Gi LAN虚拟化：注意事项

Bart Salaets现场首席技术官 | F5

经过多年的讨论和概念验证，网络功能虚拟化（NFV）如今正从概念阶段迈向落地实施阶段。

一些服务提供商已开始部署NFV基础设施平台，其中部分服务提供商已在这些平台上启用了首批支持NFV的用例和应用。

演进型分组核心网（EPC）和Gi LAN虚拟化是目前备受业界关注的用例之一。

部署虚拟Gi LAN时，需要回答两个基本问题。第一个问题与整合有关：是将多个Gi LAN功能整合到单个虚拟网络功能（VNF）中，还是将Gi LAN架构完全分解为多个独立的VNF？

第二个问题与扩展有关。由于单台虚拟机可能没有足够的容量来处理Gi LAN工作负载，如何有效地横向扩展这一架构？

为了保护网络并实现网络变现，移动运营商一直在Gi LAN上部署多种不同的技术，包括但不限于TCP优化、视频优化、报头增强、深度包检测、Gi防火墙和运营商级NAT（CGNAT）。

过去，其中许多功能部署在不同的平台上，而这些平台通常来自不同的供应商。近年来，移动运营商一直在整合并简化其Gi LAN架构。

通过整合，移动运营商得以显著降低总体拥有成本。将此架构迁移到依赖通用商用现成硬件的NFV平台时，可能会倾向于将架构拆分为多个彼此独立的VNF，每个VNF仅用于一项功能。

如果不同的Gi LAN功能分别适用于非常具体的流量子集，那么这种分解式架构确实合理。位于Gi LAN入口处的智能业务分类引擎可通过与策略和计费规则功能（PCRF）交互，根据业务策略确定哪些流量需要引导至特定功能和/或通过服务链传送至这些功能，而这些功能以独立VNF的形式部署。这样，这些VNF只需处理需要其执行操作的流量，从而在所有VNF之间高效分配流量。

但是，如果几乎所有流量都需要应用Gi LAN功能，那么这种功能分解方式就无法带来任何价值。以TCP优化和Gi防火墙为例，几乎所有Gi LAN流量都必须由这两项功能处理，因此，将它们整合到单个VNF中，可以获得与物理部署类似的效率提升。

事实上，此处无需使用智能服务分类器来选择VNF，也无需让流量在SDN层中迂回进出，以便从一个VNF传输到下一个VNF。此外，在TCP优化功能的基础上添加防火墙功能只会增加极少的CPU开销，因此整合的价值在NFV环境中仍然适用。

另一个挑战是如何处理超出单个VNF处理能力的工作流。一些供应商采用了由多台虚拟机（VM）组成一个VNF的方法。Gi LAN上的大多数功能都属于有状态操作，这意味着同一流的入站和出站流量需要由同一台VM处理。因此，如果出站流量到达的VM并非处理入站流量的VM，就需要通过VM间通信将流量传回正确的VM。这显然会导致性能下降。

F5选择了这样一种方法：始终将VNF部署为单个VM，并将架构横向扩展至多个VM作为外部设计因素。可采用不同的横向扩展技术，从非常简单的技术到高度先进的技术不等。

一种非常简单的横向扩展架构基于IP在不同VM之间进行流量哈希，例如等价多路径（ECMP）。但这种技术存在若干缺点，不适用于Gi LAN上的大多数用例。基于SDN的方法可通过控制流量分配来规避ECMP的部分限制，但其功能仍会受到一定限制，并且在很大程度上取决于所选的SDN厂商。

要扩展任何Gi LAN功能，同时完全独立于底层网络和SDN，灵活性和先进性更高的方法是使用无状态软件负载均衡器（同样以VM形式部署）。由于采用无状态设计，该方法几乎可以无限扩展：可添加更多用于无状态负载均衡的VM，同时保持流量在提供Gi LAN功能的各VM之间分配的一致性。

基于上述分析，我们认为，任何移动运营商在将Gi LAN架构从物理层迁移到虚拟层时，都必须审慎考虑整合和横向扩展这两个方面。

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