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Was ist NFV (Network Function Virtualization) und wie kann sie Ihrem Unternehmen Nutzen bringen?


What’s network functions virtualization and how does it work?

SDxCentral notes that network functions virtualization (NFV) is defined by “the decoupling of network functions from proprietary hardware appliances” and using these functions as virtual machines (VMs).1 A network architecture concept, NFV uses IT virtualization technology to virtualize networks into building blocks that can connect or link up to produce communication services.

Techopedia defines NFV as a procedure that “increases and improves network function [and] managing networks”.2 NFV functions by changing how architect networks deliver network services, chaining together disparate classes of network nodes. It then creates a form of communication or makes certain information widely available to specific or general users.

It’s important to note that although networks are meant to be virtualized using NFV, network functions aren’t meant to be virtualized. Firewalls, traffic control, and virtual routing are three of the most common virtual network functions (VNFs). Other functions include working as an alternative to load balancers and routers.

NFV architecture

The European Telecommunications Standards Institute (ETSI) proposed the NFV architecture, which has helped to define the NFV implementation standards. In pursuit of improved stability and interoperability, these NFV architecture components were modeled on the implementation standards.

The following are the components of the NFV architecture:

  • VNFs. Software apps that generate network functions, including file sharing, Internet Protocol (IP) configuration and directory services.
  • Network functions virtualization Infrastructure (NFVI). These components work from a platform to support software that’s needed for running networking apps. They are made up of the following infrastructure components:
    • Compute
    • Storage
    • Networking
  • Management, automation and network orchestration (MANO). Supports the framework for provisioning new VNFs and controlling the NFV infrastructure.

Why use NFV for your enterprise?

As of 2018, most personal computers and mobile devices are constructed around the x86 family of instruction set architectures.3 Virtualized networking components (VNCs) are used by NFV to bolster a hardware-independent infrastructure. Virtualized resources, including the resources used for computing, storage and network functions, can be placed on x86 servers and similar types of commercial off-the-shelf (COTS) hardware.

Also, the data plane and control plane within the data center and outside networks can be virtualized with NFV.

What are the challenges of using NFV?

Three technology components make up the core challenges around using NFV. They consist of the following:

  1. The NFV manager (NFVM)
  2. VNFs
  3. The NFVI

These three components are so incredibly tightly bound together that they result in added complexity and difficulty when deploying NFV at scale.

During the second quarter of 2019, Lean NFV worked to resolve this issue and developed a different method for the NFV architecture. In its white paper, Accelerating Innovation with Lean NFV, the authors argue the issues that hinder NFV including the integration of existing computational infrastructure with the NFV manager and the need for coordination between various components of the NFV manager.4

The authors note that the three points of integration need to be simplified for innovation to be freely fostered on other elements of the NFV design.

There are different organizations currently competing against one another and working towards the goal of standardizing the NFV technology components. This lack of uniformity is one of the reasons for the complexity in these components. There has been no individual approach that’s worked for the whole industry and no standard that has been adopted or otherwise invested in.

 

What are the benefits of NFV?

There are plenty of reasons for organizations to use NFV, including the following benefits:

  • Better communication
  • Reduced costs
  • Improved flexibility and accelerated time to market for new products and updates
  • Improved scalability and resource management
  • Reduced vendor lock-in

Better communication and information accessibility

In addition to managing networks, NFV improves network function by transforming how the network architects generate network services. This process is performed by using an architectural and creatively designed method to link together different network nodes to produce a communication channel that can provide freely accessible information to users.

Reduced costs

Often used to great effect for decoupling network services, NFV can also be used as an alternative for routers, firewalls, and load balancers. One of the appeals of NFV over routers, firewalls, and load balancers is that it doesn’t require network proprietors to purchase dedicated hardware devices to perform their work or generate service chains or groups. This benefit helps to reduce the cost of operating expenses and allows work to be performed with fewer potential operating issues.

Improved scalability

Because VMs have virtualized services, they can receive portions of the virtual resources on x86 servers, allowing multiple VMs to run from a single server and scale better, based on the remaining resources. This advantage helps direct unused resources to where they’re needed and boosts efficiency for data centers with virtualized infrastructures.

NFV allows networks the ability to quickly and easily scale their resources based off of incoming traffic and resource requirements. And software-defined networking (SDN) software lets VMs automatically scale up or down.

Better resource management

Once a data center or similar infrastructure is virtualized, it can do more with fewer resources because a single server can run different VNFs simultaneously to produce the same amount of work. It allows for an increased workload capacity while reducing the data center footprint, powering consumption and cooling needs.

Flexibility and accelerated time to market

NFV helps organizations update their infrastructure software when network demands change, starkly reducing the need for physical updates. As business requirements change and new market opportunities open, NFV helps organizations to quickly adapt. Since a network’s infrastructure can be altered to better support a new product, the time-to-market period can be shortened.

Reduced vendor lock-in

The largest benefit of running VNFs on COTS hardware is that organizations aren’t chained to proprietary, fixed-function boxes that take truck rolls and lots of time and labor for deployment and configuration.

What’s the difference between NFV and SDN?

In the article “SDN vs. NFV: What’s the difference?” the author notes that the principle “similarity between [SDN] and [NFV] is that they both use network abstraction”.5 The author notes that “SDN seeks to separate network forwarding functions while NFV [abstracts them] and other network functions from the hardware [that they’re running on]”.5

Both NFV and SDN rely on virtualization for network design and infrastructure abstraction in software. Post-abstraction implementation is done using the underlying software on hardware devices and platforms.    

NFV and SDN are often used in tandem with one another and they do share some similarities. They are different in how they separate functions and abstract resources. Both NFV and SDN use commodity hardware and help create flexible, programable, and resource-efficient network architecture.

SDN helps create a network that can be centrally managed and programmed by separating network forwarding functions. NFV shifts network functions from hardware to software, bolstering SDN with infrastructure that SDN software can run on.

After SDN runs from NFV infrastructure, it forwards data packets from a single network device to a different network device. While this process occurs, the SDN’s networking control functions for applications, routing, and policy definitions run from a VM on the network. NFV provides general networking functions and SDN orchestrates networking functions for specific purposes, allowing behavior and configuration to be programmatically modified and defined.  

NFV and SDN take differing approaches when it comes to functions and resource abstractions. SDN abstracts switches, routers, and other physical networking resources, then shifts the decision-making onto a virtual network (VN) control plane. The control plane then chooses where to send the traffic, and the hardware directs and handles the traffic. The NFV approach strives to virtualize all physical networking resources under a hypervisor. This approach helps promote network growth without incorporating additional devices.

NFV and SDN can be used together, depending on what you want to accomplish, and both use commodity hardware. With NFV and SDN, you can create a network architecture that’s more flexible, programmable, and resource-efficient.5

NFV, SDN, and API

NFV is network component virtualization and SDN is the network architecture that puts automation and programmability into the network by decoupling network control and forward functions. When NFV virtualizes all the infrastructure in a network, SDN centralizes the network’s control, creating a network that uses software to construct, control and manage it.

An SDN controller, northbound application programming interfaces (APIs), and southbound APIs are often included with an SDN. With the controller, network administrators can see the network and decide on the policies and behaviors of the adjacent infrastructure. Northbound APIs are used by applications and services to inform the controller of what resources it needs. Southbound APIs help the network run smoothly by processing information about the network’s state from the infrastructure and forwarding it to the controller.

Resources

  1. What is NFV (Network Functions Virtualization)? Definition, SDxCentral, 26 August 2013.
  2. Network Functions Virtualization (NFV), Techopedia, 5 September 2018.
  3. A New Era In Servers Is Starting Now, The Next Platform, 7 June 2019.
  4. Accelerating Innovation with Lean NFV, Lean NFV, 2019.
  5. What is NFV?, Red Hat®.

 



Was ist NFV (Network Function Virtualization) und wie funktioniert sie?

SDxCentral weist darauf hin, dass NFV als die „Entkopplung von Netzwerkfunktionen von proprietären Hardware-Anwendungen“ und deren Nutzung als virtuelle Maschinen (VMs) definiert ist.1 Bei NFV handelt es sich um ein Netzwerkarchitekturkonzept, das IT-Virtualisierungstechnologien einsetzt, um Netzwerke in Bausteinen zu virtualisieren, die miteinander verbunden oder verknüpft werden können, um Kommunikationsservices zu erbringen. 

Techopedia definiert NFV als ein Verfahren, das „die Netzwerkfunktion [und] die Verwaltung von Netzwerken erhöht und verbessert“.2 NFV verändert die Art und Weise, wie Architekten Netzwerkservices bereitstellen, indem sie unterschiedliche Klassen von Netzwerkknoten miteinander verknüpfen. Sie schafft somit eine Form der Kommunikation oder ermöglicht einen breiten Zugriff auf bestimmte Informationen für ausgewählte oder allgemeine Nutzer.

Folgendes ist wichtig: Netzwerke sollen zwar mit NFV virtualisiert werden, aber Netzwerkfunktionen sollen nicht virtualisiert werden. Firewalls, Traffic Control und virtuelles Routing sind drei der am häufigsten verwendeten virtuellen Netzfunktionen (VNFs). Weitere Funktionen umfassen den Einsatz als Alternative zu Load Balancer und Routern.

NFV-Architektur

Das Europäische Institut für Telekommunikationsstandards (ETSI) entwickelte die NFV-Architektur, die zur Ausarbeitung der NFV-Implementierungsstandards beitrug. Um Stabilität und Interoperabilität zu verbessern, wurden diese NFV-Architekturkomponenten auf der Grundlage der Implementierungsstandards modelliert.

Im Folgenden werden die Komponenten der NFV-Architektur aufgeführt:

  •  Virtual Network Functions (VNFs) SSoftwareanwendungen, die Netzwerkfunktionen bereitstellen, einschließlich Dateifreigabe, Internetprotokoll (IP)-Konfiguration und Directory Services.

  • Network functions virtualization Infrastructure (NFVI). Diese Komponenten werden von einer Plattform aus betrieben, um Software zu unterstützen, die für die Ausführung von Netzwerkanwendungen erforderlich ist. Sie setzen sich aus den folgenden Infrastrukturkomponenten zusammen:

    • Compute
    • Storage
    • Networking

  • Management, Automation und Network Orchestration (MANO). Unterstützt das Framework für die Bereitstellung von neuen VNFs und die Steuerung der NFV-Infrastruktur.

Warum sollte Ihr Unternehmen NFV nutzen?

Seit 2018 basieren die meisten PCs und mobilen Geräte auf der x86-Familie von Instruction-Set-Architekturen.3 Virtualisierte Netzwerkkomponenten (VNCs) werden von NFV verwendet, um eine hardwareunabhängige Infrastruktur zu unterstützen. Virtualisierte Ressourcen, einschließlich der für Rechen-, Speicher- und Netzwerkfunktionen verwendeten Ressourcen, können auf x86-Servern und ähnlichen Arten von kommerzieller Standardhardware (COTS) eingesetzt werden. 

Darüber hinaus können die Daten- und die Steuerebene innerhalb des Rechenzentrums und außerhalb des Netzes mit NFV virtualisiert werden.

Was sind die Herausforderungen bei der Verwendung von NFV?

Drei Technologiekomponenten bilden die zentralen Herausforderungen bei der Nutzung von NFV. Sie bestehen aus den folgenden Elementen:

  1. NFV-Manager (NFVM)
  2. VNFs
  3. NFVI

Diese drei Komponenten sind so eng miteinander verbunden, dass sie bei der Bereitstellung von NFV im großen Maßstab zusätzliche Komplexität und Schwierigkeiten verursachen.

Im zweiten Quartal 2019 beschäftigte sich Lean NFV mit der Lösung dieses Problems und entwickelte eine andere Methode für die NFV-Architektur. In ihrem Whitepaper Accelerating Innovation with Lean NFV [Beschleunigung der Innovation mit Lean NFV] gehen die Autoren auf die Probleme ein, die den Einsatz von NFV erschweren. Dazu gehören die Integration der bestehenden Recheninfrastruktur mit dem NFV-Manager und die Notwendigkeit der Koordination zwischen den verschiedenen Komponenten des NFV-Managers.4

Die Autoren weisen darauf hin, dass die drei Integrationspunkte vereinfacht werden müssen, damit die Innovation bei anderen Elementen des NFV-Designs frei entfaltet werden kann.

Derzeit stehen verschiedene Organisationen im Wettbewerb zueinander und arbeiten an dem Ziel, die NFV-Technologiekomponenten zu standardisieren. Der Mangel an Standardisierung ist einer der Gründe für die Komplexität dieser Komponenten. Es gibt keinen individuellen Ansatz, der sich für die gesamte Branche bewährt hat, und keinen Standard, der übernommen oder in den investiert wurde.

Welche Vorteile bietet NFV?

Die Gründe für Unternehmen, NFV zu nutzen, sind vielfältig und umfassen unter anderem die folgenden Vorteile:

  • Bessere Kommunikation

  • Niedrigere Kosten

  • Verbesserte Flexibilität und kürzere Markteinführungszeiten für neue Produkte und Updates

  • Verbesserte Skalierbarkeit und verbessertes Ressourcenmanagement

  • Weniger Abhängigkeit von nur einem Anbieter

Bessere Kommunikation und Zugänglichkeit von Informationen

Neben der Verwaltung von Netzwerken verbessert NFV die Netzwerkfunktion, indem es die Art und Weise verändert, wie die Netzwerkarchitekten Netzwerkdienste bereitstellen. Dieser Prozess wird durch eine architektonische und kreativ gestaltete Methode zur Verknüpfung verschiedener Netzwerkknoten durchgeführt. So entsteht ein Kommunikationskanal, der den Nutzern barrierefrei zugängliche Informationen bereitstellen kann.

Niedrigere Kosten

NFV wird häufig sehr erfolgreich zur Entkopplung von Netzwerk-Services eingesetzt und kann auch als Alternative für Router, Firewalls und Load Balancer verwendet werden. Einer der Vorteile von NFV gegenüber Routern, Firewalls und Load Balancern besteht darin, dass die Netzwerkbetreiber keine dedizierten Hardware-Geräte kaufen müssen, um ihrer Arbeit nachzugehen oder Serviceketten/-gruppen zu erstellen. Dieser Vorteil trägt zur Senkung der Betriebskosten bei und ermöglicht zusätzlich die Durchführung von Arbeiten mit weniger potenziellen Betriebsstörungen.

Bessere Skalierbarkeit

Da VMs über virtualisierte Services verfügen, können sie Teile der virtuellen Ressourcen auf x86-Servern empfangen. Das bedeutet, dass mehrere VMs auf einem einzigen Server ausgeführt werden können und eine bessere Skalierung auf der Grundlage der verbleibenden Ressourcen möglich ist. Dieser Vorteil ermöglicht es, ungenutzte Ressourcen dorthin zu leiten, wo sie benötigt werden, und steigert die Effizienz von Rechenzentren mit virtualisierten Infrastrukturen.

NFV versetzt Netzwerke in die Lage, ihre Ressourcen auf der Grundlage des eingehenden Datenverkehrs und der Ressourcenanforderungen schnell und einfach zu skalieren. Außerdem ermöglicht Software-Defined Networking (SDN) die automatische Skalierung von VMs.

Besseres Ressourcenmanagement

Sobald ein Rechenzentrum oder eine ähnliche Infrastruktur virtualisiert ist, können sie mit weniger Ressourcen mehr leisten. Der Grund dafür ist, dass ein einziger Server verschiedene VNFs gleichzeitig ausführen kann, um die gleiche Menge an Arbeitspensum zu leisten. Dies ermöglicht eine höhere Workload-Kapazität bei gleichzeitiger Reduzierung des Platzbedarfs, Stromverbrauchs und Kühlungsbedarfs im Rechenzentrum.

Flexibilität und kürzere Markteinführungszeiten

Mit NFV können Unternehmen ihre Infrastruktursoftware aktualisieren, wenn sich die Anforderungen an das Netzwerk ändern, wodurch der Bedarf an physischen Aktualisierungen deutlich sinkt. Wenn sich geschäftliche Anforderungen ändern und sich neue Marktchancen eröffnen, unterstützt NFV Unternehmen dabei, sich schnell anzupassen. Da die Infrastruktur eines Netzes geändert werden kann, um ein neues Produkt besser zu fördern, kann der Time-to-Market-Zeitraum verkürzt werden.

Weniger Abhängigkeit von nur einem Anbieter

Der größte Vorteil der Ausführung von VNFs auf COTS-Hardware liegt darin, dass Unternehmen nicht an proprietäre Fixed-Function Boxes gebunden sind, für deren Bereitstellung und Konfiguration Truck Rolls und viel Zeit und Arbeit benötigt werden.

Was ist der Unterschied zwischen NFV und SDN?

Im Artikel „SDN vs. NFV: What's the difference?“ erklärt der Autor, dass die grundsätzliche „Ähnlichkeit zwischen [SDN] und [NFV] darin besteht, dass beide die Netzkwerkabstraktion nutzen“.5 Der Autor weist darauf hin, dass „SDN versucht, die Funktionen der Netzwerkweiterleitung zu trennen, während NFV [diese] und andere Netzfunktionen von der Hardware [auf der sie ausgeführt werden, extrahiert]“.1

Sowohl NFV als auch SDN stützen sich auf die Virtualisierung für das Netzwerkdesign und die Abstraktion der Infrastruktur in Software. Die Implementierung nach der Abstraktion erfolgt mittels der zugrunde liegenden Software auf Hardwaregeräten und -plattformen.    

NFV und SDN werden oft gemeinsam verwendet und weisen einige Gemeinsamkeiten auf. Sie unterscheiden sich aber darin, wie sie Funktionen und abstrakte Ressourcen trennen. Sowohl NFV als auch SDN verwenden standardmäßige Hardware und tragen zur Realisierung einer flexiblen, programmierbaren und ressourceneffizienten Netzwerkarchitektur bei.

SDN ermöglicht die Schaffung eines zentral verwaltbaren und programmierbaren Netzewerks durch die Trennung der Funktionen zur Netzwerkweiterleitung. NFV verlagert Netzwerkfunktionen von der Hardware zur Software und unterstützt SDN mit einer Infrastruktur, auf der die SDN-Software laufen kann.

Nach der Ausführung von SDN über die NFV-Infrastruktur leitet es Datenpakete von einer Netzwerkeinheit an eine andere Netzwerkeinheit weiter. Während dieses Prozesses werden die Funktionen der SDN-Software zur Netzwerksteuerung für Anwendungen, Routing und Richtliniendefinitionen von einer VM im Netzwerk ausgeführt. Während NFV allgemeine Netzwerkfunktionen bereitstellt, orchestriert SDN die Netzwerkfunktionen für bestimmte Zwecke. Dabei können Verhalten und Konfiguration programmgesteuert verändert und definiert werden.  

Im Hinblick auf Funktionen und Ressourcenabstraktionen verfolgen NFV und SDN unterschiedliche Ansätze. SDN abstrahiert Switches, Router und andere physische Netzwerkressourcen und verlagert die Entscheidungsprozesse auf eine Steuerebene für virtuelle Netzwerke (VN). Die Steuerebene wählt dann aus, wohin der Datenverkehr gesendet werden soll, und die Hardware leitet und verarbeitet den Datenverkehr. Der NFV-Ansatz zielt darauf ab, alle physischen Netzressourcen unter einem Hypervisor zu virtualisieren. Dieser Ansatz fördert das Wachstum des Netzwerkes, ohne dass zusätzliche Geräte eingesetzt werden müssen.

Abhängig davon, was Sie erreichen möchten, können NFV und SDN zusammen verwendet werden. Beide nutzen Standardhardware. Mit NFV und SDN können Sie eine Netzwerkarchitektur schaffen, die flexibler, programmierbar und ressourceneffizienter ist.5

NFV, SDN und API

NFV steht für die Virtualisierung von Netzwerkkomponenten und SDN für die Netzwerkarchitektur, die durch die Entkopplung von Netzwerksteuerung und Weiterleitungsfunktionen Automatisierung und Programmierbarkeit in das Netzwerk bringt. Bei NFV wird die gesamte Infrastruktur eines Netzwerks virtualisiert, während SDN die Steuerung des Netzes zentralisiert und ein Netzwerk schafft, das mit Hilfe von Software erstellt, gesteuert und verwaltet wird. 

Ein SDN-Controller, Northbound Application Programming Interfaces (APIs) und Southbound APIs sind oft in einem SDN enthalten. Mit dem Controller können Netzwerkadministratoren das Netzwerk einsehen und entsprechende Richtlinien und Verhaltensweisen für die angrenzende Infrastruktur festlegen. Northbound APIs werden von Anwendungen und Services verwendet, um dem Controller zu übermitteln, welche Ressourcen er benötigt. Southbound APIs tragen zum reibungslosen Betrieb des Netzwerks bei, indem sie Informationen über den Zustand des Netzwerks aus der Infrastruktur bereitstellen und an den Controller weiterleiten.

Ressourcen

  1. What ist NFV (Network Functions Virtualization)? [Was ist NFV (Netzwerkfunktionsvirtualisierung?)] Definition, SDxCentral, 26. August 2013 
  2. Network Functions Virtualization (NFV) [Netzwerkfunktionsvirtualisierung (NFV)], Techopedia, 5. September 2018
  3. A New Era In Servers Is Starting Now [Eine neue Ära bei Servern beginnt jetzt], The Next Platform, 7. Juni 2019
  4. Accelerating Innovation with Lean NFV [Beschleunigung der Innovation mit Lean NFV], Lean NFV, 2019
  5. What is NFV? [Was ist NFV?], Red Hat®