NFV là gì? Tổng quan về Kiến trúc, Lợi ích và So sánh với SDN

Thay vì đầu tư vào các thiết bị phần cứng chuyên dụng đắt đỏ và cồng kềnh, NFV cho phép ảo hóa các chức năng mạng để chạy ngay trên các máy chủ tiêu chuẩn. NFV đã giúp doanh nghiệp cắt giảm tối đa chi phí hạ tầng, tăng tốc độ triển khai dịch vụ và tạo tiền đề vững chắc cho kỷ nguyên 5G. Hãy cùng Viettel IDC tìm hiểu ngay NFV là gì và tại sao nó lại được coi như một cuộc cách mạng mới.

NFV là gì?

Network Functions Virtualization (NFV) – hay Ảo hóa chức năng mạng – là một kiến trúc mạng đột phá giúp thay đổi hoàn toàn cách xây dựng và vận hành hạ tầng viễn thông.

Khác với mô hình truyền thống, nơi các thiết bị mạng như bộ định tuyến (routers), thiết bị chuyển mạch (switches), tường lửa (firewalls) hay cân bằng tải (load balancers) đều bị gắn chặt với các phần cứng chuyên dụng (proprietary hardware) đi kèm hệ thống phần mềm riêng biệt.

NFV hoạt động dựa trên nguyên lý tách rời (decoupling) các chức năng mạng ra khỏi phần cứng vật lý. Cụ thể:

- Sử dụng kiến trúc tương tự như các máy chủ x86 tiêu chuẩn.

- Biến các chức năng mạng thành các phần mềm độc lập.

- Cho phép chạy các phần mềm này trên các phần cứng đa năng phổ thông thay vì phải mua thiết bị chuyên biệt đắt tiền.

Kiến trúc NFV tiêu chuẩn

1. NFVI (Network Functions Virtualization Infrastructure)

Đây là Cơ sở hạ tầng ảo hóa, đóng vai trò nền tảng (tương tự như hệ điều hành trên điện thoại di động) cung cấp môi trường để chạy các ứng dụng mạng. NFVI bao gồm 2 lớp:

- Lớp phần cứng (Hardware layer): Bao gồm các tài nguyên vật lý thực tế như máy chủ, storage và network.

- Lớp ảo hóa (Virtualization layer): Chịu trách nhiệm trừu tượng hóa tài nguyên phần cứng thành tài nguyên ảo. Đây là module chức năng chính giúp phần mềm không còn phụ thuộc vào phần cứng cụ thể.

2. VNF (Virtual Network Function)

Đây là các chức năng mạng ảo (tương tự như các ứng dụng hay apps trên điện thoại). VNF thực chất là các phần mềm thực hiện chức năng mạng (như định tuyến, tường lửa, cân bằng tải...) được cài đặt trên các máy ảo (VMs). Nhờ kiến trúc NFVI, các VNF này có thể vận hành độc lập, linh hoạt mà không cần quan tâm đến phần cứng bên dưới là gì.

3. MANO (Management and Orchestration)

Đây là khối quản lý và điều phối – được ví như bộ não của hệ thống, chịu trách nhiệm quản lý toàn bộ cơ sở hạ tầng (NFVI) và các ứng dụng (VNF). MANO được chia thành 3 khối chức năng nhỏ:

- NFVO (NFV Orchestrator): "Nhạc trưởng" điều phối chung, quản lý tất cả tài nguyên phần mềm và dịch vụ mạng trên toàn hệ thống.

- VNFM (VNF Manager): Quản lý vòng đời của các VNF (khởi tạo, cấu hình, cập nhật, và hủy bỏ VNF).

- VIM (Virtualized Infrastructure Manager): Quản lý, phân bổ tài nguyên ảo và xử lý các lỗi phát sinh từ hạ tầng.

Lợi thế của NFV so với thiết bị mạng vật lý

So với các thiết bị mạng truyền thống, NFV mang lại sự thay đổi toàn diện về cách thức xây dựng và vận hành hệ thống mạng:

- Phần cứng đa năng: Thay vì phụ thuộc vào các thiết bị chuyên dụng đắt tiền, NFV sử dụng các máy chủ tiêu chuẩn (x86-based servers) cũng như các thiết bị lưu trữ và chuyển mạch phổ thông, giúp giảm chi phí đầu tư phần cứng.

- Tách biệt phần cứng - phần mềm: Trong khi thiết bị truyền thống gắn chặt phần cứng và phần mềm, NFV tách biệt hoàn toàn hai thành phần này và cung cấp phần mềm dưới dạng các module độc lập.

- Tính mở: NFV sử dụng nền tảng phần cứng phổ quát và các giao diện chuẩn hóa, tạo điều kiện cho hệ sinh thái mở và hợp tác đa bên. Ngược lại, thiết bị truyền thống thường là hệ thống khép kín, gây khó khăn khi muốn tích hợp với đối tác thứ ba.

- Linh hoạt mạng lưới: Nhờ công nghệ ảo hóa tài nguyên, NFV cho phép điều chỉnh động tài nguyên phần cứng và phần mềm theo nhu cầu dịch vụ. Điều này khắc phục hạn chế của thiết bị truyền thống vốn không hỗ trợ chia sẻ tài nguyên và mở rộng đàn hồi.

- Nâng cấp thuận tiện: Việc nâng cấp trên NFV diễn ra rất nhanh chóng vì chủ yếu chỉ liên quan đến phần mềm. Trong khi đó, việc nâng cấp thiết bị truyền thống tốn nhiều thời gian do yêu cầu phát triển cả phần cứng lẫn phần mềm.

- Vận hành và bảo trì tự động: NFV ảo hóa tài nguyên phần cứng, giúp quy trình vận hành và bảo trì trở nên tự động và thông minh hơn. Ngược lại, quy trình này ở thiết bị truyền thống rất phức tạp, đòi hỏi thao tác thủ công hoặc bán thủ công qua giao diện dòng lệnh hoặc Web.

- Gắn kết dịch vụ: Mạng NFV được triển khai dựa trên dịch vụ và có thể điều phối linh hoạt. Đối với mạng truyền thống, các yêu cầu dịch vụ không thể chuyển đổi nhanh chóng thành yêu cầu mạng, dẫn đến phản hồi chậm chạp.
Có thể bạn quan tâm:
- SDN là gì? Khám phá cách thức hoạt động và lợi ích của mạng lưới định nghĩa phần mềm
- Ảo hóa là gì? Tìm hiểu về ảo hóa trong điện toán đám mây

Tại sao doanh nghiệp nên chuyển đổi sang NFV?

Sự linh hoạt trong triển khai dịch vụ

NFV mang lại khả năng tùy biến cao cho hệ thống mạng khi cho phép vận hành các Chức năng mạng ảo (VNF) trên nhiều máy chủ khác nhau hoặc di chuyển chúng linh hoạt khi nhu cầu thay đổi. Điều này giúp tăng tốc đáng kể quy trình cung cấp các ứng dụng và chức năng mạng mới ra thị trường. 

Ví dụ, khi cần kiểm thử một tính năng mới, quản trị viên chỉ cần khởi tạo nhanh một máy ảo (VM) để thực hiện tác vụ và có thể hủy bỏ nó ngay lập tức sau khi hoàn thành, tạo nên một quy trình thử nghiệm vô cùng tiện lợi và tiết kiệm thời gian.

Tối ưu hóa chi phí đầu tư và vận hành

Nhờ kiến trúc ảo hóa, NFV cho phép chạy đồng thời nhiều chức năng mạng trên một máy chủ vật lý duy nhất. Việc hợp nhất tài nguyên này giúp doanh nghiệp giảm thiểu đáng kể số lượng phần cứng cần thiết, từ đó cắt giảm chi phí thuê không gian lắp đặt và điện năng tiêu thụ. 

Tuy nhiên, doanh nghiệp cần lưu ý rằng chi phí đầu tư ban đầu cho giai đoạn chuyển đổi từ thiết bị truyền thống sang NFV thường khá lớn, do đó tỷ suất hoàn vốn (ROI) trong ngắn hạn có thể chưa cao hơn ngay lập tức so với mô hình cũ.

Nâng cao hiệu quả sử dụng tài nguyên

NFV giải quyết triệt để bài toán lãng phí tài nguyên bằng cách loại bỏ nhu cầu thay đổi phần cứng vật lý mỗi khi yêu cầu mạng thay đổi. 

Với kiến trúc này, cấu trúc mạng cơ bản có thể được cập nhật hoặc thay đổi nhanh chóng chỉ thông qua các thao tác phần mềm. Điều này không chỉ giúp tránh tình trạng dư thừa thiết bị vật lý không cần thiết mà còn loại bỏ các quy trình di chuyển và thay thế phần cứng phức tạp, tốn kém.

Loại bỏ sự phụ thuộc vào nhà cung cấp

Một trong những lợi thế lớn nhất của NFV là khả năng vận hành các VNF trên phần cứng đa năng thay vì các thiết bị chuyên dụng độc quyền. 

Cơ chế tách biệt hoàn toàn chức năng mạng khỏi phần cứng này giúp doanh nghiệp không còn bị trói buộc vào các công nghệ hay tính năng đặc thù của một nhà sản xuất cụ thể. Nhờ đó, tổ chức có quyền tự do lựa chọn đối tác cung cấp và giảm đáng kể chi phí bảo trì cho các thiết bị mạng đặc thù.

So sánh NFV và SDN

Điểm tương đồng lớn nhất giữa NFV và SDN là cả hai đều sử dụng công nghệ ảo hóa để trừu tượng hóa mạng, giúp che đi sự phức tạp của phần cứng bên dưới. Tuy nhiên, sự khác biệt nằm ở đối tượng mà chúng ảo hóa và cách thức phân tách chức năng.

Mặc dù NFV và SDN có cách tiếp cận khác nhau, nhưng chúng không hề xung đột. Thực tế, sự kết hợp giữa hai công nghệ này tạo ra một mô hình mạng hoàn toàn mới, tối ưu hóa cả về hạ tầng lẫn khả năng vận hành.

- NFV tập trung vào "Cái gì" (What) NFV giải quyết vấn đề về thiết bị. Nó ảo hóa các chức năng mạng (như Router, Firewall) vốn nằm trong các hộp phần cứng chuyên dụng, biến chúng thành phần mềm chạy trên máy chủ đa năng. Điều này giúp đạt được sự linh hoạt trong điều phối dịch vụ.

- SDN tập trung vào "Như thế nào" (How) SDN giải quyết vấn đề về quản lý. Nó thay đổi cách chúng ta điều khiển dòng chảy dữ liệu bằng cách tập trung quyền lực về một bộ điều khiển trung tâm. Điều này giúp thực hiện quản lý và cấu hình thống nhất cho các chức năng mạng.

Bạn có thể hình dung NFV giúp bạn không cần mua nhiều thiết bị phần cứng đắt tiền, còn SDN giúp bạn điều khiển các thiết bị (dù là ảo hay thật) đó một cách thông minh và tự động từ một vị trí duy nhất.

Kết luận

Có thể thấy, Network Functions Virtualization (NFV) không chỉ đơn thuần là một giải pháp thay thế công nghệ, mà là bước tiến tất yếu để giải phóng hạ tầng mạng khỏi sự cồng kềnh và đắt đỏ của phần cứng truyền thống. Bằng cách "mềm hóa" các chức năng mạng, NFV mang lại cho doanh nghiệp sức mạnh của sự linh hoạt, khả năng mở rộng không giới hạn và tối ưu hóa chi phí vận hành.

Đặc biệt, khi kết hợp cùng SDN, NFV tạo nên một nền tảng hạ tầng thông minh và vững chắc, sẵn sàng đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất của kỷ nguyên 5G và Internet vạn vật (IoT). Hy vọng qua bài viết này, Viettel IDC đã giúp bạn có cái nhìn toàn diện về NFV là gì để đưa ra những quyết định đầu tư hạ tầng đúng đắn nhất cho tổ chức của mình.