Виртуализация сетевых функций — это подход, при котором сетевые сервисы, раньше работавшие на отдельном аппаратном оборудовании, переносятся в виртуальные машины. Речь идёт о межсетевых экранах, балансировщиках нагрузки, шлюзах, маршрутизаторах и других функциях сети. Такой переход помогает сократить зависимость от специализированных устройств и быстрее запускать новые сервисы.
Термин часто сокращают до NFV — Network Functions Virtualization. На практике NFV применяют там, где нужно упростить управление сетевой инфраструктурой, ускорить масштабирование и снизить затраты на обновление оборудования.
Содержание статьи
Как работает NFV
NFV отделяет сетевую функцию от физического устройства и запускает её как программный компонент в виртуальной среде. Вместо отдельного аппаратного блока компания использует серверы, систему виртуализации и программное управление.
В традиционной модели каждая функция сети часто привязана к собственному устройству. Для балансировки нагрузки нужен один аппаратный комплекс, для фильтрации трафика — другой, для маршрутизации — третий. Это усложняет расширение инфраструктуры и делает обновления медленными.
В NFV та же логика переносится в виртуальные машины. Сетевые функции работают как программные экземпляры, которые можно развернуть, изменить или остановить без замены физического оборудования. За счёт этого инфраструктура становится гибче.
Ещё одно важное свойство — централизованное управление. Оператор видит ресурсы и сервисы из одной панели, распределяет нагрузку и настраивает запуск нужных функций под текущий трафик.
Из чего состоит архитектура NFV
Архитектура NFV обычно включает три основные части: виртуализированные сетевые функции, инфраструктуру виртуализации и слой управления с оркестрацией. Вместе они образуют среду, в которой сетевые сервисы работают как программные компоненты.
Эта модель была формализована в отраслевых документах ETSI. При этом базовая логика остаётся одной и той же: функции сети отделяются от аппаратной платформы, а управление ими переносится в программный слой.
Виртуализированные сетевые функции
VNF — это сами сетевые функции, запущенные в виртуальной форме. К ним относят маршрутизацию, межсетевые экраны, настройку IP, системы обнаружения вторжений, SD-WAN и отдельные сервисы обмена файлами.
Раньше такие функции работали на выделенных устройствах. После виртуализации они запускаются в виде программных экземпляров и могут работать параллельно на общей инфраструктуре.
Такие функции можно связывать между собой в единую цепочку обслуживания. Этот механизм часто называют service chaining. Он нужен для того, чтобы трафик проходил через нужный набор сервисов в заданном порядке.
За счёт общей видимости оператор сети может направлять трафик и рабочие нагрузки на доступные серверы. Это снижает риск перебоев и упрощает распределение ресурсов.
Инфраструктура виртуализации сетевых функций
NFVI — это базовая инфраструктура, на которой работает NFV. В неё входят серверы, системы хранения, коммутаторы и вычислительные ресурсы.
Чтобы отделить сетевые функции от железа, используется слой виртуализации. Обычно для этого нужен гипервизор, который создаёт и изолирует несколько виртуальных машин на одном физическом сервере.
Каждая виртуальная машина может работать со своей операционной системой и собственным набором задач. Так из набора физических и виртуальных ресурсов собирается единая среда, пригодная для запуска сетевых сервисов.
Управление и оркестрация NFV
MANO — это набор механизмов для управления развёртыванием, настройкой, мониторингом и жизненным циклом виртуализированных сетевых функций. Через этот слой NFV связывается с остальными системами эксплуатации и бизнес-поддержки.
MANO нужен для того, чтобы сеть не превращалась в набор разрозненных виртуальных машин. Он координирует, какие функции должны быть запущены, сколько им выделить ресурсов и как отслеживать их состояние.
Оркестрация NFV
Оркестрация отвечает за развёртывание новых сетевых функций и выделение ресурсов для уже работающих экземпляров. Она же участвует в обработке запросов к инфраструктуре NFVI.
По сути, это верхний уровень координации. Он следит, чтобы нужные сервисы запускались в правильной последовательности и получали доступ к необходимым вычислительным и сетевым ресурсам.
Менеджер виртуализированной инфраструктуры
VIM управляет виртуальными ресурсами, программным слоем и частью физической сети. Он ведёт учёт доступных ресурсов и помогает поддерживать работу среды.
Один экземпляр VIM может управлять несколькими ресурсами сразу или отвечать за отдельный участок инфраструктуры. Это зависит от архитектуры конкретной сети.
Менеджер виртуализированных сетевых функций
Менеджер VNF управляет жизненным циклом виртуализированных функций. Он отвечает за создание экземпляров, масштабирование, обновление и завершение работы.
Этот компонент нужен, чтобы сетевые функции разворачивались по единым правилам и лучше взаимодействовали с программно-определяемыми сетями, включая среды на базе SDN.
Какие преимущества даёт NFV
Главное преимущество NFV — перенос сетевых функций в программную среду, где ими проще управлять, обновлять и масштабировать. Это сокращает зависимость от специализированного оборудования и ускоряет запуск новых сервисов.
Если компании не нужно закупать отдельное устройство под каждую сетевую задачу, инфраструктура становится менее жёсткой. Изменения можно вносить быстрее, а развертывание новых функций не требует такого же объёма аппаратных работ, как в традиционной модели.
Есть и операционный плюс. Централизованная панель управления помогает видеть состояние сети целиком, автоматизировать выделение ресурсов и реагировать на изменение трафика без ручной перестройки каждого узла.
- Меньше затрат на специализированное оборудование
- Быстрее запуск и обновление сетевых сервисов
- Проще масштабирование под рост нагрузки
- Удобнее централизованное управление
- Лучше автоматизация распределения ресурсов
Какие ограничения и риски есть у NFV
NFV упрощает архитектуру на уровне оборудования, но добавляет требования к мониторингу и защите виртуальной среды. Чем больше в сети виртуальных функций и взаимосвязей между ними, тем выше нагрузка на средства наблюдения и управления.
Виртуальная инфраструктура обычно требует более детального мониторинга. Нужно отслеживать состояние виртуальных машин, сетевых функций, каналов связи и потоков трафика между компонентами. Без этого сложнее быстро находить сбои и понимать, где именно возникла проблема.
Есть и вопрос безопасности. Виртуализированные функции защищаются не так, как физические устройства в дата-центре. Их нужно закрывать отдельными мерами, с учётом особенностей программной среды и сетевых взаимодействий.
Поэтому переход к NFV обычно сопровождается пересмотром подхода к защите данных, сегментации сети и наблюдаемости инфраструктуры.
Чем NFV отличается от SDN
NFV и SDN — разные подходы, хотя они часто применяются вместе. NFV виртуализирует сетевые функции, а SDN выносит управление сетью в программный слой и централизует контроль трафика.
Если говорить проще, NFV отвечает на вопрос, где и в каком виде работают сетевые сервисы. SDN отвечает на другой вопрос: как сеть принимает решения о маршрутизации и управлении потоками данных.
В SDN разделяются плоскость управления и плоскость передачи данных. Управление маршрутами и политиками выносится в отдельный уровень, а передача пакетов остаётся на нижнем уровне сети.
Это позволяет точнее задавать правила обработки трафика и автоматизировать изменения в сети. За счёт централизованного контроля операторы быстрее распределяют нагрузку и адаптируют сеть под текущие условия.
NFV при этом может работать внутри среды, построенной с использованием SDN. В таком сочетании одна технология переносит функции в виртуальную форму, а другая помогает централизованно управлять сетевым поведением.
| Параметр | NFV | SDN |
| Основная задача | Виртуализация сетевых функций | Централизация управления сетью |
| Что меняется | Функции переносятся с устройств в виртуальную среду | Управление трафиком отделяется от передачи данных |
| Типичный эффект | Меньше зависимости от специализированного оборудования | Гибкое управление маршрутами и политиками |
| Можно ли использовать вместе | Да | Да |
Где применяется виртуализация сетевых функций
NFV используют там, где нужно управлять сетью как программной средой, а не как набором разрозненных устройств. Особенно это актуально для операторов связи, провайдеров сетевых сервисов и крупных организаций с распределённой инфраструктурой.
Подход подходит для постепенного ухода от жёсткой привязки к аппаратным устройствам. Если компании нужно быстрее вводить новые сетевые сервисы, перераспределять ресурсы и поддерживать масштабирование без постоянной замены оборудования, NFV становится логичным шагом.
Часто виртуализируют функции, которые раньше были представлены отдельными устройствами:
- маршрутизация;
- межсетевые экраны;
- балансировка нагрузки;
- шлюзы;
- системы обнаружения вторжений;
- SD-WAN-компоненты.
Коротко: что нужно понимать про NFV
NFV переводит сетевые функции из аппаратной формы в виртуальную. За счёт этого сеть проще масштабировать, обновлять и централизованно контролировать.
Архитектура строится вокруг трёх частей: виртуализированных функций, инфраструктуры и слоя управления MANO. Вместе они создают программно управляемую среду для работы сетевых сервисов.
Наиболее заметные плюсы связаны с гибкостью и скоростью развертывания. Основные требования — качественный мониторинг, продуманная защита и грамотное управление виртуальной инфраструктурой.
