجادVNFها •NFV Orchestrator : 12 ها سرویستخصیص منابع و مدیریت چرخه حیات

Network Functions Virtualization

(Instance)نمونهمنابع به آن قرار داده شده و یک ماشین مجازی در نمونه یک کارکرد خاص است که •

.اختصاص پیدا می کنند

13

مثال

14

مثال

15

مثال

16

مثال

17

مثال

18

مثال

19

فهرست

سنتیهای شبکه••NFV چیست؟ NFVتخصیص منابع در •

•Chain Composition

•Embedding

Embeddingابعاد مسئله •

بیان ریاضی•

21

NFVتخصیص منابع در

. استرا کرده سرویس شبکه یک کاربر درخواست یک • کامل یلا جز لی نحوه عبور ترافیک از این کارکردها می توانید بیه صیورت که تعدادی کارکرد (.Network Functions Request)باشد مشخص شده

در اختیار VNFفراهم کننده سرویس کارکردهای درخواست شده کاربر را به صورت • .دارد

Network Function Request Virtual Network Function Request(VNFR)

ترتیل با (VNF-FGیا SFC)فراهم کننده سرویس، یک یا چند زنجیره کارکرد• (.Chain Composition)ایجاد می کنددقیق کارکردها

را به کاربر تحویل می سرویسمی سازد و نمونهها VNFفراهم کننده سرویس از • .دهد

22

NFVتخصیص منابع در

را بیه کیاربر تحوییل سلرویس می سازد و نمونهها VNFفراهم کننده سرویس از • .می دهد

ایجاد نمونه به معنی ایجاد یک کارکرد با منابع پردازشی، ذخیره سازی و شبکه معین • .باشداست که ممکن است با یک نمونه دیگر از همان کارکرد متفاوت

.کندیا چند نمونه ایجاد یک VNFفراهم کننده می تواند از هر • :وابسته بهتعداد نمونه های ایجاد شده و منابع اختصاص یافته •

زنجیره کارکرد تشکیل شده نیازمندی های کیفیت سرویس نیازمندی های اقتصادی و سود حاصله انرژی مصرفی

:پس از ساخت نمونه ها• (SFPیا NFPایجاد )یکدیگرمشخص کردن ارتباط نمونه ها با •مشخص کردن محل قرار گیری نمونه ها و ارتباطات آن ها در زیرساخت فیزیکی و •

(Embedding)تخصیص منابع مورد نیاز آن ها

23

NFVتخصیص منابع در

24

:می دهد VNFRکاربر درخواست •VNFها و ترتیب جزیی یا کامل آن ها نیازمندی های کیفیت سرویس و اقتصادی •

کاربر

را می سازد که ترتیب FG-VNFفراهم کننده، دقیق کارکردها را مشخص میکند

یک یا چند نمونه ایجاد VNFفراهم کننده، از هر . کرده و ارتباطات بین آن ها را نیز مشخص می کند

NFPایجاد

ها بر روی VNFفراهم کننده، مکان قرار گیری ها VNFمنابع زیرساخت و نحوه نگاشت ارتباطات

.به لینک های زیرساخت را مشخص میکند

Chain Composition Problem

Embedding Problem

1

2

3

NFVتخصیص منابع در

:دو بخش اصلی در تخصیص منابع •

ها در سرویس درخواستیVNFو ترتیب دقیق مشخص کردن ترکیب •

Chain Composition Problem

زیرساختبه منابع ( VNF-FG)شدهزنجیره کارکرد ساخته نگاشت •

Embedding Problem

25

فهرست

سنتیهای شبکه••NFV چیست؟ NFVتخصیص منابع در •

•Chain Composition

•Embedding

Embeddingابعاد مسئله •

بیان ریاضی•

26

Chain Composition Problem

VNFR: هاVNFدرخواست سرویس شامل ترتیب جزیی یا دقیق : ورودی•

: های درخواست شده با ترتیب دقیقVNFزنجیره یا زنجیره های شامل : خروجی•VNF-FG

27

Chain Composition Problem

:می دهد VNFRکاربر درخواست •VNFها و ترتیب جزیی یا کامل آن ها نیازمندی های کیفیت سرویس و اقتصادی •

کاربر

را می سازد که ترتیب FG-VNFفراهم کننده، دقیق کارکردها را مشخص میکند

یک یا چند نمونه ایجاد VNFفراهم کننده، از هر . کرده و ارتباطات بین آن ها را نیز مشخص می کند

NFPایجاد

ها بر روی VNFفراهم کننده، مکان قرار گیری ها VNFمنابع زیرساخت و نحوه نگاشت ارتباطات

.به لینک های زیرساخت را مشخص میکند

Chain Composition Problem

Embedding Problem

1

2

3

فهرست

سنتیهای شبکه••NFV چیست؟ NFVتخصیص منابع در •

•Chain Composition

•Embedding

Embeddingابعاد مسئله •

بیان ریاضی•

29

Embedding Problem

:دو بخش

NFPایجاد : و مشخص کردن ارتباط بین آن هاVNFنمونه ها از /ایجاد نمونه• Embedding:به منابع زیرساخت شامل سرورها و لینک ها NFPنگاشت •

30

Embedding Problem

و مشخص کردن ارتباط بین آن ها VNFنمونه ها از /ایجاد نمونه• تصمیم گیری درباره تعداد نمونه های مورد نیاز•

ایجاد نمونه ها و تخصیص منابع•

VNF-FG: ورودی• NFP: خروجی•

31

Embedding Problem

منابع زیرساخت ساخته شده به NFPنگاشت •

32

:می دهد VNFRکاربر درخواست •VNFها و ترتیب جزیی یا کامل آن ها نیازمندی های کیفیت سرویس و اقتصادی •

کاربر

را می سازد که ترتیب FG-VNFفراهم کننده، دقیق کارکردها را مشخص میکند

یک یا چند نمونه ایجاد VNFفراهم کننده، از هر . کرده و ارتباطات بین آن ها را نیز مشخص می کند

NFPایجاد

ها بر روی VNFفراهم کننده، مکان قرار گیری ها به VNFمنابع زیرساخت و نحوه نگاشت ارتباطات

.لینک های زیرساخت را مشخص میکند

Chain Composition Problem

Embedding Problem

تحویل سرویس به کاربر

VNFR:ورودی

VNF-FG:خروجی

VNF-FG:ورودی

NFP:خروجی

NFP:ورودی

نگاشت: خروجی

فهرست

سنتیهای شبکه••NFV چیست؟ NFVتخصیص منابع در •

•Chain Composition

•Embedding Embeddingابعاد مسئله •

بیان ریاضی•

34

Embedding Problem

:Embeddingابعاد مختلف مسئله مسئلهتفاوت در فرضیات •

تفاوت در هدف حل مسئله•

منابع اختصاص یافتهتفاوت در •

35

Embedding Problem

:مسئلهتفاوت در فرضیات اسیت ییا VNF-FGباید برمنابع زیرساخت نگاشت شود، زنجیره ای که در : ورودی مسئله•

NFP؟ ابتدا و انتهای زنجیره درخواست شده مشخص است؟

صرفا یک زنجیره به منابع زیرساخت نگاشیته میی شیود ییا : مسئلهآنالین یا آفالین بودن • همزمان چند زنجیره را می توان در نظر گرفت؟

هیا بایید جایگیذاری VNFآیا نیازی به نگاشت لینک ها اسیت ییا صیرفا :نگاشت لینک ها• شوند؟

آیا اصال نیازی به ایجاد بیشتر از یک نمونه اسیت؟ تعیداد حیداکثر : هاVNFایجاد نمونه از • نمونه های قابل ساخت داده شده اند؟ نمونه ها می توانند با یکدیگر فرق داشته باشند؟

یکسیان در ییک زنجییره را بیه ییک VNFآیا می توان دو : اشتراک منابع بین زنجیره ها•های یکسان در زنجیره های متفاوت VNFنمونه نگاشت کرد؟ آیا می توان یک نمونه را بین

به اشتراک گذاشت؟

لینک های یک طرفله یلا دو هیا، VNFپس از عبور از تغییرات ترافیکی در نظر گرفتن • ....و PODدیتاسنتر، سرور، : زیرساختنوع گره ، طرفه

36

Embedding Problem

:مسئلهتفاوت در هدف حل بیشیینه کیردن سیود حاصیل از نگاشیت، حیداکثر کیردن تعیداد : اهداف اقتصادی•

درخواست نگاشت زنجیره قبول شده

کمینه کردن تعداد نمونه های ساخته شده، توزیع بار بین نمونه ها: نمونه ها•

کمینه کردن انرژی مصرفی زیرساخت در نگاشت منابع: انرژی•

تضمین تحویل سرویس در صورتی خرابی ماشین مجازی یا زیرساخت: پایداری•

برآورده شدن نیازمندی تاخیر کاربر، کمینه کردن فاصله کردن بیا : کیفیت سرویس• (نرخ ارسال در تعریف زنجیره وجود دارد/باندنیازمندی پهنای )زنجیرهورودی

کمینه کردن استفاده از منابع، کمینه کردن ترافیک بین دیتاسنترهای : منابع شبکه• مختلف

37

Embedding Problem

:یافتهتفاوت در منابع اختصاص سرورها و لینک ها•

پهنای باند•

منابع پردازشی•

منابع ذخیره سازی•

فرکانس•

38

Embedding Problem

:چالش ها

آننگاشت و VNF-FGاز NFPدر نظر گرفتن همزمان ایجاد •

مطابق با تغییر نیازمندی های کاربر VNF-FGبازنگاشت •

در نظر گرفتن پایداری در سرویس دهی و خرابی در زیرساخت •

شناسایی منابع مورد در دستر در زیرساخت•

های امنیتی ناشی از اشتراک منابع و مجازی سازیچالش •

چالش های مدیریت منابع و شبکه های مجازی شده •

حل توزیع شده مسئله•

39

فهرست

سنتیهای شبکه••NFV چیست؟ NFVتخصیص منابع در •

•Chain Composition

•Embedding Embeddingابعاد مسئله •

بیان ریاضی•

40

با تشکر از توجه شما

41

مراجع

• [1]“What is Network Service Chaining or Service Function Chaining,” SDxCentral, 11-Feb-2016.

[Online]. Available: https://www.sdxcentral.com/sdn/network-virtualization/definitions/what-is-

network-service-chaining/. [Accessed: 06-Mar-2017]

• [2]“Network Functions Virtualisation-An Introduction, Benefits, Enablers, Challenges & Call for

Action.” [Online]. Available: https://portal.etsi.org/NFV/NFV_White_Paper.pdf. [Accessed: 06-Mar-2017].

• [3]“Service Function Chaining Use Cases in Mobile Networks-draft-ietf-sfc-use-case-mobility-

07.” [Online]. Available: https://www.ietf.org/id/draft-ietf-sfc-use-case-mobility-07.txt. [Accessed:

06-Mar-2017].

• [4]“Network Functions Virtualisation (NFV)-Network Operator Perspectives on Industry

Progress.” [Online]. Available:

https://portal.etsi.org/Portals/0/TBpages/NFV/Docs/NFV_White_Paper3.pdf. [Accessed: 06-Mar-

2017].

• [5]J. G. Herrera and J. F. Botero, “Resource Allocation in NFV: A Comprehensive Survey,” IEEE Transactions on Network and Service Management, vol. 13, no. 3, pp. 518–532, Sep. 2016.

• [6]M. T. Beck and J. F. Botero, “Scalable and coordinated allocation of service function chains,” Computer Communications.

• [7]M. Mechtri, C. Ghribi, and D. Zeghlache, “A Scalable Algorithm for the Placement of Service

Function Chains,” IEEE Transactions on Network and Service Management, vol. 13, no. 3, pp.

533–546, Sep. 2016.

42

مراجع

• [8]F. Wang, R. Ling, J. Zhu, and D. Li, “Bandwidth guaranteed virtual network function placement and scaling

in datacenter networks,” in 2015 IEEE 34th International Performance Computing and Communications

Conference (IPCCC), 2015, pp. 1–8.

• [9]T. W. Kuo, B. H. Liou, K. C. J. Lin, and M. J. Tsai, “Deploying chains of virtual network functions: On the

relation between link and server usage,” in IEEE INFOCOM 2016 - The 35th Annual IEEE International

Conference on Computer Communications, 2016, pp. 1–9.

• [10]A. Gupta, M. F. Habib, P. Chowdhury, M. Tornatore, and B. Mukherjee, “Joint virtual network function

placement and routing of traffic in operator networks,” UC Davis, Davis, CA, USA, Tech. Rep, 2015.

• [11]R. Cohen, L. Lewin-Eytan, J. S. Naor, and D. Raz, “Near optimal placement of virtual network functions,”

in 2015 IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM), 2015, pp. 1346–1354.

• [12]M. F. Bari, S. R. Chowdhury, R. Ahmed, and R. Boutaba, “On orchestrating virtual network functions,” in

2015 11th International Conference on Network and Service Management (CNSM), 2015, pp. 50–56.

• [13]T. Lukovszki and S. Schmid, “Online Admission Control and Embedding of Service Chains,” in Structural

Information and Communication Complexity, 2014, pp. 104–118.

• [14]I. Jang, S. Choo, M. Kim, S. Pack, and M. K. Shin, “Optimal network resource utilization in service

function chaining,” in 2016 IEEE NetSoft Conference and Workshops (NetSoft), 2016, pp. 11–14.

• [15]M. C. Luizelli, L. R. Bays, L. S. Buriol, M. P. Barcellos, and L. P. Gaspary, “Piecing together the NFV

provisioning puzzle: Efficient placement and chaining of virtual network functions,” in 2015 IFIP/IEEE

International Symposium on Integrated Network Management (IM), 2015, pp. 98–106.

• [16]B. Addis, D. Belabed, M. Bouet, and S. Secci, “Virtual network functions placement and routing

optimization,” in 2015 IEEE 4th International Conference on Cloud Networking (CloudNet), 2015, pp. 171–

177.

• [17]H. Moens and F. D. Turck, “VNF-P: A model for efficient placement of virtualized network functions,” in

10th International Conference on Network and Service Management (CNSM) and Workshop, 2014, pp. 418–

423.

43