Virtualisation des Réseaux: NFV

La virtualisation des fonctions réseau (NFV) consiste à remplacer le matériel des équipements réseau par des machines virtuelles qui exécutent des logiciels et des processus sous le contrôle d'un hyperviseur.

NFV permet d'extraire les fonctions réseau, ce qui permet aux logiciels s'exécutant sur des nœuds de calcul standardisés de les installer, de les contrôler et de les manipuler.

Les fonctions individuelles virtualisées dans les implémentations logicielles sont appelées fonctions réseau virtuelles (VNF).

L'architecture NFV de l'ETSI (European Telecommunications Standards Institute) permet de virtualiser l'infrastructure et les ressources des plates-formes réseau, comme le calcul, le stockage et les réseaux.

NFV offre une flexibilité et une rentabilité accrues des services réseau. Les fournisseurs peuvent déployer rapidement et à moindre coût de nouveaux services, en utilisant l'automatisation pour répondre aux exigences d'évolutivité et d'agilité des clients.

Grâce à NFV, les opérations réseau peuvent fournir dynamiquement de nouveaux services sans nécessiter d'installer de nouveaux éléments matériels. Cela permet de réduire les coûts opérationnels.

Une VNF (Virtual Network Function) est une application logicielle qui présente des interfaces bien définies et met en œuvre un ou plusieurs composants de fonctions réseau.

Une VNF peut être implémentée comme une seule VM sur un seul serveur ou être décomposée et implémentée comme plusieurs VM sur plusieurs serveurs.

Une VNF peut être implémentée en utilisant plusieurs applications, chacune exécutée sur sa propre VM. Cela permet d'adapter les performances et l'évolutivité de chaque application sans devoir instancier une nouvelle VNF entière.

Les vendeurs peuvent proposer différentes versions d’une VNF offrant des performances distinctes. Les ressources requises pour un paquet VNF incluent le nombre de CPU virtuels, la mémoire virtuelle, la capacité de disque virtuel et le coût de la licence.

L'architecture NFV de l'ETSI est modulaire et permet aux fournisseurs de services d'automatiser leurs processus à tous les niveaux.

L'hyperviseur crée et exécute des machines virtuelles qui partagent le matériel sous-jacent. Une ou plusieurs machines virtuelles sont utilisées pour implémenter une VNF.

Le module d'infrastructure NFV (NFVI) fournit la couche de virtualisation, ainsi que les composants physiques de calcul, de stockage et de mise en réseau qui hébergent les VNFs.

Le gestionnaire d'infrastructure NFVI (VIM) contrôle l'allocation des ressources aux VNFs.

OpenStack est un exemple de gestionnaire VIM open source qui contrôle les ressources physiques et virtuelles.

Les VNFs sont les applications logicielles qui fournissent un ou plusieurs services réseau. Elles utilisent l'infrastructure virtualisée du NFVI pour se connecter au réseau et fournir des services programmables.

Le composant de gestion et d'orchestration (MANO) fournit le processus de gestion et d'orchestration global des VNFs. Il gère les services réseau via l'automatisation, le provisionnement et la coordination des flux de travail.

MANO connecte l'architecture NFV aux systèmes OSS/BSS existants. Les systèmes OSS/BSS transmettent au NFV MANO des informations sur le profil des utilisateurs, la facturation, les politiques de qualité, etc.

Juniper Networks est une société américaine spécialisée en équipements de télécommunication. Elle propose une large gamme de solutions SDN, d'automatisation et de VNF pour les centres de données d'entreprises et les opérateurs cloud.

vCloudNFV de VMware est une plate-forme de virtualisation des fonctions réseau NFV mutualisée, modulaire et totalement intégrée. Elle fournit des fonctions de calcul, de stockage, réseau, gestion et administration des opérations.

VMware NSX Data Center fournit l'intégralité des fonctions réseau et de sécurité virtualisées sous forme logicielle, représentant une composante majeure du Software-Defined Data Center (SDDC).

L'architecture classique des centres de données utilise trois couches distinctes : l'accès, l'agrégation et le cœur. Le trafic est principalement orienté nord-sud, allant du monde extérieur vers le centre de données et vice-versa.

La couche d'accès est la première couche dans l'architecture 'Trois-Tier'. Elle gère la connexion directe des équipements réseau aux serveurs et aux dispositifs du centre de données.

La couche d'agrégation, aussi appelée couche de distribution, relie la couche d'accès à la couche cœur. Elle agglutine le trafic des différentes zones du centre de données et est responsable de sa redondance.

La couche cœur constitue la colonne vertébrale du réseau du centre de données. Elle gère les connexions entre les différentes zones du centre de données et assure la communication avec le réseau extérieur.

L'architecture Core-Agregation-Access est adaptée aux flux de données orientés nord-sud, comme le trafic client-serveur, les services web HTTP/S, etc., car elle facilite la circulation des données entre l'extérieur et le centre de données.

L'architecture Core-Agregation-Access est moins performante pour le trafic est-ouest, c'est-à-dire le trafic entre les serveurs du centre de données, car il implique un trajet plus long et donc plus lent.

Le Spanning Tree Protocol (STP) est un protocole réseau utilisé pour prévenir les boucles dans les topologies réseau redondantes. Dans l'architecture Core-Agregation-Access, STP peut bloquer des liens, conduisant à une sous-utilisation des connexions redondantes.

L'architecture Leaf-Spine est un modèle alternatif à l'architecture 'Trois-Tier' et est plus efficace pour gérer le trafic est-ouest. Elle utilise des switchs Leaf pour l'accès aux hôtes et des switchs Spine pour la connectivité entre les Leaf, créant un réseau maillé.

L'architecture Leaf-Spine a une latence prédictible car le trafic entre deux serveurs passe par un nombre fixe d'équipements.

STP n'est pas nécessaire dans l'architecture 'Leaf-Spine', ce qui permet d'utiliser toute la bande passante disponible et d'équilibrer la charge du trafic sur tous les chemins.

Le trafic est-ouest, c'est-à-dire le trafic entre les serveurs du data center, est plus efficient dans l'architecture 'Leaf-Spine' que dans l'architecture 'Trois-Tier' car il ne nécessite pas de passer par la couche cœur.

Le rapport de sursouscription est un indicateur majeur dans le domaine des réseaux de data centers. Il mesure la capacité de bande passante totale disponible à la couche d'accès par rapport à celle disponible à la couche d'agrégation.

Le rapport de sursouscription est un compromis entre les coûts et les performances. Un rapport élevé optimise les coûts mais peut entraîner une congestion du réseau en cas de forte demande simultanée de bande passante. Un rapport faible assure des performances élevées mais augmente les coûts.

Pour calculer le ratio de sursouscription, on divise la bande passante maximale des connexions vers les serveurs par la bande passante maximale des connexions montantes.

Le rapport de sursouscription est un paramètre important pour la conception d'un data center, car il permet d'optimiser les coûts et de répondre aux besoins spécifiques des applications.

Un ratio de sursouscription élevé (10 : 1 ou plus) est généralement utilisé dans les centres de données d'entreprise car les charges réseau y sont généralement moins intensives. Un ratio plus faible (3 : 1 ou 2 : 1) est plus courant dans les centres de données de fournisseurs de cloud, car ils doivent gérer des applications exigeant une bande passante élevée.

Pour planifier l'infrastructure d'un data center, il est essentiel de prendre en compte le nombre de ports Uplink sur les switchs Leaf, ce qui détermine le nombre de switchs Spine, et le nombre de ports sur les switchs Spine, ce qui détermine le nombre total de switchs Leaf.

Dans un data center utilisant l'architecture 'Leaf-Spine', la latence moyenne entre deux switchs Leaf via un Spine est de 5 microsecondes.

Le Software Defined Data Center (SDDC) est un centre de données virtuel où toutes les ressources et services sont virtualisés et gérés par le biais d'une plateforme logicielle.

Un SDDC offre des services cloud, couvrant les clouds privés, publics et hybrides.

Un SDDC permet de virtualiser les ressources réseau, de stockage et de calcul, offrant une flexibilité et une agilité accrues.

OpenStack est un ensemble de logiciels en open source destiné à créer des environnements cloud. Il est composé de plusieurs projets collaboratifs gérés par la communauté.

Nova est le projet d'OpenStack qui gère les instances de calcul, qui sont des machines virtuelles dans le cloud.

Swift est le projet d'OpenStack qui gère le stockage objet, c'est-à-dire le stockage non structuré de données sous forme de fichiers.

Cinder est le projet d'OpenStack qui gère le stockage bloc, c'est-à-dire le stockage structuré de données sous forme de blocs.

Neutron est le projet d'OpenStack qui gère les réseaux virtuels dans le cloud, offrant un contrôle sur la connectivité et le trafic réseau.

Horizon est le projet d'OpenStack qui fournit une interface utilisateur web pour gérer et configurer l'ensemble des composants d'OpenStack.

OpenStack offre une solution cloud flexible et évolutive avec une grande communauté de développeurs et de contributeurs.

OpenStack nécessite une expertise technique et une configuration complexe, et il manque un interlocuteur unique pour le support technique.

Network as a Service (NaaS) fournit une connectivité réseau pour les instances cloud via le projet Neutron d'OpenStack, offrant une gestion de la connectivité au niveau 2 et 3.

Le trafic est-ouest dans un cloud correspond au trafic entre les instances du cloud, tandis que le trafic nord-sud correspond au trafic entre le cloud et l'extérieur du cloud, comme internet.