Red Hat SummitÜberblick
VNFs (virtualisierte Netzfunktionen) sind Softwareanwendungen, die Netzfunktionen wie Directory Services, Router, Firewalls, Load Balancer und vieles mehr bereitstellen. Sie werden als virtuelle Maschinen (VMs) eingesetzt und sind für Telekommunikationsanbieter oft der nächste Schritt bei der digitalen Transformation – weg von den physischen Netzfunktionen (PNFs) veralteter Netzwerkgeräte, die auf proprietärer Hardware basierten.
Als zentrale Komponenten in der NFV-Architektur werden VNFs auf der NFV-Infrastruktur (NFVI) aufgebaut, einschließlich eines Virtual Infrastructure Managers (VIM) wie Red Hat® OpenStack Services on OpenShift®, um Ressourcen wie Rechenleistung, Storage und Netzwerk effizient auf die VNFs zu verteilen. Das Framework zum Managen von NFVI und zum Provisionieren neuer VNFs erfolgt in den von NFV definierten MANO-Elementen (Management, Automatisierung und Netzwerkorchestrierung).
Die Herausforderung für VNFs
VNFs sind zwar derzeit Teil einer standardmäßigen Netzwerkarchitektur, haben aber immer noch Einschränkungen, da die Anbieter digitaler Services zunehmend agilere Services bereitstellen. In der ersten Phase der Umstellung von physischen Elementen zu VNFs haben Anbieter eingebettete Softwaresysteme oft einfach vollständig aus den Geräten entfernt und eine große VM erstellt. Ohne den Versuch, diese VMs zu optimieren, entstanden jedoch ineffiziente, virtuelle Einzelsysteme, die sich nur schwer verwalten und warten ließen.
Zudem ist Skalierbarkeit in Cloud-Umgebungen mit diesen veralteten VNFs nur schwer zu erreichen. Einige Anbieter sind dazu übergegangen, ihre anfänglichen VNF-Implementierungen zu verbessern, und viele Serviceanbieter verwenden nun eine gemeinsame, horizontale NFVI-Cloud-Plattform, um ihre Umgebungen für die Ausführung zahlreicher VNFs zu vereinfachen. Aufgrund dieser Änderungen eignet sich NFV als Basistechnologie für 5G- oder Edge-Netzwerke. Das „Gewicht“ von VMs kann jedoch die Effizienz von VNFs für groß angelegte 5G- oder Edge-Implementierungen einschränken, die Agilität, Skalierbarkeit und weniger Overhead erfordern.
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CNFs: Eine Weiterentwicklung von VMs zu Containern
Anbieter digitaler Services, die sich für einen cloudnativen Ansatz entscheiden, der sowohl zentralisierte als auch verteilte Speicherorte für Anwendungen nutzt, profitieren von erhöhter Flexibilität, Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Portierbarkeit. Der Übergang von der Virtualisierung zu einem vollständig cloudnativen Design trägt zu höherer Effizienz und Agilität bei, die für das schnelle Deployment innovativer, differenzierter Angebote erforderlich sind, die von Märkten und Kunden erwartet werden.
Ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal des cloudnativen Ansatzes ist die Verwendung von Containern statt VMs. Mit Containern können Nutzende Software (Anwendungen, Funktionen oder Microservices zum Beispiel) mit sämtlichen für die Ausführung erforderlichen Dateien paketieren, während sie Zugriff auf das Betriebssystem und andere Serverressourcen teilen. Dieser Ansatz vereinfacht das Verschieben der enthaltenen Komponente zwischen Umgebungen (Entwicklung, Test, Produktion usw.) – und sogar zwischen Clouds – bei voller Funktionalität.
Als Weiterentwicklung von VNFs lassen sich cloudnative Netzfunktionen (CNFs) so gestalten und implementieren, dass sie in Containern ausgeführt werden können. Dank dieser Containerisierung von Komponenten der Netzwerkarchitektur können verschiedene Services auf demselben Cluster ausgeführt werden. Zudem lassen sich bereits zerlegte Anwendungen einfacher integrieren, während der Netzwerkverkehr dynamisch an die richtigen Pods weitergeleitet wird.
Diese Abbildung zeigt die Entwicklung der Netzfunktionen von einem traditionellen vertikal integrierten Ansatz über VNFs, die von einer gemeinsamen VM-Orchestrierungsplattform verwaltet werden, zu CNFs, die von einer gemeinsamen Container-Orchestrierungsplattform gemanagt werden.
Das Potenzial von CNFs
Die Einführung von CNFs kann einige der grundlegenden Beschränkungen von VNFs beheben, da viele dieser Funktionen in Container verlagert werden. Durch die Containerisierung von Netzwerkkomponenten lässt sich außerdem managen, wie und wo die Funktionen auf verschiedenen Clustern in der Umgebung ausgeführt werden.
CNFs sind jedoch mehr als nur die Containerisierung von Netzfunktionen. Für eine optimale Nutzung cloudnativer Prinzipien über die Container-Paketierung hinaus ist eine weitere Umgestaltung der Software für Netzfunktionen erforderlich. Beispiele sind das Zerlegen dieser Software in Microservices, das Zulassen mehrerer Versionen während Updates und das Nutzen verfügbarer plattformbasierter Services wie generischer Load Balancer oder Datastores.
Da die Einführung cloudnativer Umgebungen zunimmt, müssen CNFs während dieser Übergangsphase zusätzlich mit veralteten VNFs koexistieren. Anbieter digitaler Services müssen die Entwicklung, Bereitstellung, Wartung und den Betrieb des Netzwerks vollständig automatisieren, um die steigende Nachfrage effektiv zu bewältigen, Deployments zu beschleunigen und Komplexität zu reduzieren. Standardisierte Methoden für die Konfiguration und Bereitstellung, Tools, die in Open Source Communities entwickelt wurden, sowie strenge Tests und Zertifizierungen sind für Anbieter heutzutage wichtiger denn je.
VNFs und CNFs: Zentrale Technologien der digitalen Transformation
Eine offene, konsistente Basis bietet Telekommunikationsanbietern die Gewissheit, dass die von ihnen angebotenen Services unabhängig von Standort oder Footprint zuverlässig funktionieren. Der Aufbau dieser Basis auf NFV (mit VNFs) und insbesondere auf cloudnativen Architekturen (mit CNFs) führt zu mehr Flexibilität und Agilität. Automatisierung spielt eine entscheidende Rolle, um das IT-Ökosystem effizient und in großem Umfang einfacher zu betreiben. Außerdem bietet sie den Anbietern digitaler Services die Möglichkeit, Services und Funktionen schneller zu ändern und hinzuzufügen, um besser auf die Kundenbedürfnisse und -anforderungen einzugehen.
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