作者：王姵文
企業客製化系列課程_5G SDN/NFV軟體研發技術與實務，邀請到產研專家於9/22(三)、9/23(四)線上直播進行授課，本次授課以5G SDN/NFV網路技術基礎為主。
5G NFV網路技術基礎課程
9/23(四)由工研院資通所技術經理李育緯擔任講師，首先講述網路功能虛擬化(NFV)是將電信網路功能從實體設備抽離出來，以虛擬機(VM)或容器(Container)的形式運行在虛擬化的設備(NFVI)之上。將軟體功能與硬體設備解耦，能降低建置與管理成本。但NFV也面臨了一些問題與挑戰，像是從雲到端、從核網到基站，需要更輕量化的虛擬化技術；使用x86架構取代專用網路晶片，效能是否能滿足需求；NFV架構下，需要更好的效能監控、分析與管理技術。
傳統的虛擬主機技術利用硬體的功能來模擬實現，也可以通過作業系統軟體來實現，常見的傳統虛擬化技術，例如vSphere 或Hyper-V 是以作業系統為中心，而Container 技術則是直接將一個應用程式所需的相關程式碼、函式庫、環境配置檔都打包起來建立沙箱執行環境。
其中最明顯的差異是，虛擬機器需要安裝作業系統（安裝Guest OS）才能執行應用程式，而Container 技術不是在OS 外來建立虛擬環境，是透過作業系統內的核心系統層來打造虛擬執行環境，透過共用Host OS 的作法，取代一個一個Guest OS 的功用。
李育緯經理也分享了開源雲端系統OpenStack，創立於2010年，由Rackspace與NASA共同發布，提供IaaS服務，為客戶提供虛擬服務器與其他資源。和開源容器管理平台Kubernetes，Kubernetes是用於自動部署、擴展和管理容器化應用程式的開源系統，提供「跨主機集群的自動部署、擴展以及運行應用程式容器的平台」。以及雲原生(Cloud Native)的觀念，Cloud Native不是一個技術名詞，而是一種開發與運行應用服務的方法。以Cloud Native的方式進行開發，可以讓整個開發到後續維運的流程更加快速、有效率且容易更新調整。
VM和Container比較
NFV效能優化技術
李育緯經理提到關於NFV效能優化技術，並分點介紹相關名詞。
CPU與NUMA Node
NUMA系統是指一個主機板上有多個CPU，各CPU有各自的記憶體與IO控制器，CPU之間透過QPI介面可存取遠端的記憶體與IO設備，但CPU存取本地記憶體與IO設備的延遲與頻寬會優於存取遠端的記憶體與IO設備。
現行CPU可以支援不同的Page Size，如4KB, 2MB, 1GB，除了4KB以外的Page Size就稱為Hugepages。(最初Linux僅支援4KB Page Size)，使用Hugepage能減少虛擬記憶體與實體記憶體的轉換次數，也能減少Page Fault的發生機率，進而提升系統效能。
網路加速技術(DPDK, SRIOV, SmartNIC)
DPDK是由Intel提供的開發工具集，不同於Linux系統以通用性設計為目的，而是專注於網路應用中數據封包的高性能處理。
Open vSwitch(OVS)是開源的虛擬交換器，支援VLAN/VxLAN/NVGRE等網路隔離功能，也支援QoS、sFLOW與OpenFlow協定。
Single Root I/O Virtualization (SR-IOV)。SR-IOV為PCI-SIG標準，允許PCIe的I/O裝置以多個實體與虛擬裝置呈現。
Netronome SmartNIC將OVS的功能做到硬體網卡中，可增加網路傳輸效能，並減少CPU資源的損耗。
加速卡資源管理
硬體供應商(Intel, Nvidia)已經提供許多硬體加速方案(GPU, FPGA, QAT)，這些硬體能針對特定任務提供加速運算功能，大幅節省CPU運算資源並提升效能。Kubernetes Device Plugin開發框架讓供應商能開發各自產品的Plugin並整合到Kubernetes的生態鏈中。
OpenNESS是Intel推出的開源NFV平台，根據NFV高效能的需求，整合了軟硬體加速技術，並提供自動化部署的服務，可節省開發團隊整合眾多開源軟體的時間與精力。
小結
NFV技術從2013年演進至今已經相當成熟，並且有許多成功案例證明NFV是商用可行的技術。導入NFV技術並不是一件簡單的事，需掌握效能優化的技術，以及自動化管理維運的思維，所幸目前已經有許多開源軟體可供整合，可大幅降低導入NFV的技術門檻。
NFV系統的效能優化只是第一步，後續更重要的是如何做到自動化的管理維運，可以先從系統的監控著手，接下來從監控數據中進行分析，進而做到自動化的除錯、優化、與管理，導入AI進行系統分析與管理已經是現在進行式。
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