通用服務器選型的研究

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發(fā)展策略

通用服務器選型的研究

于富東吉林吉大通信設計院股份有限公司高級工程師
楊林吉林吉大通信設計院股份有限公司高級工程師
匙凱吉林吉大通信設計院股份有限公司高級工程師

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)應用和OTT業(yè)務的蓬勃發(fā)展，電信運營商一直秉承的“高可靠、高性能”發(fā)展路線開始向“追求網(wǎng)絡功能的多樣性和靈活性”的目標轉變，紛紛進行“去電信化”的變革，以求加快業(yè)務開發(fā)和上線的進程。本文以運營商引入網(wǎng)絡虛擬化NFV技術驅動力為出發(fā)點，從部署難易程度、運維難易程度、成本分析、可靠性分析和可擴展性分析等多個角度綜合對比網(wǎng)絡建設中通用硬件的選型，以求對運營商未來虛擬化網(wǎng)絡的建設提供指導意見。

通用服務器；NFV；SDN；VoLTE

1　引言

隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和OTT（Over The Top）產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，電信運營商的量和收的剪刀差日益增大，其一直秉承的“高性能、高可靠”的發(fā)展路線向“追求網(wǎng)絡功能的多樣性和靈活性”目標轉變，進行“去電信化”的變革，以加快業(yè)務開發(fā)和上線運營的進程，同時提高網(wǎng)絡資源的利用效率，降低運維成本以增強競爭力。

傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡架構是20世紀90年代以電話業(yè)務為主的時代確立的。當前，伴隨著數(shù)據(jù)流量的爆炸式增長，傳統(tǒng)電話業(yè)務的流量占比越來越低，傳統(tǒng)的電話窄帶交換網(wǎng)絡與大數(shù)據(jù)、高帶寬的流量經(jīng)營需求成為運營商業(yè)務面對的主要矛盾，業(yè)已激發(fā)大量問題，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）網(wǎng)絡復雜且與業(yè)務相關性強，每一種新業(yè)務的引入都需要新建一張承載網(wǎng)絡，而且通常是由功能單一、價格昂貴、不同廠家獨立的硬件設備構成。

（2）網(wǎng)元設備使用軟硬件一體化的封閉架構，導致設備日益臃腫、擴展性受限、功耗大、功能提升空間小、技術進步慢、價格昂貴、廠商鎖定。

（3）網(wǎng)絡和業(yè)務相互割裂，缺少協(xié)同，業(yè)務不了解網(wǎng)絡的資源使用狀況，網(wǎng)絡無法適應業(yè)務動態(tài)的資源需求，造成資源不能共享、業(yè)務難以融合。

（4）維護成本居高不下，網(wǎng)絡中存在大量不同廠商、不同功能的設備，在部署中需要實現(xiàn)多廠商設備的集成、互通、維護和升級，很難降低成本。

（5）不同廠家的設備內(nèi)部均存在私有接口和協(xié)議，嚴重阻礙了網(wǎng)絡演進的進程和新技術、新功能的部署。

因此，需要從根本上打破現(xiàn)有網(wǎng)絡的封閉架構，來動態(tài)快速地適應互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的承載需求。NFV （Network Function Virtualizotion，網(wǎng)絡功能虛擬化）是IT（information Technology，信息技術）和CT（Computer Technology，計算機技術）技術結合的產(chǎn)物，其目標是通過軟件和硬件的解耦及功能抽象，采用虛擬化技術改變傳統(tǒng)電信網(wǎng)元從硬件到軟件都由單一廠商實現(xiàn)的方式，網(wǎng)元以純軟件的形式運行在虛擬化通用硬件平臺（如x86）上，這樣既可以自由升級軟件或者安裝新軟件來提供新的功能和業(yè)務，也能夠根據(jù)硬件技術的進步，自由升級硬件，享受摩爾定律帶來的性能和成本優(yōu)勢，增加運營商網(wǎng)絡靈活性、實現(xiàn)更高效的網(wǎng)絡建設與運營、加快業(yè)務上線速度，更好地提升用戶滿意度。

2　運營商網(wǎng)絡引入NFV的驅動力

進入4G時代，數(shù)字化、海量連接等思想逐步納入到網(wǎng)絡建設的需求，運營商直接面臨著流量/連接數(shù)快速增加、用戶體驗高要求和新業(yè)務不斷涌現(xiàn)等問題。

在流量方面，運營商網(wǎng)絡的流量將會有爆炸式的增長，預計2016年全球將會產(chǎn)生超過1ZB的網(wǎng)絡流量（1ZB=109TB）；在連接數(shù)方面，預計到2020年全球將有接近2000億個物聯(lián)網(wǎng)終端連入互聯(lián)網(wǎng)；在用戶體驗方面，可以歸納為5個特點：按需定制、全在線、實時、自助服務、社交分享。在此情況下，運營商需要更加注重用戶的體驗和感受，并與用戶進行交互。在業(yè)務方面，傳統(tǒng)語音等業(yè)務占比必然會逐步下降，未來收入將與數(shù)據(jù)業(yè)務進一步緊密聯(lián)系，云服務、IOT、高清視頻將是未來的熱點業(yè)務。

新的業(yè)務帶來了對網(wǎng)絡新的驅動力，除了降低網(wǎng)絡成本，未來網(wǎng)絡架構建設的需求還包括：

（1）敏捷：能快速支撐業(yè)務多樣化、彈性化的需求。

（2）創(chuàng)新：能引入第三方公司配合進行業(yè)務創(chuàng)新。

（3）安全：滿足高安全性的要求。

（4）經(jīng)濟：可實現(xiàn)自動化部署，減少OPEX （Operating Expense，運營成本）的需求。

（5）開放：標準開放的解決方案，保持選擇靈活性的需求。

NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡功能虛擬化）建立在虛擬化和云計算技術基礎之上，其核心是實現(xiàn)軟硬件的解耦和自動化部署，在網(wǎng)絡建設、運維、業(yè)務創(chuàng)新以及構建開放生態(tài)系統(tǒng)等方面都會為運營商帶來巨大的收益，因此成為構建未來網(wǎng)絡體系架構的關鍵技術。

在網(wǎng)絡建設方面，由于NFV（Network Function Virtualization）采用云計算技術，利用通用硬件構建統(tǒng)一的資源池，可以獲取IT（Information Technology）界規(guī)模經(jīng)濟效益，降低硬件成本，同時可以根據(jù)業(yè)務的實際需要動態(tài)按需分配資源，實現(xiàn)資源共享，有效解決業(yè)務潮汐效應下資源利用率和能效低的問題。在運維方面，自動化集中式的管理可通過以下幾個層面獲得高效運維。

●硬件單元管理自動化

為獲得NFV在運維成本上的優(yōu)勢，運營商需要部署高性價比、批量生產(chǎn)的硬件。通過這一方式，不必再對單一的組件進行維修，而是讓其退出服務并替換。NFV硬件單元應能快速完成引導和配置，且大部分工作都可在遠端進行。

●應用的生命周期管理自動化

NFV軟硬件解耦特性帶來更高效的生命周期管理過程。在最佳情況下，僅需點擊按鍵，即可將新業(yè)務部署在指定的位置，而無需采購和安裝新設備，包括上線、部署、修復、升級/打補丁、下線等。

●網(wǎng)絡自動化

NFV與SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡）結合，借由后者可以提供增強的網(wǎng)絡可編程能力，同時能夠捕捉到NFV的網(wǎng)絡需求并按需自動創(chuàng)建網(wǎng)絡能力，這可以幫助運營商解決當前網(wǎng)絡勞動密集所帶來的問題和優(yōu)化配置流程。

在業(yè)務創(chuàng)新方面，基于NFV架構的網(wǎng)絡中，增加新的業(yè)務節(jié)點變得異常簡單，不再需要復雜的工勘、硬件安裝過程。業(yè)務部署只需申請云化資源（計算/存儲/網(wǎng)絡），加載軟件即可，網(wǎng)絡部署變得更加簡單。同時，如果需要更新業(yè)務邏輯，也只需要更新軟件或加載新業(yè)務模塊，完成業(yè)務編排即可，不再需要傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡中軟硬件同步升級甚至更換的繁瑣操作，業(yè)務創(chuàng)新變得更加簡單。

在開放生態(tài)系統(tǒng)建設方面，傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡專有軟硬件的模式，決定了它是一個封閉系統(tǒng)。NFV架構下的電信網(wǎng)絡，基于標準的硬件平臺和簡化的軟件，更易于開放平臺和接口，同時引入第三方開發(fā)者，使得運營商可以共同和第三方合作伙伴共建開放的生態(tài)系統(tǒng)。

3　虛擬化通用硬件選型的探討

基于云計算的未來移動通信網(wǎng)絡選擇以NFV/ SDN（Network Function Virtualization/Software Defined Network）技術為核心，通過API（Application Programming Interface，應用程序編程接口）開源的方式向外開放建設，根據(jù)業(yè)界的一致觀點，將采用通用的硬件統(tǒng)一部署。然而，從傳統(tǒng)電信運營網(wǎng)絡、互聯(lián)網(wǎng)運營系統(tǒng)綜合來看，主要有刀片服務器、機架式服務器兩種，以下將從多個角度對比分析，闡述虛擬化通用硬件選型的方案。

3.1部署難易程度分析

刀片服務器和機架服務器部署難易程度對比情況如表1所示。

表1　部署難易程度分析表

3.2運維難易程度分析

刀片服務器和機架服務器運維難易程度對比情況如表2所示。

表2　運維難易程度分析表

設備運行出現(xiàn)故障時，網(wǎng)絡運維人員均希望盡快查到故障點，以減少對用戶的影響，故從運維難易的角度來看，機架服務器的方案優(yōu)于刀片服務器方案。

3.3成本分析

從理論上來說，由于減少了許多重復的不必要的部件如DVD、電源以及KVM（Keyboard Video Mouse，鍵盤、視頻和鼠標）和網(wǎng)絡等線纜，刀片服務器的采購成本會比同等數(shù)量的機架服務器低。刀片服務器廠商每一家都有自己的專有刀片架構，由于具有壟斷性，這使得IBM、HP和DELL刀片產(chǎn)品的價格居高不下。

人們都認為，滿配的刀片服務器和同一廠商的最貴的機架服務器相比，成本還是節(jié)省不少。但實際上，如果用戶采取的是“在機箱里逐漸地增加刀片”的做法，就會發(fā)現(xiàn)，機架服務器的性價比更高。因為大多數(shù)刀片及相關產(chǎn)品都比相應的機架產(chǎn)品昂貴，一般刀片機箱需要4000～8000美元，刀片也比機架價格略高。

3.4可靠性分析

刀片服務器和機架服務器可靠性對比情況如表3所示。

表3　可靠性分析表

結合上述方案對比分析情況，從可靠性的角度來看，機架服務器方案優(yōu)于刀片服務器方案。

3.5可擴展性分析

機架式服務器的優(yōu)勢在于其采用的是標準服務器設計技術，標準外設，標準接口，具有RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，磁盤陣列）功能、冗余功能，可獨立運行并承擔任務。在擴展性方面，機架式服務器因為機箱空間小，所以機箱內(nèi)的擴展性能較差，但它可通過服務器群集，或者外接擴展柜的方式進行非常有效的擴展。

刀片服務器在向上擴展和向外擴展方面均具有創(chuàng)新性。添加新服務器一般只需將新的單處理器或多處理器刀片服務器插入到機箱的開放式托架中即可。刀片服務器可插入到已擴展的基礎設施中。此外，機箱內(nèi)部的選件模塊還可使我們添加一旦在外部連接便可實現(xiàn)共享的功能。具體可擴展性對比情況如表4所示。

表4　可擴展性分析表

從擴展性角度來看，兩種硬件方案均可不同程度地滿足未來系統(tǒng)的擴容要求，機架服務器方案沿襲了原有電信運營商系統(tǒng)的理念，而刀片服務器的擴展則具有較高的創(chuàng)新性，這需要結合設備安裝機房等綜合條件確定兩種方案的優(yōu)劣。

3.6靈活性分析

大多數(shù)刀片服務器的靈活性不如機架服務器。比如刀片在高性能數(shù)據(jù)庫應用中，無法通過外部RAID （Redundant Arrays of Independent Disks，磁盤陣列）卡來配備磁盤陣列。另外，如果用戶需要大容量內(nèi)存的數(shù)據(jù)庫服務器，而又不想通過機群方式構建，刀片也會顯得力不從心。因為，有16根內(nèi)存插槽的機架服務器在市場上很容易買到，而刀片服務器大多只能支持4～8根內(nèi)存插槽?？梢?，刀片服務器的靈活性比較弱，就算有合適的產(chǎn)品，價格也是奇高無比。

大多數(shù)情況下，刀片支持2.5英寸的硬盤，這不僅比3.5英寸的硬盤貴，而且性能也差一些，這也是刀片追求高密度的結果。

3.7設備安裝參數(shù)分析

（1）網(wǎng)卡支持情況

對于網(wǎng)卡和加速卡的配置是根據(jù)系統(tǒng)的演進集成入服務器或者外置，這個與哪種類型無關，服務器會根據(jù)需求集成主流網(wǎng)卡，即兩種方案均可通過配置相應網(wǎng)卡及交換模塊予以支持。

（2）功耗及散熱情況

功耗及散熱參數(shù)參見表5。

（3）網(wǎng)元密度

刀片服務器比機架服務器更節(jié)省空間，實際上刀片服務器是將機架服務器所占用的空間密度再一次提高了50%。在機柜系統(tǒng)配置好的前提下，將機架優(yōu)化服務器系統(tǒng)移植到刀片服務器上，所占用的空間只是原來的1/3～1/2。而在一個標準的機柜式環(huán)境中，刀片服務器的處理密度要提高4～5倍。例如，在處理1024節(jié)點的高密度計算服務器環(huán)境里，如果全部采用1U配置的服務器，則需要24個機柜，其中不包括以太網(wǎng)交換集線器所占用的機柜空間，而采用插有8個“刀片”的刀片式服務器，只需要9個機柜，卻包括了以太網(wǎng)交換集線器的機柜空間。

表5　功耗和散熱參數(shù)表

結合以上7個方面的綜合對比，在運營商引入虛擬化網(wǎng)絡的初期，結合各省運營商現(xiàn)有的機房配套資源，采用機架式服務器更能沿襲原有電信網(wǎng)絡系統(tǒng)的習慣，并在一定程度上可以滿足業(yè)務發(fā)展的需求，因此成為各運營商近期網(wǎng)絡建設的首選，但刀片服務器的網(wǎng)元密度更高，并具有擴展創(chuàng)新性，在未來網(wǎng)絡發(fā)展過程中會起到越來越重要的作用。

4　結束語

自2013年中國移動率先商用LTE以來，電信運營商已逐步進入后4G時代，面對5G網(wǎng)絡中海量連接的要求，傳統(tǒng)煙囪式的網(wǎng)絡建設已經(jīng)逐步成為過去，運營商勢必會逐步引入基于云計算的虛擬化架構的網(wǎng)絡，以通用硬件為底層物理設置的網(wǎng)絡建設勢在必行。目前，華為、愛立信、諾基亞等供應商已在歐洲、亞洲等多個國家和地區(qū)試運行虛擬化核心網(wǎng)網(wǎng)絡（主要是IMS 和EPC的虛擬化），積累了大量的測試經(jīng)驗。2017年開始，中國移動、中國聯(lián)通和中國電信三大運營商也會積極推動虛擬化網(wǎng)絡建設。因此，本文從多個角度分析了虛擬化通用硬件的比選方案，可幫助運營商在不同的建網(wǎng)階段提供參考。

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：2016-07-10）

Research of universal server selection

YU Fudong，YANG Lin，CHI Kai

With the rapid development of mobile Internet applications and OTT services， telecom operators have been adhering to the“high reliability， high performance”roadmap began to“the pursuit of diversity and flexibility of the network function，”the goal of transformation， have a“go of telecommunications ”the change， in order to accelerate the process of business development and on-line. In this paper， the network operators to introduce virtualization technology NFV driving force as the starting point， from the ease of deployment， ease of operation and maintenance， cost analysis， reliability analysis and multiple perspectives scalability analysis and comprehensive comparison of network construction general hardware selection， in order to provide guidance to the future construction of the operator network virtualization.

Universal Server；NFV；SDN；VoLTE （