Architetture di rete e tecnologia Nfv

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L'esplosivo aumento del traffico dati causato dal grande consumo di flussi video, dal crescente uso di dispositivi mobili e dai servizi basati sul cloud sta portando a saturazione la capacità delle reti esistenti. Per i service provider questo si traduce in una sfida: quella di riuscire a gestire una richiesta di banda enormemente superiore riducendo nel contempo le spese per capitale e operative e attivando nuovi servizi per generare nuovi flussi di ricavi rimanendo competitivi rispetto ai grandi content provider 'over-the-top' come Google e Amazon. I provider di servizi di rete e i carrier di telecomunicazione sono sempre più interessati a tecnologie come la virtualizzazione delle funzioni di rete o Nfv (Network Functions Virtualization) per modernizzare e trasformare i propri network così da raggiungere questi obiettivi.


La trasformazione della rete
Questa trasformazione richiederà nuove architetture sufficientemente agili da poter rispondere rapidamente al cambiamento dei pattern di traffico, alle nuove applicazioni e ai continui mutamenti dei requisiti degli utenti. È l'implementazione delle tecnologie Nfv che può permettere ai provider di servizi di rete e ai carrier di telecomunicazioni di introdurre nuovi servizi più rapidamente riducendo i costi inerenti alla crescita della capacità di rete e controllando le spese operative di tutti i giorni. Il concetto primario della Nfv è la trasformazione di più funzionalità o servizi di rete esistenti in applicazioni software che possano essere consolidate e fatte girare su macchine virtuali basate su normale hardware commerciale. Storicamente, l'infrastruttura di rete per telecomunicazioni si è sempre basata su software proprietario installato su apparati hardware monofunzione dedicati. Oggi i carrier e i network provider guardano alle economie di scala e alla standardizzazione offerte dal settore IT mediante virtualizzazione, server e sistemi operativi standardizzati, e software open source come Linux e come la piattaforma di cloud computing OpenStack per cloud pubblici e privati, e sono interessati a introdurre queste tecnologie nelle reti carrier. Tuttavia l'implementazione della Nfv richiederà software di virtualizzazione specifico per i carrier in grado di garantire le capacità di traffico in tempo reale e la scalabilità che occorre per poter gestire miliardi di nuovi dispositivi connessi e il relativo traffico dati supportando gli alti livelli di affidabilità e disponibilità necessari per un uptime minimo di "cinque nove" (99,999%) se non di "sei nove" (99,9999%). La trasformazione della rete è già in atto con una grande quantità di proof of concepts e trials in combinazione con una tecnologia strettamente associata come Sdn (Software Defined Networking) e l'emergere di servizi cloud. I maggiori carrier di telecomunicazioni e provider di servizi di rete stanno già collaborando all'interno dell'Etsi Industry Specification Group for Nfv per definire le specifiche e l'architettura occorrenti per realizzare architetture di rete flessibili e scalabili che permettano un deployment rapido di nuovi servizi e riducano i costi operativi mediante efficienze in termini di utilizzo dell'hardware e consumi di energia.

Le sfide
In questa transizione verso le architetture di rete basate sulla Nfv rimangono tuttavia notevoli sfide che non possono essere risolte dalle tradizionali soluzioni IT. Per prima cosa occorreranno modelli di gestione per il provisioning e la configurazione dei servizi: gli operatori avranno bisogno di gestire e integrare nuovi sistemi di gestione a fianco degli attuali tool Oss e i tool di gestione degli elementi di rete con cui amministrano i dispositivi di rete. In secondo luogo sarà necessario mantenere un sistema altamente affidabile e disponibile a cinque o sei 9 per garantire i livelli Sla (Service Level Agreement) attuali. La terza sfida riguarda le performance, dato che la virtualizzazione su hardware standard può facilmente introdurre un degrado delle prestazioni. Le soluzioni presenti oggi sono altamente verticali e basate su componenti hardware altamente ottimizzati e specializzati, come ad esempio i gateway, i dispositivi Evolved Packet Core o per packet inspection, e normalmente ognuno di essi dispone del proprio tool di gestione specifico. L'obiettivo della Nfv è di consolidare tutto questo su un unico hardware comune. Tuttavia questo potrebbe condurre a una riduzione dei livelli di ottimizzazione e delle prestazioni in un ambiente virtualizzato rispetto a quello che un tempo era hardware ottimizzato.

I requisiti
I principali requisiti delle comunicazioni carrier-grade sono certamente l'alta affidabilità e una disponibilità di cinque (preferibilmente sei) 9, oltre alla necessità di affrontare tutti gli aspetti del sistema, tra cui gestione, prestazioni, scalabilità e sicurezza. Fondamentalmente le soluzioni IT tradizionali non sono progettate per requisiti carrier-grade: per esempio, occorrerà migliorare OpenStack affinché possa supportare la migrazione live di una VM da un host a un altro entro i tempi strettissimi imposti dai servizi di telecomunicazione. La migrazione dovrà essere completabile in pochi secondi anziché diversi minuti. Un altro requisito riguarda il rilevamento rapido di uno o più malfunzionamenti software/hardware che possano portare al blocco di una VM. Il rilevamento dei guasti e il riavvio automatico devono richiedere pochi millisecondi per minimizzare la perdita di dati o servizi, mentre l'implementazione OpenStack standard può impegnare diversi minuti e comportare un riavvio manuale. In termini di performance, esistono molte tipologie differenti di dispositivi molti dei quali - come le radio baseband - richiedono alti livelli di prestazioni e un bassissimo grado di latenza. Un hypervisor altamente affidabile, sicuro e performante è il primo passo verso la Nfv, ma prestazioni, affidabilità e sicurezza devono essere applicate a tutti gli aspetti di un host o server Nfv. Un aspetto essenziale delle performance riguarda le comunicazioni tra applicazioni o servizi residenti su un nodo. Uno switch virtuale (vSwitch) ad alte prestazioni è vitale per gestire il flusso di comunicazioni verso e tra le funzioni di rete virtualizzate presenti su un server. Ulteriori requisiti riguardano la necessità di soluzioni altamente scalabili capaci di gestire centinaia di migliaia di abbonati e livelli fortemente divergenti di servizi dati, nonché un elevato grado di sicurezza inclusi database Aaa (Autenticazione, autorizzazione e accounting) cifrati, autenticazione a livello di rete e servizi crittografici.

Soluzioni flessibili
Uno dei vantaggi della Nfv è che i service provider e i carrier di telecomunicazione possono ora considerare la possibilità di crearsi autonomamente le soluzioni richieste partendo da normali prodotti IT enterprise e altre tecnologie open source facilmente disponibili. Tuttavia lo sviluppo di una piattaforma Nfv completa può costare decine di milioni di dollari e richiedere anche 12 o 18 mesi prima di arrivare a una soluzione matura che raggiunga l'affidabilità necessaria e una disponibilità di rete carrier-grade. Wind River propone un ampio portafoglio di prodotti che affrontano la trasformazione della rete comprendendo prodotti basati su open source - come OpenStack e virtualizzazione basata su Linux - adatti alle aziende che intendono realizzare la propria soluzione. I componenti Wind River includono Wind River Linux, una piattaforma Linux commerciale basata sull’infrastruttura di sviluppo Yocto Project che offre un ampio set di servizi con un sistema integrato di build e tool di sviluppo. Open Virtualization, un'opzione di Wind River Linux, invece ottimizza la tecnologia open source Kvm (Kernel-based Virtual Machine) per consentire il deployment di servizi di rete su macchine virtuali senza perdite di prestazioni associate all'impiego di prodotti di virtualizzazione IT tradizionali. Questa opzione soddisfa i requisiti carrier-grade e restituisce performance hardware near-native laddove la latenza massima di Kvm è normalmente di alcune migliaia di punti percentuali superiore rispetto ai risultati nativi. Combinare un’ampia gamma di applicazioni Nfv attraverso lo stack di rete può tuttavia rappresentare una fase lunga e costosa per carrier e service provider. Wind River Titanium Server è una soluzione totalmente integrata basata su Open Virtualization con Wind River Linux, su una versione real-time ottimizzata di Kernel-Based Virtual Machine (Kvm ++), su estensioni carrier-grade per OpenStack e sulle tecnologie vSwitch basate su Data Plane Development Kit. Il tool fornisce una piattaforma pronta all'uso per la virtualizzazione carrier-grade e riduce significativamente il time-to-market e i costi operativi dei clienti accelerando il percorso verso la Nfv. A differenza delle soluzioni enterprise esistenti, Wind River Titanium Server è una piattaforma software carrier-grade commerciale per la Nfv che garantisce l'affidabilità a sei 9 richiesta dal settore delle telecomunicazioni.

Agilità nei servizi
Carrier e provider di rete devono affrontare sfide significative per sviluppare nuovi servizi redditizi e nel contempo ampliare la propria capacità di rete per sostenere la crescita quasi esponenziale della richiesta di banda. Questi operatori dovranno far leva su tecnologie IT tradizionali e open source per creare soluzioni Nfv ad alte prestazioni che forniscano una virtualizzazione affidabile a bassa latenza supportando nel contempo i requisiti di affidabilità e disponibilità necessari per performance carrier-grade senza compromessi unite a una reale agilità nei servizi e scalabilità delle applicazioni. L'implementazione di tecnologie Nfv attraverso soluzioni di facile installazione permetterà di trasformare le reti in modo da introdurre nuovi servizi più rapidamente e ridurre i costi di ampliamento della capacità di rete rendendo le operazioni più facili e meno onerose.

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