クラウドネイティブ NFV でのコンテナ化された VNF 展開を評価する方法

通信アプリケーションと IT アプリケーションでは、クラウドネイティブの仮想ネットワーク機能 (VNF) に対する要件が異なります。マイクロサービスとコンテナを通じて VNF を展開することで、クラウドネイティブ NFV 展開の成功が促進されます。

NFV の最適な応用は、通信サービス プロバイダーの 5G 実装を統合、構築し、さらに強化することです。 VNF の展開とオーケストレーションに関する現在の問題により、クラウドネイティブ VNF が今日のサービス プロバイダーにとって唯一のソリューションとなっています。

ただし、通信アプリケーションでは、クラウドネイティブ IT アプリケーションとは異なる VNF 要件があります。テレコム VNF アプリケーションは、データ プレーン/パケット処理機能に加え、制御、シグナリング、メディア処理機能を備えて構築されています。 VNF でエラーが発生すると、ネットワークに重大な損害が発生し、ユーザーエクスペリエンスやユーザー数に影響を及ぼす可能性があります。このような処理要件のため、通信における VNF は弾力性があり、高性能、低遅延、スケーラビリティ、高容量を提供できる必要があります。通信 VNF では、ネットワーク データ、制御、シグナリング処理の要件を満たすために、遅延感度を備えたリアルタイム アプリケーションが必要です。

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クラウドネイティブ VNF をマイクロサービスに分解

VNF は、ネットワーク周辺機器から抽象化され、仮想マシン上のアプリケーションとして存在する組み込みソフトウェアです。 VNF へのあらゆる種類の更新には時間のかかる作業が発生し、NFV インフラストラクチャ全体の運用に影響を及ぼします。クラウドネイティブに対応するには、バンドルされた VNF ソフトウェアはマイクロサービス ベースである必要があります。つまり、モノリシック VNF は、多様でありながら関連性のある機能を持つ、独自の状態を維持し、さまざまなインフラストラクチャ リソース消費要件に対応し、明確に定義された API を使用して自動スケーリングとオーケストレーションを実行できる、より小さな連携サービスのセットに分解されます。

マイクロサービス ベースの VNF には複数の利点があります。

• 分解されたVNFサブサービスは、効率的な運用と管理に最適なハードウェアに展開され、需要に応じて拡張できます。
• マイクロサービスでエラーや障害が発生した場合、その特定の機能の実行が失敗するだけなので、トラブルシューティングが容易になり、高可用性が実現します。
• VNF分解により、NFV環境のVNFライフサイクル内でサービスが再利用可能になり、一部のサービスの迅速な展開が可能になります。
• 負荷分散やディープ パケット インスペクション (DPI) などの機能がコア アプリケーションから削除されるため、VNF 全体が軽量化されます。

VNF がマイクロサービス内で差別化され、その数が増えるにつれて、サービス プロバイダーは運用の複雑さに直面する可能性があります。実稼働環境ですべてのマイクロサービスを適切に管理するには、NFV MANO レイヤーとクラウド オーケストレーターを使用した高度な自動化が必要です。

VNF の仮想マシンとコンテナの展開オプションを評価する

コンテナーは、アプリケーションの依存関係、必要なライブラリ、および構成を、同じオペレーティング システムの他のコンテナーから分離されたパッケージにカプセル化する、オペレーティング システム レベルでの仮想化の形式です。コンテナを使用すると、アプリケーションを分離して実行でき、簡単に移行できます。

クラウド ネイティブへの移行により、VNF マイクロサービスをコンテナーにデプロイできるようになり、大規模で複雑なアプリケーションの継続的な配信/デプロイが可能になりますが、さまざまなアプローチはまだクラウド ネイティブ NFV の初期段階にあります。

コンテナを使用したVNFに焦点を当てる

NFV でコンテナを適用することについては、まだいくつかの懸念事項があります。

• コンテナエコシステムはまだ進化しており、VMほど成熟していない
• コンテナにはセキュリティ上のリスクが伴います。オペレーティング システム内のすべてのコンテナーはカーネルを共有します。カーネル オペレーティング システムに違反すると、それに依存するすべてのコンテナーが破損します。
• コンテナを使用して障害を分離するのは簡単ではなく、障害は他のコンテナに複製される可能性があります。

NFV 環境でコンテナの使用を検討しているサービス プロバイダーは、マルチテナント サポート、複数のネットワーク プレーン サポート、転送スループット、および制限されたオーケストレーション機能に関する課題に直面する可能性があります。将来的には5GのNFVと共存するモバイルエッジコンピューティング（MEC）環境でもコンテナを利用することは可能です。 MEC は、ユーザー プレーン機能をネットワークのエッジ、つまりユーザー アプリケーションの近くに移動することで、非常に低いレイテンシと柔軟性を実現し、IoT、AR/VR などのリアルタイムのユース ケースをサポートします。

コンテナは、NFV 環境で仮想マシンと併用することもできます。 VNF の展開は仮想マシンのみで実行できます。これは、コンテナと異種モードにのみ適用されます。異種モードでは、一部の VNF は VM で実行され、一部はコンテナで実行され、一部は VM とコンテナの混合環境で実行されます。

サービス プロバイダーは、NFV インフラストラクチャ レベルでの要件に基づいて、展開アプローチを評価できます。

クラウドネイティブ NFV アプローチにおけるコンテナの利点

マイクロサービスをホストするコンテナを使用すると、リソースの使用率を最適化するための効果的な計画と管理が容易になります。コンテナ オーケストレーション エンジンは、コンテナへのホスト リソースのプロビジョニング、コンテナのホストへの割り当て、コンテナのインスタンス化、およびコンテナの再スケジュールをサポートします。コンテナを通じて、サービス プロバイダーは DevOps を実装し、タスクの自動化を容易にすることができます。

コンテナ化されたマイクロサービスのもう 1 つの大きな利点は、コンテナをオーケストレーションして、各サービスに個別のライフサイクル管理プロセスを適用できることです。これにより、仮想マシン内の VNF 全体をアップグレードするのではなく、各サービスを個別にバージョン管理およびアップグレードできるようになります。アプリケーション全体または VNF をアップグレードする場合、コンテナ スケジューラは個々のサービスが変更されたかどうかを判別し、特定のサービスのみをデプロイします。

コンテナは、NFV インフラストラクチャにクラウドネイティブ機能を提供し、通信固有のアプリケーションの展開とオーケストレーションに高いパフォーマンス、移植性、柔軟性といったメリットをもたらします。完全に機能するクラウドネイティブ 5G ネットワークを実現するには、サービス プロバイダーは仮想マシンを展開するためのコンテナーを用意する必要があります。しかし、サービスプロバイダーは、さらなる研究開発のために ONAP や OPNFV などのオープンソース コミュニティに目を向けるでしょう。

コンテナがアプリケーション、インフラストラクチャ、プロセスの各レベルで NFV に与える影響

アプリケーション (VNF):

• マイクロサービスとその依存関係、ライブラリ、構成をパッケージ化して分離します。
• コンテナはマイクロサービス用の既存のイメージを素早く構築できる
• 高度に自動化された導入により市場投入までの時間を短縮
• プログラム可能なAPIにより、VNFの開発、展開、ライフサイクル管理に対する完全なDevOpsアプローチが可能になります。

インフラストラクチャ（VNF オーケストレーション）：

• コンテナは、ある環境から別の環境に移動できるパッケージです。
• コンテナはNFVインフラストラクチャの要件に応じて拡張可能
• 密度を高める能力
• マルチテナントサービスリクエストのサポート
• コンテナはバージョン管理されているため、アップグレードやロールバックが簡単に行えます。

プロセス（VNF展開）：

• コンテナは不変であり、あらゆるプラットフォームにプッシュできる
• 開発からテスト、運用へのスムーズな移行を可能にします
• 効率的な自動化を実現する
• コンテナを使用すると、サービスプロバイダーはVNFの継続的な統合/展開とライフサイクル管理を推進できます。

コンテナは、高度に自動化されたクラウドネイティブ NFV で構築された完全な 5G ネットワークを実現する上で重要な役割を果たします。 5G の導入が成功するかどうかは、サービス プロバイダーが NFV インフラストラクチャ内のコンテナに関する戦略をどのように活用するかにかかっています。コンテナの使用に伴うセキュリティ リスクに加えて、通信アプリケーションにおけるコンテナの課題には、より高いパフォーマンスが必要になる場合があります。コンテナ化はモバイル エッジ コンピューティングでは可能かもしれませんが、サービス プロバイダーはクラウド ネイティブ NFV を有効にするために完全な統合を望んでいます。