面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案是经验证的集计算、网络、存储和中间件于一身的配置方案,适用于数据包处理密集型网络工作负载,有助于大幅提升产品上市速度,降低总体拥有成本。

  • 本文介绍了面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案。

  • 它采用第三代英特尔至强可扩展处理器、英特尔以太网800系列网络适配器、英特尔傲腾持久内存200系列、英特尔固态盘等产品/技术及相关软硬件堆栈。其出色表现已获 OEM/ODM 认可、ISV 认证并经过英特尔验证,能够大大加快部署速度,加速推出新服务,同时降低通信服务提供商的实施风险。

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作者

5G 的主要流量负载来自于用户平面功能(这里指数据,而非与建立流量相关的控制或信号传输)。基于 NFVI 的网络实施可以提高速度,提升灵活性,加快产品上市时间,满足未来扩容需求,增加通信服务提供商运营网络中的新服务。预计通信服务提供商将超越基于虚拟设备的旧模式,不断从专用解决方案向全虚拟化云原生网络模式转变。为此,必须创建一种更加全面的分离式部署模型。

NFVI 标准已考虑到应用层的解决方案可能包括虚拟机 (VM) 或容器化应用功能;计算、网络和存储这些下层元素的分离仍然至关重要。要满足通信服务提供商工作负载的要求,底层系统必须能够迅速实现网络扩容,并能够在容量需求于一天的正常过程中以及所安装系统的整个生命周期中减少时,产生资源。

生态系统的紧密协作必不可少。英特尔与英特尔® Network Builders 计划成员密切合作,创建了面向 NFVI 的英特尔® 精选解决方案。 面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案提供经验证的硬件和软件堆栈,能够在通信服务提供商运营网络中持续优化数据平面和 控制平面处理。这类工作负载涵盖了 vEPC 和 vUPF 中的 4G 和 5G 无线功能,以及 DSL 和 MSO 网络中的有线网络网关功能 vBRAS/ vBNG 和 vCMTS。

在某些配置中,面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案展现出高达每系统 800 Gbps 的理论吞吐量。在某些情况下,将网络、计算和存储与上层应用功能分开的分离式模型导致处理能力不尽如人意,这主要是由于 NFVI 实施中的各层存在架构缺陷。造成这类缺陷的例子包括服务器上的资源错位,缺乏接口访问权限,或者是驱动程序或加速器的版本不兼容等。

英特尔和处于 NFVI 转型的其他先头企业认识到了这一挑战,因此携手设计了面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案来解决这类问题。该参考架构基于平衡的服务器设计而构建,其中每个 NUMA 节点均拥有相同的容量资源。解决方案进一步采用了众所周知的 垂直堆栈,其中容纳了包括 BIOS 配置、主机操作系统以及网络和加速驱动程序在内的所有关键软件元素。所有组件经共同验证, 构成了一个性能已知、功能已优化的系统,可满足通信服务提供商运营网络工作负载的需求。

什么是英特尔® 精选解决方案? 

英特尔® 精选解决方案是预定义并已针对工作负载优化的解决方案,旨在大幅减少评估和部署基础设施过程中遇到的挑战。 解决方案经由 OEM/ODM 确认、ISV 认证以及英特尔验证。这些解决方案是由英特尔与硬件、软件和操作系统供应商合作伙伴及全球各大数据中心和服务提供商广泛协作开发的。每个英特尔® 精选解决方案都是英特尔® 数据中心级计算、内存、存储和网络技术的定制化组合,能够带来可预测、可信赖和出色的性能表现。

要符合英特尔® 精选解决方案的条件,解决方案提供商必须: 

  1. 遵循解决方案参考设计规范所规定的软件与硬件堆栈要求
  2. 达到或超越既定参考基准测试阈值
  3. 发布解决方案内容,以方便客户部署

解决方案提供商也可以开发自己的优化方案,以便能够给最终客户带来更简单、更一致的部署体验。

通用跨站点高吞吐量节点架构

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案旨在通过一个可扩展的架构大力提高网络 I/O 容量和每节点数据包处理吞吐量,以便跨各种类型的网络站点进行部署。相关规范包含有着各种理论吞吐量的节点,能够为具有不同需求(无论是网络核心处的每秒 TB 级吞吐量,还是随着网络延伸到越来越小的站点而逐渐降低的吞吐量)的站点提供支持。

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案的多节点架构支持控制平面与用户平面分离 (CUPS) 策略。具体来说,这种分离允许用户平面功能跨多个系统横向扩展。由此产生的拓扑结构允许在不同节点类型之间建立多对一关系,从而更有效地利用硬件资源,降低总体拥有成本。表 1 列出了通信服务提供商网络基础设施的不同级别可能部署的典型用户平面服务示例。 

解决方案经过了调优及预测试,通过在受控环境中使用参考架构的增强型堆栈,确保了不同类型 VNF 中的高吞吐量。在生产中,这项保证有助于加快上市速度,降低实施风险。

表 1. 部署于特定网络位置的典型 VNF 工作负载。

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案:硬件配置

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案定义了 1U 或 2U 机架式配置的超融合基础设施,精心选择的解决方案组件及配置可确保 高 I/O 吞吐量。硬件拓扑采用了第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器、面向数据平面开发套件加速网络的英特尔® 以太网网络适配器以及 英特尔® 固态盘(英特尔® SSD)。

该平台满足 NFVI 的一般用例需求,将资源集中用于 I/O,为每个 NUMA 节点提供尽可能宽的数据路径。为满足特定用例需求,平台中可以额外添加可选组件。配置中可以添加英特尔® 傲腾™ 持久内存以提供大量的内存资源,扩大能靠近处理器存放的温数据池。用户平面节点有两种主要配置,可根据具体的解决方案需求对堆栈进行微调: 

  • 增强 (Plus) 节点:该配置专为提供高性能及高密度特性以实现高 I/O 数据包处理能力而设。
  • 基础 (Base) 节点:该配置主打高性价比,适合部署在离网络核心较远的位置。

此外,该参考架构还针对面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案中的控制器节点规定了系统配置参数。表 2 中列出了所有三种节点类型的配置准则。除非另有说明,否则所有组件均为必要配置。

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案参考架构是专为在通信服务提供商网络基础设施中获得高吞吐量而设计的。下文介绍了配置规范中使用的英特尔® 技术。

第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器是该解决方案所有硬件配置的基础。这一系列的 CPU 适用于已针对各类网络环境进行优化的配置, 具有广泛的频率、功能和功率选择。以下平台特性和技术对于面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案而言尤其重要: 

  • 平衡、可扩展的新架构可提高每内核性能、内存和 I/O 带宽,进而为从边缘到数据中心的各类工作负载加速。
  • 内核数量和缓存增加,针对灵活而广泛的 SKU 系列提供 8 至 40 个强大内核以及高达 48 KB 的 L1 缓存(比上一代大 50%), 有助于增加每个节点可处理的用户量。
  • 英特尔® AVX-512 指令的新扩展能够加速位处理内核,由此在无线信号处理管道内移动和重新对数据块排序。
  • 英特尔® 软件防护扩展(英特尔® SGX)提供受保护的执行飞地,用于隔离并帮助保护使用中的应用代码和数据,确保在不侵犯隐私的前提下,为以新方式使用共享数据进行协作提供支持。

表 2. 面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案的硬件配置(除非另有说明,所有组件均为必要配置)。

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案参考架构是专为在通信服务提供商网络基础设施中获得高吞吐量而设计的。下文介绍了配置规范中使用的英特尔® 技术。

第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器是该解决方案所有硬件配置的基础。这一系列的 CPU 适用于已针对各类网络环境进行优化的配置, 具有广泛的频率、功能和功率选择。以下平台特性和技术对于面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案而言尤其重要: 

  • 平衡、可扩展的新架构可提高每内核性能、内存和 I/O 带宽,进而为从边缘到数据中心的各类工作负载加速。
  • 内核数量和缓存增加,针对灵活而广泛的 SKU 系列提供 8 至 40 个强大内核以及高达 48 KB 的 L1 缓存(比上一代大 50%), 有助于增加每个节点可处理的用户量。
  • 英特尔® AVX-512 指令的新扩展能够加速位处理内核,由此在无线信号处理管道内移动和重新对数据块排序。
  • 英特尔® 软件防护扩展(英特尔® SGX)提供受保护的执行飞地,用于隔离并帮助保护使用中的应用代码和数据,确保在不侵犯隐私的前提下,为以新方式使用共享数据进行协作提供支持。

英特尔® 以太网 800 系列网络适配器

通过结合复杂的数据包处理、智能分流和加速器以及用于数据平面处理的高质量开源驱动程序,英特尔® 以太网 800 系列网络适配器为 NFVI 工作负载提供基于标准的网络性能。除了优化吞吐量之外,该系列适配器还支持广泛的互操作性和灵活性。与适配器相关的主要特性及功能包括: 

  • 应用设备队列 (ADQ),这是英特尔® 以太网 800 系列网络适配器特有的功能,为关键工作负载提供专用队列,利用经优化的应用线程到设备数据路径,实现针对特定应用的数据定向、信号传输和速率限制。应用设备队列能够提高可预测性,减少时延和抖动,并提高吞吐量。
  • 动态设备个性化 (DDP),这是英特尔® 以太网 800 系列网络适配器提供的可编程数据包处理管道,支持在运行时按需重新配置网络控制器,从而实现针对特定工作负载的优化,提高吞吐量,减少时延。英特尔® 以太网 800 系列网络适配器中的动态设备个性化功能得到增强,相较前代产品,可编程性有所提高,其针对特定工作负载的协议使灵活性再获提升。
  • 数据平面开发套件 (DPDK),这是一套开源库及驱动程序,用于加快数据路径中的数据包处理。同时,它还有助于构建专门在基于标准的通用服务器上运行的数据包转发器。

该系列适配器具有出色的小数据包性能,非常适合 NFVI 的要求,其先进的 I/O 虚拟化技术有利于提高虚拟服务器的吞吐量。此外, 它们还提供网络虚拟化优化,包括 VXLAN、GENEVE、NVGRE、MPLS 以及带网络服务报头 (NSH) 的 VXLAN-GPE。

英特尔® 傲腾™ 持久内存 200 系列

英特尔® 傲腾™ 持久内存(推荐)带来了重新定义的内存层,通过将更多数据放置在更接近处理器的非易失性存储器上,减少对磁盘访问的需求,进而提升系统整体性能,减少时延。该系列兼具动态随机存取存储器 (DRAM) 的字节可寻址特性和存储的持久性,相较固态盘 (SSD) 或其他存储类型,其空闲读取时延缩短了一个数量级。英特尔® 傲腾™ 持久内存的产品插槽与 DDR4 兼容,提供从 128 GB 到 512 GB 多种容量选择。

经过基准测试验证的性能

所有英特尔® 精选解决方案均经过英特尔验证,已达到指定的最低级别工作负载优化性能要求。如表 3 所示,经验证的面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案能够满足或超越 vBNG 设计及测试标准。

表 3. 面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案的 vBNG 性能标准下限。系统制造商、系统集成商以及解决方案和服务提供商可进一步优化各自的系统,实现更高的性能和处理能力1

软件和固件堆栈

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案包含了一个基于 Red Hat Enterprise Linux 与 Red Hat OpenStack 且已针对工作负载优化的软件和固件全堆栈,但同时也能适应其他操作系统及 VIM。请与英特尔代表联系,获取每种配置的详细设计规范。这些规范和 相关的测试计划已发布到英特尔的资源和设计中心。

这一解决方案详细介绍了每个软件堆栈组件,旨在减少出现不兼容的可能性、消除错误并提供可靠的高性能操作。已指定的变量包括以下关键项目的最低受支持版本: 

  • 英特尔® 处理器微代码更新版本
  • UEFI 固件 (BIOS) 
  • 英特尔® 以太网控制器 E810 固件和驱动程序
  • 主机操作系统和客户机操作系统版本
  • Docker 容器版本
  • 数据平面开发套件版本 

结论

面向 NFVI 转发平台的英特尔® 精选解决方案基于一个已针对工作负载优化的参考架构,专为支持网络基础设施中运行的高吞吐量工作负载而打造。凭借来自原始设备制造商的经预验证、预优化的解决方案堆栈,该解决方案能够大大加快部署速度,加速推出新服务, 同时降低通信服务提供商的实施风险。

了解更多信息

英特尔® 精选解决方案:intel.cn/selectsolutions
第三代英特尔® 至强® 可扩展处理器: intel.com/content/www/cn/zh/products/details/processors/xeon/scalable.html 
英特尔® 以太网技术:intel.cn/ethernet
英特尔® 精选解决方案由英特尔® Network Builders 计划提供支持: networkbuilders.intel.com/intelselectsolutions/network