fbpx

Napatech – Giải quyết thách thức NFV: Nhu cầu tăng tốc và giảm tải được ảo hóa

Giải pháp: OVS Offload

Để đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt, các nhà khai thác đã nhận ra rằng để mở rộng các chức năng mạng ảo hóa (VNF) để đáp ứng các mục tiêu hiệu suất đòi hỏi phải tăng tốc mặt phẳng dữ liệu dựa trên các Napatech SmartNIC dựa trên FPGA. Kỹ thuật này giảm tải các bộ xử lý x86 đang lưu trữ các VNF khác nhau để hỗ trợ phạm vi dịch vụ đã hứa.

Một số tác vụ là cơ bản để chạy trong phần mềm trên CPU, trong khi những tác vụ khác là ứng cử viên sáng giá cho bộ xử lý đa năng vì tập lệnh không được tối ưu hóa cho (các) tác vụ. Bằng cách áp dụng kiến ​​trúc xử lý khối lượng công việc cụ thể, đặt khối lượng công việc xử lý phù hợp vào đúng vị trí trong một hệ thống với công nghệ phù hợp, các nhà khai thác có thể giảm đáng kể tổng chi phí sở hữu của họ đối với một giải pháp NFV bằng cách giảm diện tích trung tâm dữ liệu cần thiết cho một số lượng người dùng nhất định. Các khối lượng công việc hiển nhiên có lợi cho việc tăng tốc và giảm tải là các tác vụ liên quan đến mạng và bảo mật như chuyển mạch, định tuyến, xử lý hành động, quản lý luồng, cân bằng tải, mật mã (SSL, IPsec, ZUC, v.v.), nén và chống trùng lặp làm ví dụ.

Tăng tốc chuyển mạch ảo Napatech SmartNIC chứng tỏ là phương pháp triển khai VNFs có hiệu suất cao nhất và an toàn nhất. Máy ảo (VM) có thể sử dụng I / O gói được tăng tốc và cách ly lưu lượng được đảm bảo qua phần cứng trong khi vẫn duy trì chức năng vSwitch. Các SmartNIC dựa trên FPGA chuyên xử lý đối sánh / hành động cần thiết cho vSwitches và có thể giảm tải quá trình xử lý bảo mật quan trọng, giải phóng tài nguyên CPU cho các ứng dụng VNF. Tất cả các chức năng như chuyển mạch ảo, phân loại luồng, lọc, cân bằng tải thông minh và mã hóa / giải mã đều có thể được thực hiện trong SmartNIC và được giảm tải từ bộ xử lý x86 chứa các VNF trong khi thông qua các công nghệ như VirtIO, sẽ minh bạch với VNF, cung cấp một quản lý chung và lớp điều phối cho kết cấu mạng.

SmartNIC có thể giảm tải rõ ràng quá trình xử lý đường dẫn dữ liệu chuyển mạch ảo cho các chức năng mạng như lớp phủ mạng (đường hầm), bảo mật, cân bằng tải và đo từ xa, cho phép các máy chủ COTS được sử dụng cho khối lượng công việc NFV phát huy hết tiềm năng của chúng. Ngoài ra, các Napatech SmartNIC dựa trên FPGA hoàn toàn có thể lập trình được, cho phép triển khai tính năng mới nhanh chóng mà không ảnh hưởng đến hiệu suất và hiệu suất dựa trên phần cứng, đồng thời luôn ở trong trạng thái khóa với các tính năng mới có thể được yêu cầu.

Kiến trúc tải trọng NFV

Có rất nhiều thiết kế giảm tải có thể thực hiện được trong kiểu kiến ​​trúc xử lý dành riêng cho khối lượng công việc này được chọn dựa trên ứng dụng VNF được đề cập. Quyết định thiết kế đầu tiên và cơ bản nhất là liệu việc giảm tải và tăng tốc được triển khai thông qua mô hình “inline” hay “look aside”. Khi được triển khai nội tuyến, chuyển mạch ảo và các chức năng tiềm năng khác được kết hợp chặt chẽ với I / O mạng. Dữ liệu đến Napatech SmartNIC, đi qua mặt phẳng dữ liệu OVS và được phân kênh thông qua quá trình xử lý hành động và đối sánh dựa trên luồng.

Định nghĩa luồng và các hành động có thể được áp dụng cho luồng rất nhiều và bao gồm, nhưng không giới hạn ở, chuyển tiếp đến các cổng vật lý hoặc ảo, thao tác gói, đo sáng, QoS, cân bằng tải, thả, chuyển hướng, nhân bản hoặc chuyển tiếp đến khối xử lý bổ sung của logic. Với các FPGA có thể lập trình phần mềm, công tắc ảo có thể chuyển tiếp các luồng sang giai đoạn xử lý phần mềm tiếp theo có thể hoạt động như người dùng mong muốn để áp dụng giai đoạn xử lý bổ sung cho luồng dữ liệu nội tuyến. Các gói có thể được mã hóa / giải mã, nén / giải nén, loại bỏ trùng lặp hoặc có thể áp dụng bất kỳ khối lượng công việc tùy chỉnh nào có thể được yêu cầu để tăng hiệu suất ứng dụng và giảm độ trễ – các hành động không phải là một phần của khả năng vSwitch tiêu chuẩn hóa.

Ngoài ra, khi được triển khai trong một mô hình Look-aside, sau khi xử lý vSwitch, lưu lượng truy cập được gửi đến bộ xử lý chủ nơi chứa (các) VNF. Ứng dụng VNF sau đó có thể xác định cách xử lý lưu lượng. Nếu yêu cầu giảm tải bổ sung, lưu lượng có thể được chuyển trở lại Napatech SmartNIC hoặc SmartCard dựa trên FPGA, nơi có thể xử lý tùy chỉnh trên lưu lượng để giảm tải bộ xử lý chủ.

Tăng tốc NVF có thể được thực hiện trong chế độ minh bạch mà VFN hoàn toàn không biết rằng có một SmartNIC tăng tốc truyền dữ liệu thông qua VirtIO tới ứng dụng. Ngoài ra, ở chế độ VNF Aware, bản thân ứng dụng có thể nhận biết được công nghệ tăng tốc có thể lập trình và thông qua API, tác động đến quá trình xử lý trên mặt phẳng dữ liệu của lưu lượng để cung cấp giảm tải và tăng tốc bổ sung dựa trên chính ứng dụng đang ảnh hưởng đến mặt phẳng dữ liệu.

Các minh chứng của cách tiếp cận này cho thấy những lợi ích về hiệu suất có thể đạt được. Một ví dụ là giải pháp RAN trên đám mây đầu tiên của ngành hỗ trợ phần cứng tăng tốc không đồng nhất và tách toàn bộ phần mềm và phần cứng. So với việc triển khai chỉ bằng phần mềm, giải pháp dựa trên Napatech SmartNIC được tăng tốc đạt được thông lượng mã hóa ZUC cao hơn 10 lần, thông lượng hệ thống PDCP cao hơn ba lần và độ trễ thấp hơn 20 lần.

Kết luận

Đã qua thời của những giải pháp mạng và bảo mật có chức năng cố định, cứng, đắt tiền, chậm điều động và tốn kém để vận hành. Kỹ thuật để vượt qua những thách thức đang phải đối mặt khi triển khai NFV yêu cầu các nền tảng máy tính có thể cấu hình lại dựa trên các máy chủ tiêu chuẩn có khả năng giảm tải và tăng tốc khối lượng công việc máy tính chuyên sâu, theo mô hình Inline hoặc Look-aside để phân phối phù hợp khối lượng công việc giữa bộ xử lý đa năng x86 và phần mềm – có thể định cấu hình, SmartNIC dựa trên FPGA được tối ưu hóa cho môi trường ảo hóa.

Bằng cách kết hợp các nền tảng máy chủ COTS có mục đích chung với các Napatech SmartNIC dựa trên FPGA có khả năng hỗ trợ các yêu cầu khắt khe nhất, các ứng dụng mạng có thể hoạt động với thông lượng hàng trăm gigabit với sự hỗ trợ cho nhiều triệu luồng đồng thời. Với kiến ​​trúc độc đáo này, tận dụng lợi ích của phần cứng COTS cho các ứng dụng mạng, tầm nhìn của NFV không vượt quá tầm nhìn nhưng rõ ràng là có thể đạt được.

Để tồn tại trong thế giới của máy tính ảo hóa và được xác định bằng phần mềm, mà không đánh đổi hiệu suất, kiến ​​trúc nền tảng máy tính có thể cấu hình lại này sẽ cho phép các công ty hình dung lại mạng và doanh nghiệp của họ bằng cách mang lại lợi ích điện toán siêu quy mô cho mạng của họ và triển khai các ứng dụng và dịch vụ mới tốc độ của phần mềm.

Tham khảo: Solving the NFV Challenge: The Need for Virtualized Acceleration and Offloads

 

Facebook Comments
Chia sẻ với bạn bè

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *