随着 5G 日益临近，众多通信服务提供商正不断加速网络转型和重构进程。作为中国三大电信运营商之一的中国电信*，正通过推动云网深度融合，将应用、云计算、管道和用户需求有机结合到一起，提供完整、灵活、可扩展的“云网一体化”解决方案。不过，在推进控制云、接入云和转发云的全新云原生服务化架构改造和部署的过程中，中国电信也亟待更灵活、更高性能的基础设施来提供核心支撑能力。
英特尔公司作为中国电信长期的技术合作伙伴，始终致力于推动下一代网络技术发展，并通过英特尔® 至强® 可扩展处理器、英特尔® 傲腾™ 固态盘以及数据平面开发套件*（Data Plane Development Kit, DPDK*）等软、硬件产品与技术，来助力通信服务提供商利用 x86 通用服务器构建以 SDN/NFV 为基础的下一代网络架构基础设施。而刚刚问世不久的第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器，更是凭借更多核心、更高主频以及全新的英特尔® SST-BF 技术（Intel® Speed Select Technology - Base Frequency）吸引了中国电信的注意力，因为其性能和功能上的优势，都是提升云化电信网络架构中各个网元数据处理和转发性能所不可或缺的。
为验证第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器在基于 NFV 的网络架构中的性能表现，并为后期部署提供更多有价值的参考，中国电信与英特尔一起，选取 OVS-DPDK* 、SR-IOV* 等关键功能项，开展了一系列实验室测评与验证工作。测评结果表明，新一代处理器能够有效提升控制云、转发云在数据转发功能上的性能增益，为上层应用带去更为灵活、更具弹性的业务支撑能力。
云网融合带来基础设施能力挑战
借助云网融合，实施网络基础设施“云改”，是中国电信面向 5G，推动数字化转型的有效手段。在中国电信看来，云网融合的意义在于提供更为灵活、更易于扩展的服务能力，从而达到提质、降本和增效的目的。为此，中国电信正与英特尔等合作伙伴一起，开展基于NFV 架构的控制云、接入云和转发云的全新云原生服务化架构改造和部署，这些都离不开强大可靠的基础设施能力的支撑。
如图一所示，在 NFV 基础架构中，由计算、存储和网络资源及其上的虚拟化能力所构成的 NFVi 层，是上层虚拟化网元，如vBNG，vCPE 等发挥高水平应用能力的关键。
图一 NFV 基础架构
事实证明：中国电信将英特尔® 至强® 可扩展处理器、英特尔® 傲腾™ 固态盘以及 DPDK 等众多先进软硬件产品与技术引入 NFVi 层，为其构建更具效能的下一代 NFV 网络架构提供了非常可靠的助力。特别是第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器的引入，将更为积极地推动中国电信基于 x86 通用硬件打造新一代云化网络基础设施能力的进程。
数据转发的关键技术
未来的电信业务格局中，数据业务无疑会占据主导地位。在中国电信的云网融合进程中，实现控制云、转发云中的高效数据处理、转发性能，已成为网络基础设施能力建设的关键任务。其中，作为控制云和转发云中常用的网络虚拟化技术，OVS-DPDK 和 SR-IOV 越来越受关注。
作为一种高质量的开源多层虚拟交换机，OVS（Open Virtual Switch)能实现大规模的网络自动化，且能对一系列标准管理接口/协议提供支持，因而可在云服务环境中广泛使用。为避免基于内核的 OVS 在用户空间和内核空间做上下文切换时带来大量资源消耗，将 OVS 与 DPDK 技术进行结合的 OVS-DPDK 可在
用户空间完成主要的数据处理工作，有效提升数据转发性能。目前，OVS-DPDK 正在控制云网元，例如 IMS 等的数据处理和转发功能中扮演重要角色。
图二 面向 NFV 架构的 OVS-DPDK 和 SR-IOV 功能结构
另一种高效虚拟化解决方案 SR-IOV，允许虚拟机在分配到相应的VF 后，通过高效地共享物理 PCIe 设备来提升性能。如图二所示，当物理端口上的数据需要被转发时，它们将在 VF 中排队并复制到虚拟机用户空间中。由于这一系列操作并不需要处理器核心参与，所以处理器资源可以被释放出来参与更多的资源调配，同时，虚拟机也可通过VF中的虚拟化 PCIe 通道来直接访问硬件。可以说，SRIOV 具有非常优越的网络性能表现，将其部署在 vBNG 等具有较大数据吞吐量需求的网元中，则能够大大地提升整个 NFV 网络的转发性能。
英特尔® 至强® 可扩展处理器家族的新成员
与上一代产品相比，第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器为 NFVi层提供了更多算力，其更多的核心，更高的主频可更有效地应对日益增长和复杂的数据处理、转发需求。一方面，该处理器的核心数量与上一代相比，有了显著增加，如英特尔® 至强® 金牌 6230 处理器拥有 20 个核心，而英特尔® 至强® 金牌 6252 处理器更拥有多达 24 个核心；另一方面，无论是控制云所使用的 OVS-DPDK 技术，还是转发云所使用的 SR-IOV 技术，都可借助更高的处理器主频实现更强的处理性能，因此在第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器中，采用了多种新技术来提升工作负载主频。
对此有关键贡献的技术，当属英特尔® SST-BF 技术。首先，它可在不增加整体功耗的情况下，提升处理器的主频。以英特尔® 至强® 金牌 6230 处理器为例，其主频为 2.1GHz，而加入了英特尔®SST-BF 技术的英特尔® 至强® 金牌 6230N 处理器，其主频能被整体提升到 2.3GHz，而 TDP 仍为 125 瓦。
众所周知，多核处理器在执行任务时，不同的核心会被分配给不同的工作负载。如果能针对关键工作负载提升工作主频，就必然能有效提升系统的整体性能表现。现在，第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器就正通过英特尔® SST-BF 技术，来调整不同核心的工作主频。
图三 使用英特尔® SST-BF 技术前后工作负载对比
如图三所示，以英特尔® 至强® 金牌 6230N 处理器为例，在使用英特尔® SST-BF 技术进行主频调节之前，所有的用户工作负载都被分配在 2.3GHz 的核心上，而在使用该技术后，通过使用非对称主频配置的处理器，用户可将部分更关键的工作负载，例如高速用户面数据转发，运行在 2.7GHz 主频的核心上，而其他业务进程，则置于回退到 2.1 GHz 主频的核心上。这种在核心频率层面的调节，不仅可以有效提升关键工作负载的处理效率，也能降低处理器的整体能耗水平。
实测验证出色应用效果
为进一步测试与验证第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器在 NFV网络架构中的性能表现，中国电信在英特尔的支持下，针对部署在控制云、转发云网元上的 OVS-DPDK、SR-IOV 等功能特性展开了测试。测试分别选取了上一代英特尔®至强®金牌 5118 处理器和英特尔®至强®金牌6130处理器，以及英特尔®至强®金牌 6230 处理器和加入英特尔®SST-BF 技术的英特尔®至强®金牌 6230N 处理器。各处理器平台配置如表一所示：
表一 执行 OVS-DPDK/SR-IOV 测试的各处理器平台配置
在 OVS-DPDK 功能测试中，分别针对 64 字节，128 字节直至1,518 字节共 6 种不同帧长，分别对不同处理器平台的 OVSDPDK 吞吐量进行了测试。测试结果如图四所示，以 64 字节帧长测试为例，英特尔® 至强® 金牌 6230 处理器在 OVS-DPDK 吞吐量表现上，比上一代英特尔® 至强® 金牌 5118 处理器提升了 43% 左右。而在使用英特尔® SST-BF 技术进行主频调整后（核心工作负载置于 2.7 GHz，其他工作负载回退至 2.1GHz），这一性能提升达到了 61% 左右1。
图四 不同处理器平台上的 OVS-DPDK 性能表现对比
同时，测试中也基于 TestPMD* 工具完成了对 SR-IOV 吞吐性能的测评。TestPMD 是一款采用 DPDK 软件包分发的参考应用程序，其可在各网络端口间转发数据包，从而检测不同网络设备的功能特性和性能表现。在测试中，同样也配置了 64 字节，128 字节到 1,518 字节共 6 种不同帧长，并在不同处理器平台上测试了SR-IOV 吞吐量的表现。
测试数据表明，英特尔® SST-BF 技术的加入，可有效地提升部署在转发云网元上的 SR-IOV 性能表现。如图五所示，以 64 字节帧长测试为例，通过使用英特尔® SST-BF 技术，将处理器主频提升至 2.3GHz 后，英特尔® 至强® 金牌 6230N 处理器的 SR-IOV 吞吐性能相比至强® 金牌处理器 6230 获得了 7.82% 的提升，而进行主频调整后（核心工作负载置于 2.7GHz，其他工作负载回退至2.1GHz），其性能提升进一步达到11.09%2。
图五 使用英特尔® SST-BF 技术前后的 SR-IOV 性能表现（TestPMD）对比
在另一项针对 L3fwd（层 3 包转发）/SR-IOV 的测试中得到的结果，也进一步证明了英特尔® SST-BF 技术的加入，会给网元转发性能带来明显提升。测试中，两款参与测试的处理器均被配置为单核双线程工作模式，加入英特尔® SST-BF 技术的英特尔® 至强® 金牌 6230N 处理器可将关键业务的核心工作配置在 2.7GHz 的核心上，而相比之下，未配备英特尔® SST-BF 技术的至强® 金牌 6230 处理器的核心工作在 2.1GHz。测试结果如图 6 所示，加入英特尔® SSTBF技术后，处理器单核吞吐量得到了 19% 的提升3。
图六 使用英特尔® SST-BF 技术前后的 SR-IOV 性能表现（L3fwd）对比
与此同时，测试中还对不同处理器平台的核心使用情况进行了对比。如图六所示，在同样部署 3 虚拟机负载的情况下，英特尔® 至强® 金牌 6230/6230N 处理器均有 5 个剩余核心可用于其他工作任务，这对系统整体处理性能的提升，以及总体功耗的下降，都可起到积极的作用。
图七 不同处理平台的核心使用情况对比
未来展望
围绕着为下一代 NFV 网络构建更灵活、高效和弹性的基础设施能力这一目标，中国电信与英特尔一起开展了大量卓有成效的研究和测评工作，并结合第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器带来的能力提升，以及英特尔® SST-BF 技术的各项特性，为中国电信在未来 NFV 架构中构建控制云、转发云上的通用高性能数据平面能力提供了大量有益参考。
接下来，中国电信和英特尔还计划就更多的英特尔软硬件产品与技术展开深度合作。例如围绕如何更高效地分配和管理处理器共享资源这一课题，计划对英特尔® 资源调配技术(Intel® Resource Director Technology，英特尔® RDT)的应用开展研究与测试，使三级缓存、内存带宽等处理器核心资源能力能更有效地为关键业务进程服务。
随着中国电信在网络建设上的丰富经验与英特尔先进软硬件产品和技术的进一步结合，双方将基于先进的 x86 通用硬件设备来协力为下一代 NFV 网络打造更强有力的基础设施能力，并在其上共同构建网络更智能、管理更集约、业务更敏捷、系统更开放的未来网络架构。
中国电信获得的解决方案优势：
• 第二代英特尔® 至强® 可扩展处理器具备更多核心、更高主频、更强处理能力，能够为中国电信 NFV 网络带来更强有力的基础设施能力支撑；
• 英特尔®SST-BF 技术可以在不增加功耗的情况下，提升第二代英特尔®至强®可扩展处理器的整体工作主频，带来性能增益；
• 英特尔®SST-BF 技术可以调节第二代英特尔®至强®可扩展处理器不同核心的工作主频，使关键工作负载获得更强有力的处理器资源支撑。