发布日期：2024-11-02 12:52    点击次数：168

H3C vBRAS在云化的总体架构下，勾通VxLAN和SDN本事快播xx电影，偶然收场弹性推广、流量天真退换，资源高效足下；同期通过足下一系列的性能优化本事，其转发性能而要作念到了业界靠前。

自从2012年ETSI 建议NFV主见以来，NFV成为通讯行业发展的一个热门。NFV主要的想路是让汇聚功能和专用硬件解耦，在COTS硬件上收场传统汇聚的系列功能。解耦后，通讯软件的发展和升级不错天真进行，硬件也不错确认需要由运营商目田定制，由此提高业务上线速率，并收场老本的裁减。NFV在城域网的应用主要体当今业务接入放胆的BRAS限度。vBRAS居品是传统BRAS居品的捏造化收场，它除了需要完成传统的宽带用户接入以及业务放胆外，还靠近其他一系列的挑战，比如云化架构的收场、电信级可靠性和运维才气、业务快速集成才气以及绽放的体绑缚构收场。

vBRAS性能提高本事

传统的电信行业，为了收场大隐约量、低蔓延、高可靠的转发，多数使用专用硬件，举例NP、ASIC、TCAM等。NFV取舍的是COTS硬件，使用CPU来收场报文转发。CPU转发天然在功能上相比天真和遒劲，但在性能、时延方面，和专用硬件比起来还存在一定差距。为了提高COTS硬件的转发才气，vBRAS使用业界先进的捏造化本事，况且在转发软件层面，也进行了多数优化，收场了性能的灵验提高。

转发性能提高，弘远需要谈判的是VMM（Virtual Machine Manager，平淡也称之为Hypervisor）的性能提高。VMM是运行在HOST机上的一个应用门径，它屏蔽HOST机底层的物理脾气，为用户提供一个谐和、捏造的计较环境。捏造环境上运行的OS（Guest OS）以及关联软件称之为捏造机。在全捏造化情况下，VMM需要模拟出各式外围硬件征战，举例捏造网卡、磁盘、串口等。Guest OS以及里面的门径实践是一个相当复杂的过程，独特是关于特权教唆、系统调用、trap、中断等系统操作的处理。Guest OS实践特权教唆时，Host OS会产生一个特别，放胆权从Guest OS逶迤到VMM。VMM对教唆进行等价搬动后实践，然后放胆权再复返到Guest OS中链接后头的教唆。

捏造化本事首先的收场，通过软件模拟系统特权教唆的实践，是以系统实践性能很低。其后出现了半捏造化（Para-Virtualization）本事。在半捏造化下，Guest OS条件能感知到VMM的存在，Guest OS需要作念一定的修改，以简化的相貌来实践系统教唆（相对充足软件模拟），性能获得一定提高。2005年和2006年，Intel和AMD分别推出了硬件提拔捏造化本事，足下CPU硬件来隔断捏造机的实践，加快实践速率。VT-x是Intel的硬件提拔捏造化本事，AMD肖似本事叫AMD-V。VT-x通过CPU引入VMX root operation和VMX non-root operation格式，给VMM和Guest OS提供了我地契独的运行格式和环境。每个格式齐有ring0-ring3这4个特权级，是以VMM和Guest OS齐有我方齐备的实践险峻文环境。硬件提拔捏造化下，Guest OS的特权教唆不错径直运行于VM里面，不产生系统特别，不需要VMM搅扰，不必软件模拟，极大提高系统实践性能。咫尺，在Intel的新一代处理器中，除了有些Atom芯片不支握外，其余大多数齐仍是泛泛支握VT-x本事。举例桌面应用的Intel Core I5/i7等，办事器芯片限度的Xeon E5和E7等。咫尺，电信限度NFV使用的COTS硬件齐条件需要支握VT-x本事。支握VT-x看成部署vBRAS的弘远前提，必须直爽。支握VT-x需要处理器、VMM同期支握。vBRAS保举运行在Intel Xeon E5 2600以上建树的办事器上，使用Linux KVM或者VMware ESXi看成VMM，不错支握VT-x硬件加快。

芯片组捏造化加快本事

芯片组捏造化本事是指在主板芯片上收场的捏造化，包括IO捏造化和网卡捏造化。VT-d（Virtualization Technology for Direct/IO）是一种在主板北桥芯片中收场的硬件提拔捏造化本事。通过在北桥芯片中，更新瞎想的IOMMU（Input/Output Memory Manager Unit）构架，通过DMA Remapping，存在多个DMA保护区，收场DMA捏造化。VT-d（Virtualization Technology for Direct/IO）通过中断re-mapping，不错让中断径直见告到VM。足下IOMMU，VMM可径直分派IO给VM，允许捏造机对IO的径直走访。

VT-c（Virtualization Technology for Connectivity）是另外一类IO捏造化类型，它包含2个本事：VMDq和VMDc。VMDq主若是VMM使用的本事，vBRAS运行的环境不使用，本文不进行讲明。VMDc支握捏造机径直走访汇聚 I/O硬件，从而显贵提高捏造机性能。如前所述，Intel VT-d 支握客户操作系统与征战I/O端口之间的径直通讯。通过支握每个 I/O 端口的多条径直通讯信说念，VMDc可对此进行推广。举例，通过单个英特尔万兆位办事器网卡，可为10个捏造机分派一个受保护的、1 Gb/s的专用链路，这些径直通讯链路绕过了VMM的捏造交换机，可进一步提高I/O性能并减少办事器处理器的负载。SR-IOV（Single Root I/O Virtualization）是VMDc的活动和圭臬，由 PCI-SIG 进行界说和爱戴。SR-IOV 界说了分享物理接口的一种方法，取舍硬件收场的相貌，针对具备多个硬件队伍的网卡（如Intel 10GE 82599）不错捏造成多个PCI I/O征战，每个I/O征战径直分派给指定的VM使用。通过驱动门径支握，不错收场物理网卡硬件的高速径直读写，收场接近于物理征战的性能。

图1 SR-IOV网卡旨趣暗示

如图1所示，由SR-IOV网卡的PF（Physical Function）不错捏造出来多个VF（Virtual Function）。VF不错分派给捏造机，捏造机能通过VF径直走访网卡硬件。通盘的数据不再经过VMM的捏造交换机进行过滤/转发，极地面提高了汇聚I/O性能。SR-IOV需要物理网卡支握本事，同期，捏造机里面的Guest OS也需要支握相应的驱动。vBRAS咫尺仍是支握Intel 82599网卡的SR-IOV处理格式，性能测试数据如图2所示。

图2 SR-IOV网卡和普通VirtIO网卡性能对比

从图2中看出，SR-IOV的性能要比VirtIO的性能高20多倍，SR-IOV对性能的提高十分得明显。咫尺，业界许多网卡厂商齐驱动支握SR-IOV，举例Intel、Broadcom等。vBRAS在电信限度的应用，建议SR-IOV网卡看成标配。对影响条件严格的阵势，SR-IOV才气条件为必备。

vBRAS转发性能提高本事

咫尺，办事器使用的的CPU基本齐是多核架构。vBRAS瞎想了一套先进的转发模子，该模子基于多核系统瞎想，针对多处理器系统进行许多优化，转发完毕比传统转发格式有很大提高。

PMD（Poll Mode Drive）

传统Linux转发，网卡收到报文以后，通过DMA把报文写到内存，然后给CPU上报中断，见告CPU进行报文转发处理。在普通的办事器上，这个方法使命得很好，性能也能直爽条件。但关于汇聚征战来说，在高隐约、大数据量情况下，靠中断来驱动转发，会让系统不胜重任。

传统的Linux转发模子下，提高报文承袭性能，需要一些硬件提拔本事，举例Intel 82575 GE以太网放胆器和Intel 82598 10G以太网放胆器上取舍的RSS、VMDq、MSI-X本事。Intel 82575以太网放胆用具有多个硬件承袭队伍。报文承袭时，不错确认4元组计较HASH，细目报文应该送到哪个物理队伍，并保证吞并个流的报文能送到吞并个队伍里面处理。报文送到硬件物理队伍后，队伍通过MSI-X中断，上报给物理队伍所绑定的CPU处理。而每个硬件队伍的中断，不错通过系统建树，确认推行需求，绑定到指定的CPU上。

VMDq是一种硬件offload本事。由网卡硬件完成了原有的VMM软件对报文分类的操作。VMDq需要VMM软件和网卡硬件协同，完成报文承袭。

咫尺，Linux使用的RSS、VMDq、MSI-X本事天然能加快报文的承袭速率，然而CPU仍然需要中断来触发报文承袭。高隐约量场景下，仍然存在多数中断，CPU包袱重。天然Linux具有中断合并赈济功能（比如网卡驱动提供的IRQ coalescing脾气，指定若干时刻内合并若干个中断），但并不行根柢惩处使用中断来驱动转发的问题。

vBRAS单独使用一个承袭线程，对系统里面通盘的接口进行poll，如果发现存报文承袭进来，就确认分发算法，把报文传递到转发线程进行处理。报文传递的时候，惟有指针交换，莫得中断，也莫得内存copy。转发线程的承袭缓冲区是一个无锁的ring buffer，幸免了线程之间锁霸占带来的支出。转发线程通过我方的poll操作来感知报文的承袭，如果收到报文则进行转发。是以，对比传统Linux的中断驱动转发的模子，vBRAS使用的PMD本事，从根柢上惩处了靠中断来驱动转发的问题，收场了系统0中断。

CPU亲和性绑定

vBRAS的转发线程通过设定CPU亲和性，绑定转发线程到指定的CPU上运行。转发线程不会被退换到其他CPU上运行，幸免了程度切换和CPU退换带来的系统支出。绑定转发线程到指定CPU上运行，惩处了转发线程运行在指定的CPU上，但不行松懈其他程度和转发线竞争吞并个CPU资源。

如果其他线程也能退换在转发线程换取的CPU上，会霸占转发线程资源，影响转发完毕。为了惩处这个问题，vBRAS通过对CPU进行事前的计议，指定数据平面CPU和放胆平面CPU的集合。放胆平面运行的程度只可在放胆平面的CPU上运行，不会退换到数据平面的CPU上运行，幸免放胆程度对转发CPU带来干扰。计议以后，转发CPU就专职于转发线程处理，不会运行其他线程，也不会实践其他系统事务。转发线程在数据平面的CPU上专职转发，莫得任务切换，也莫得其他任务霸占，收场转发性能较大化。

高完毕的内存经管

转发进程中，常用的数据结构需要平淡央求和开释。而普通的内存央求和开释，谈判到通用性，吉吉色情进程需要适配各式情况，逻辑完备，是以完毕相比低。

vBRAS转发要道旅途中，莫得使用普通的内存央求和开释功能，而使用了Linux内核的SLAB高速缓存机制，加快内存央求和开释。关于常用的数据结构，不错让系统事前央求一个SLAB高速缓存池。数据结构央求时，不错径直从缓存池里面快速央求，幸免慢速的普通央求进程。DPDK在用户态转发，也有肖似内存经管机制Memory Manager。

报文缓冲区经管

网卡承袭报文的时候，内存操作很频繁。网卡把报文DMA到内存，如果报文缓冲区每次齐要分派和开释，系统的支出会十分大。vBRAS有一个事前央求的缓冲区池，报文承袭后，不错从池里面央求需要的缓存，不需要的时候开释，幸免内存随报文收发进行央求和开释，极大裁减内存支出。DPDK也有肖似本事Buffer manager。

内核态转发

Linux系统上，报文承袭是首先从内核态驱动，网卡驱动的实践在内核态。报文承袭后，后续的转发不错径直在内核态进行，比如传统的Linux、Netmap等；也不错在用户态进行，比如DPDK等。内核态转发的上风是报文不必上送用户态，幸免报文上送用户态的支出，性能高。用户态转发的平允是用户态进程追踪调试以及后期爱戴相比便捷，与内核耦合较小，软件升级相对来说也相比便捷一些，不必篡改内核。但从性能上看，用户态转发莫得任何上风。vBRAS取舍的是内核进行转发，幸免内核态和用户态切换以及报文copy的巨大支出，让性能上达到较大化。

IP快转

vBRAS的网卡承袭报文以后，送给表层Comware平台，完成后续的IP转发功能。Comware可足下IP Cache的历史信息，基于流的五元组，进行快速转发。第一个报文进行转发时，系统会创建快转表。快转内外面会纪录转发需要的入、出接口信息，链路层头信息等要道内容。系统承袭到后报文时，径直查询快转表，找到出接口以及需要的链路层头信息，然后跳过普通的慢速发送进程，进行快速发送。

vBRAS云化架构收场

H3C vBRAS惩处有策动举座征战在云计较的架构之上，不仅通过捏造化收场软硬件解耦，而且更紧迫的通过vBRAS资源池的云化，收场了弹性扩容，资源的高效足下。况且，vBRAS资源池勾通SDN本事，不错收场资源池内的流量天真退换，收场汇聚的弹性经管。

图 3 vBRAS云化组网图

如图3所示，VNF Manager主要完成资源池内vBRAS创建、删除等人命周期经管。vBRAS APP是H3C VCFC SDN Controller上头的一个APP，它给用户提供一个UI，发起创建vBRAS资源创建请求。vBRAS APP还能对PPPoE的PADI报文进行退换，把PPPoE流量引流到指定的vBRAS上处理，收场流量的天真退换。这个功能通过VCFC SDN Controller给汇聚交换机下发openflow流表来收场。vBRAS APP还能通过Netconf，监控vBRAS的CPU、内存、业务负载等。

H3C VNF Manager、vBRAS APP以及VCFC SDN Controller组合在形成H3C NFV MANO。H3C NFV MANO充足投降ETSI NFV MANO圭臬的体系框架，它聚焦ETSI架构中的VNF和VNF Manger两个模块，通过restful API、NETCONF等绽放接口，不错和其他居品组件（如H3C CAS、iMC等）收场无缝集成，形成端到端的举座惩处有策动。H3C VNF Manager通过restful API不错和第三方的MANO、OSS/BSS等系统收场对接，如OpenStack、HP NFV Director，收场绽放互联。vBRAS云化架构最明显的特质是引入了VCFC SDN Controller，不错完成对接入彀中交换机等其他网元的经管和放胆，收场汇聚举座集约化放胆。

vBRAS云化架构同期谈判了城域网引入VxLAN的需求，支握汇聚交换机在VxLAN闭幕后，关于流量引流处理。

电信级可靠性收场

传统的COTS硬件只可提供99.9%的可靠性，而关于电信级征战来说，条件达到99.999%可靠性。如安在传统COTS硬件上，收场电信级的高可靠性是一个挑战。

H3C足下多年在数据通讯方面研发的教诲，通过软件层面收场的高可用性来弥补COTS硬件在可靠性上的不及，收场系统举座达到电信级高可用条件。

Comware平台高可用收场

Comware V7取舍模块化瞎想，各模块有颓落的运行空间，使得单个模块的特别不会影响系统其他部分，提高了系统的可靠性。模块偶然动态加载，系统只需要加载需要运行的功能，不需要的模块不必加载，提高系统性能及可靠性。模块支握颓落升级，不必系统整机重启，不影响系统运行。

ISSU（In-Service Software Upgrade，不中断业务升级）是一种可靠性高的升级征战启动软件的相貌。vBRAS的Comware V7平台通过引入软件包的主见，将系统软件中相比领悟的基础程度和相对相比活跃的业务程度分离，便于软件的经管和爱戴。软件包按功能分离红Boot软件包、System软件包、Feature软件包和补丁包。在平淡情况下，不需要升级基础程度，只需升级部分业务程度。而且，业务程度之间彼此颓落，当某业务需要版块更新时，只需升级该业务对应的软件包即可，不必升级通盘模块，从而不会对征战运行以致其它业务变成影响。

IRF是H3C自主研发的系统高可用本事。它的中枢想想是将多台征战纠合在全部，进行必要的建树后，捏造化成一台征战。IRF本事不错集合多台征战的硬件资源和软件处理才气，收场多台征战的协同使命、谐和经管和不阻隔爱戴。使用IRF本事偶然搭建一个高可靠性的汇聚节点。

如图4所示，两台vBRAS不错通过IRF本事堆叠成一组，提供业务级的热备和高可靠性。堆叠组内vBRAS的上/下行接口分别绑定到上/下冗余口上，对外使用冗余口的MAC和IP进行通讯。用于IRF堆叠有IRF Control和IRF Data两个接口。其中，IRF Control接口用于同步IRF成员征战之间的放胆信息，包括主备干系、心跳保活、转发表等放胆平面的内容；IRF Data接口用于同步IRF成员征战之间的业务信息，包括IPSec纠合、IKE、NAT会话表、防火墙会话表等，保证成员征战之间运奇迹态保握一致，收场业求及时备份。

图4 vBRAS IRF堆叠结构图

推行部署的时候，IRF堆叠的两台vBRAS一般散播在两个不同的物理办事器上。如果由于COTS硬件办事器故障，导致其上的IRF主不可用时，系统会自动切换到另外一台办事器上的vBRAS去，由于业务级别备份，另外一台vBRAS仍是及时备份了用户业务数据，业务不会中断，快速收复运行。举例vBRAS关于常用的三大接入业务类型PPPoE、Portal、IPoE不错作念到业务级及时备份，作念到业务不中断切换，收场电信级征战的高可用。

资源池化收场高可用

vBRAS的一个资源池内，通盘vBRAS彼此之间是等同的，任何一个vBRAS齐不错处理吞并个用户的接入业务。某个vBRAS故障后，系统不错让原有vBRAS上的业务重新上线时，切换到资源池里面另外的vBRAS上，收场业务的高可用。不同于IRF相貌的可靠性保护，使用资源池的vBRAS故障导致的切换，业务会有短时的中断，举例PPPoE业务会在PPP条约keepalive超时后断线，用户重新拨号后不错上线。图5是资源池内vBRAS故障后的切换进程。

图5 资源池内vBRAS故障后的切换

vBRAS安全收场

基于ETSI NFV参考架构框架，NFV安全可理解为物理基础设施层、捏造基础设施层、电信业务设施层三层；依据保护的业务对象不同，每个层理解为业务面、经管面两个面。

图6 NFV的安全分层

其中，本文要点刻画一下业务面安全的VNF的安全和主机OS安全，因为这两个部分是用户偶然径直感知并交互的的部分，安全风险亦然较大的。

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VNF安全收场

VNF径直处理用户的报文，用户可能通过条约层面发送各式挫折。是以，VNF上需要具备挫折看管脾气。vBRAS看成VNF，能对大多数的汇聚挫折有看管功能。比如vBRAS不错对底下的单包挫折（也称为无理报文挫折）进行看管，主要包括ICMP redirect、ICMP unreachable、ICMP type、Land、Smurf、Fragment、Teadrop、Ping of death等。

关于范洪挫折，举例SYN flood、ACK flood、SYN-ACK flood、FIN flood、RST flood挫折等，进行灵验的看管。

OS层安全收场

vBRAS运行在x86-64的Intel CPU上，底层支持的OS为Comware V7。OS防挫折主若是针对系统可能出现的轻佻进行看管，比如系统上可能出现的缓冲区溢露马脚等。vBRAS的Comware具备安全限度常用的针对系统轻佻进行挫折看管技巧：

NX本事（No-eXecute），含义是地址空间堆栈不可实践。NX关于Intel来说，称号叫XD(eXec Disable)。Intel首先从Pentium 4驱动的IA 32+PAE构架下驱动支握NX，而Intel x86-64径直支握NX本事。vBRAS基于圭臬的x86-64架构，一般使用的Intel Xeon E5-2600 v2(Ivy-bridge)或者E5-2600 v3(Haswell)的处理器为Intel 64架构，支握NX。

另外，NX除了CPU需要支握，OS也需要支握。vBRAS运行的OS Comware V7也支握NX。如果系统里面出现轻佻，黑客常用的挫折本事是在堆栈上注入可实践代码，然后实践。然而由于NX的存在，堆栈不可实践，这种挫折本事无效。NX不错减弱大多数轻佻导致的系统挫折。

ASLR本事（Address Space Layout Randomization 地址空间迅速化）是Comware V7使用的另外一种防挫折本事。它主要的方法是让程度的地址空间迅速化，让发起轻佻挫折的黑客无法意想注入代码的地址，而不行实施挫折。使用ASLR后，程度的lib库加载地址、堆栈地址和堆地址齐不错被迅速化，使得黑客充足无法意想地址散播，幸免挫折实施。

Comware V7使用NX和ASLR互助，不错看管由于软件轻佻导致的大多数挫折。ComwareV7网上运行多年，从未因为软件轻佻出现被挫折的案例，安全性经过了推行熟习。

收尾语

H3C vBRAS在云化的总体架构下，勾通VxLAN和SDN本事，偶然收场弹性推广、流量天真退换，资源高效足下；同期通过足下一系列的性能优化本事，其转发性能而要作念到了业界靠前；使用软件可靠性本事，提高举座架构的可靠性达到电信级可靠性的SLA条件快播xx电影，系统安全看管措施完备，不错拒抗业务层面和系统轻佻层面的挫折，直爽电信级限度关于业务、性能、安全的概括条件，提高用户体验。

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