Chương 1 đã trình bày những công nghệ tương ứng với 5 giá trị 5G. Đi kèm với các công nghệ là các kỹ thuật tương ứng tiêu biểu. Dựa trên các kỹ thuật 4G cần nâng cấp lên để hỗ trợ cho 5G và một số kỹ thuật mới để đáp ứng cho dịch vụ IoT. 15 Mạng thông tin di động 5G hứa hẹn sẽ đem lại sự thay đổi lớn cho ngành công nghiệp và dịch vụ thông tin di động.
Sự thay đổi ở mạng 5G không đơn thuần là sự cải thiện về tốc độ dữ liệu mà còn thay đổi về vị trí, vai trò của thông tin di động trong việc cung cấp các dịch vụ ứng dụng công nghệ mới. Với những kết quả nghiên cứu và triển khai thử nghiệm công nghệ 5G hiện tại cho thấy nỗ lực và tinh thần hợp tác rất lớn của các cơ quan quản lý, tổ chức quốc tế, viện nghiên cứu, nhà khoa học và doanh nghiệp trong quá trình hiện thực hóa tầm nhìn về mạng thông tin di động 5G, nhằm hướng tới một thế giới thông minh hơn, cuộc sống đơn giản hơn trong đó mọi thứ được kết nối và hiểu biết lẫn nhau. 16 Chương 2: Công nghệ NFV 2.1 Tổng quan về NFV 2.1 Thực trạng hạ tầng mạng Trong thời đại hiện nay, chúng ta đang chứng kiến sự ra đời của hàng loạt các công nghệ mới như mạng di động 5G, Internet của vạn vật (Internet of Things), điện toán đám mây (Cloud Computing), thực tại ảo (Virtual Reality) … Bên cạnh đó, việc mở rộng hoạt động kinh doanh của các doanh nghiệp Internet và viễn thông dẫn đến nhu cầu về băng thông, chất lượng đường truyền và quản lý luồng dữ liệu tăng lên theo cấp số nhân. Ta có thể thấy xu hướng phát triển vũ bão của Internet nhằm đón đầu thời đại Cách Mạng Công Nghiệp 4.0 đã và đang diễn ra.
Nhu cầu phải luôn không ngừng cải thiện hạ tầng mạng là một nhu cầu thiết yếu không chỉ ở thế giới mà còn ở Việt Nam. Điều này đặt ra cho các nhà cung cấp dịch vụ mạng (Network Service Provider) áp lực phải luôn không ngừng mở rộng quy mô cũng như nâng cao chất lượng dịch vụ truyền dẫn. Thế nhưng đây lại không phải là một vấn đề đơn giản, cách làm phổ biến hiện tại của các nhà cung cấp dịch vụ viễn thông hiện tại đa phần là mua sắm thêm các thiết bị phần cứng chuyên dụng cho mỗi một dịch vụ mạng mới. Cách tiếp cận này hiện đang bộc lộ nhiều bất cập.
Đi vào thực tế, ta có thể nhận thấy rằng đa phần những hệ thống mạng hiện tại đều sử dụng thiết bị chuyên dụng của các hãng như Cisco hay Juniper, … Tuy nhiên, những hệ thống này lại có các khuyết điểm như: giá thành thiết bị đắt đỏ, khó quản lý tập trung, kém tương thích với các hệ thống của hãng khác, tốc độ cập nhật phần mềm chậm, giấy phép sử dụng phần mềm thường ngắn… Đây là những khuyết điểm không thể chấp nhận trong môi trường công nghệ thông tin hiện nay bởi nhu cầu của từng khách hàng hiện tại là rất đa dạng và đặc thù. Mỗi một giây chậm trễ đều lãng phí tiền bạc và nguồn lực của công ty mà quan trọng hơn là đánh mất sự tín nhiệm của người dùng. Với những vấn đề tồn đọng trên thì hạ tầng mạng hiện có được dự 17 báo sẽ không thể đáp ứng kịp nhu cầu của thị trường cũng như đảm bảo lợi ích của các chủ thể bao gồm doanh nghiệp, nhà cung cấp dịch vụ và người dùng cuối. Vậy để giải quyết các vấn đề khuyết điểm này thì giải pháp ở đây chính là ứng dụng công nghệ ảo hóa (Virtualization) vào hạ tầng mạng tại các trung tâm dữ liệu (Datacenter), các điểm chuyển mạch lớn (Network Node) trên đường truyền hoặc tại nhà của người dùng cuối bằng công nghệ Ảo hóa Chức năng Mạng (Network Function Virtualization - hay gọi tắt là NFV).
Công nghệ NFV cho phép ta tách biệt các hàm chức năng mạng (Network Function – NF) như: NAT, Firewall, Intrusion Detection, DNS, Caching, … khỏi các thiết bị vật lý chuyên biệt và triển khai các NF này dưới hình thức phần mềm có thể chạy trong môi trường ảo hóa – trên các thiết bị phần cứng phổ thông. Việc này sẽ giúp ta giảm chi phí đầu tư và sự phụ thuộc vào các thiết bị phần cứng chuyên biệt của từng hãng như trước đây. Đồng thời, các nhà mạng có thể khởi tạo, điều phối và di dời các hàm chức năng mạng, các dịch vụ mạng một cách linh hoạt, từ đó tận dụng tốt hơn hạ tầng phần cứng đã đầu tư. Một trong những nhà mạng lớn ở Mỹ là AT&T đã tuyên bố rằng hãng sẽ ảo hóa 75% hạ tầng mạng của mình vào năm 2020 bằng cách ứng dụng công nghệ ảo hóa chức năng mạng (Network Function Virtualization – NFV) và công nghệ mạng máy tính được điều khiển bằng phần mềm (Software-defined Networking – SDN).2 Giới thiệu công nghệ NFV Công nghệ Ảo hóa Chức năng mạng (Network Function Virtualization - NFV) áp dụng công nghệ ảo hóa (Virtualization) và điện toán đám mây (Cloud Computing) vào các máy chủ, thiết bị chuyển mạch và thiết bị lưu trữ phổ thông (Commercial off the Shelf) nhằm tạo ra một môi trường để triển khai các hàm chức năng mạng ảo hóa (Virtualised Network Function – VNF) như: switching, firewall, routing, load balancing,… có chức năng tương tự như trên các thiết bị mạng chuyên trách truyền thống.
18 Ảo hóa chức năng mạng (NFV) thể hiện sự chuyển đổi đáng kể đối với mạng của nhà cung cấp dịch vụ/viễn thông, được thúc đẩy bởi các mục tiêu giảm chi phí, tăng tính linh hoạt và cung cấp các dịch vụ được cá nhân hóa. Công nghệ NFV đang nhanh chóng nổi lên khi các nhà khai thác phương pháp tiếp cận thực tế sẽ sử dụng để triển khai mạng của họ. Các công ty viễn thông đã chuyển hầu hết hoạt động liên lạc của họ sang mạng IP tiêu chuẩn và hiện đang bắt đầu chuyển hầu hết hoạt động tính toán của họ sang các máy chủ tiêu chuẩn công nghiệp. NFV tận dụng các nguyên tắc điện toán đám mây để thay đổi cách cung cấp các NF như bộ cổng và hộp trung gian.
Với sự ra đời của công nghệ 5G, sự thúc đẩy phát triển các dịch vụ thời gian thực mới trong các lĩnh vực thanh toán di động, thực tế tăng cường, lái xe tự động và Internet vạn vật (IoT). Các chức năng mạng điển hình (ví dụ: cân bằng tải máy chủ (SLB) và firewall) trong mạng doanh nghiệp quy mô lớn ngày nay thường được cung cấp trên các thiết bị lớn do nhà cung cấp độc quyền. Các lĩnh vực đó rất phức tạp để vận hành và quản lý, tốn kém để mua và bảo trì, và thường rất ít được sử dụng. Những nỗ lực nhằm giảm bớt sự phức tạp này thông qua các kỹ thuật định tuyến mạng linh hoạt như SDN chỉ dẫn đến việc khắc phục một phần, vì các thiết bị chuyển mạch vật lý được điều khiển qua SDN/OF thiếu thông tin để đưa ra quyết định dựa trên ‘lớp 5–7’ của OSI và do đó không thể cung cấp các dịch vụ cấp cao hơn được cung cấp bởi bộ cân bằng tải và tường lửa.
Trong môi trường NFV, các chức năng mạng phức tạp nguyên khối chạy trên phần cứng chuyên dụng được phân tách thành các đơn vị chức năng nhỏ hơn và được sắp xếp linh hoạt trên cơ sở hạ tầng biên và đám mây ảo hóa. Các chức năng mạng này bao gồm cả xử lý mặt phẳng điều khiển, xác thực và xử lý mặt phẳng dữ liệu, kiểm soát truy cập và chất lượng dịch vụ (QoS). Các chức năng mạng này chạy dưới dạng phần mềm trong máy ảo (VM) còn được gọi là chức năng mạng ảo hóa (VNF). Chạy dưới dạng máy ảo trong số lượng lớn bộ chuyển mạch TOR trong trung tâm dữ liệu cho phép các chức năng này mở rộng quy mô theo yêu cầu.
19 Công nghệ NFV giúp giảm chi phí hoạt động cho các nhà khai thác viễn thông. Nó cũng có khả năng làm giảm sự phát triển của việc sử dụng rộng rãi các thiết bị, đặc biệt là ở các trung tâm dữ liệu nhiều người thuê (DC), mang lại khả năng tiết kiệm điện, không gian và làm mát cho một trung tâm dữ liệu xanh hơn và hiệu quả hơn. Một hướng dẫn định tuyến rất linh hoạt hướng các gói mạng thông qua một chuỗi VNF được gọi là chuỗi chức năng dịch vụ (SFC), sẽ được trình bày thảo luận trong chương sau.3 Các trường hợp sử dụng NFV ETSI đã xác định một số trường hợp sử dụng cho NFV, tổng cộng có chín trường hợp sử dụng: 1) Cơ sở hạ tầng NFV dưới dạng dịch vụ (IaaS): do nhu cầu phân phối theo địa lý và lợi ích giảm chi phí, các nhà khai thác cần chạy các chức năng mạng của họ trên cơ sở hạ tầng thuộc về các nhà cung cấp dịch vụ. Ví dụ: thay vì triển khai cơ sở hạ tầng của riêng mình ở châu Âu, một nhà mạng Mỹ có thể chọn triển khai VNF của mình trên NFVI của nhà cung cấp dịch vụ mạng châu Âu.
2) Chức năng mạng ảo như một dịch vụ: Việc mua và bảo trì các thiết bị dịch vụ mạng chuyên dụng của riêng họ có thể quá tốn kém đối với một số doanh nghiệp nhỏ. NFV cho phép họ mua các chức năng bất cứ khi nào và bất cứ nơi nào cần thiết dưới dạng mô hình trả tiền khi bạn sử dụng. 3) Nền tảng mạng ảo dưới dạng dịch vụ (PaaS): Nhà cung cấp dịch vụ ngày nay đã cung cấp nhiều dịch vụ mạng riêng ảo khác nhau cho khách hàng của họ. Các doanh nghiệp cần triển khai mạng ảo để kết nối văn phòng và nhân viên từ xa một cách liền mạch.
NFV là nền tảng mạng ảo không chỉ bao gồm thiết bị định tuyến và chuyển mạch mà còn có nhiều chức năng mạng khác nhau, có thể cung cấp thêm bảo mật và QoS cho mạng doanh nghiệp 4) Biểu đồ chuyển tiếp VNF: Biểu đồ chuyển tiếp VNF đề cập đến một đường dẫn của VNF mà lưu lượng truy cập sẽ đi qua. Nó còn được gọi là SFC. Quy trình 20 có thể cung cấp tập hợp dịch vụ linh hoạt và có thể định cấu hình cho tổng hợp lưu lượng truy cập nhất định. Với biểu đồ chuyển tiếp VFN, khách hàng có thể chọn bất kỳ sự kết hợp dịch vụ nào theo chính sách từ người thuê, ứng dụng và mạng.
5) Ảo hóa mạng lõi di động và IMS: Mạng lõi di động cần có độ linh hoạt về tài nguyên để đáp ứng nhu cầu tăng đột biến hoặc các sự cố không lường trước được.