ما المقصود بمفهوم network functions virtualization (NFV)؟

يتطلب النهج التقليدي لأجهزة الشبكة التقليدية تشغيل كل وظيفة من وظائف الشبكة مثل موازِنات الأحمال وجدران الحماية والبوابات والموجّهات على أجهزة مخصصة، وهو ما قد يكون مكلفاً وصعباً فيما يتعلق بتوسيع النطاق.

يمكن أن يستغرق إجراء ترقيات للأجهزة المخصصة شهوراً أو يتطلب شراء أجهزة جديدة متوافقة مع التقنية الجديدة. يتيح فصل وظائف الشبكة هذه عن الأجهزة لمقدمي الخدمات زيادة سرعة نشر الخدمات الجديدة بشكل كبير مع تقليل الحاجة إلى الأجهزة المادية.

تستخدم بنية NFV ميزة المحاكاة الافتراضية والأجهزة الافتراضية لإنشاء شبكة مرنة قابلة للتوسع والتخصيص والإدارة من خلال لوحة تحكُّم واحدة. تُتيح لوحة التحكم المركزية لمشغِّلي الشبكات إمكانية أتمتة توفير موارد الشبكة وتنسيقها والاستجابة بسرعة لأنماط حركة البيانات المتغيرة ومتطلبات الشبكة.

تخدم NFV العدد المتزايد من المؤسسات التي تسعى إلى الاحتفاظ بالسيطرة على البنية التحتية لشبكتها أثناء الانتقال من الأجهزة المادية إلى الأجهزة الافتراضية وموارد الحوسبة السحابية. لهذا السبب، تصنِّف Forbes تقنية NFV ضمن أفضل خمس تقنيات تطوِّر خدمات الاتصالات، إلى جانب الذكاء الاصطناعي (AI) والتعلم الآلي (ML) وحوسبة الحافة وواجهات برمجة التطبيقات (APIs) ورؤية الكمبيوتر.¹

توفر بنية NFV أساسًا وعملية وإستراتيجية لمحاكاة افتراضية لوظائف الشبكة. وقد صدر عن المعهد الأوروبي لمعايير الاتصالات السلكية واللاسلكية (ETSI) - مجموعة مواصفات الصناعات الخاصة بالمحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة (يشار إليها غالبًا باسم ETSI ISG NFV)، مستندات فنية توضح إطار العمل الأولي مفتوح المصدر لتقنية NFV. وقد شاركت مؤسسات أخرى في تطوير NFV، لكن البنية الأساسية لا تزال كما هي.

تتكون بنية NFV من ثلاث طبقات:

وظائف الشبكة الافتراضية (VNFs) هي الخدمات التي كانت تعمل سابقًا على الأجهزة المادية. يُعَد التوجيه وجدران الحماية وتكوين عناوين IP وأنظمة كشف التسلل وأنظمة SD-WAN وبرامج مشاركة الملفات من الأنواع الشائعة لوظائف الشبكة الافتراضية.

عند تحويلها إلى وظائف افتراضية، يمكن ربط هذه الخدمات معًا في عملية تُعرَف باسم "تسلسل الخدمات". يساعد تسلسل الخدمات مشغِّلي الشبكات على أتمتة توفير الموارد لكل خدمة على الشبكة. توفِّر الرؤية المركزية لجميع الوظائف للمشغِّلين سيطرة محسَّنة على الشبكة وتمكِّنهم من توجيه حركة المرور وأعباء العمل إلى الخوادم المتاحة، ما يقلل من مخاطر انقطاع الخدمة.

تتكون بنية NFV التحتية من الخوادم والتخزين والمفاتيح وموارد الحوسبة اللازمة لإنشاء بيئات NFV. لتجريد وظائف الشبكة من الأجهزة المادية، يُنشئ مشغِّلو الشبكات طبقة محاكاة افتراضية محايدة، باستخدام برنامج يُعرَف باسم مراقب الأجهزة الافتراضية (Hypervisor). يعمل Hypervisor أو مراقب الأجهزة الافتراضية (VMM)، على إنشاء طبقة برمجية قادرة على تقسيم عدة أجهزة افتراضية من جهاز مادي واحد. يمكن لهذه الأجهزة الافتراضية العمل جنبًا إلى جنب على نظامها التشغيلي الخاص. يوفر NFVI الاتصال لإنشاء شبكة موحَّدة تجمع بين عدة أجهزة مادية وافتراضية.

إن NFV MANO هو إطار العمل الأساسي لإدارة نشر وظائف الشبكة الافتراضية وتوفيرها ومراقبتها وأدائها. كما ينشئ NFV MANO أيضًا واجهة لـ NFVI للتواصل والتفاعل مع أنظمة دعم التشغيل (OSS) وأنظمة دعم الأعمال (BSS) الحالية.

تنقسم "الإدارة والأتمتة وتنسيق الشبكة (MANO)" إلى ثلاثة أقسام فرعية:

تستخدم NFV تقنيات المحاكاة الافتراضية لنشر وظائف شبكية جديدة وتوفير الموارد لوظائف VNF الحالية. كما تعمل تنسيقات NFV على توثيق طلبات الموارد من NFVI.

يعمل VIM على تحسين دورة حياة البرمجيات والموارد الافتراضية والشبكة المادية. يمكن لمثيلات VIM إدارة عدة موارد ضمن بنية NFVI أو التخصص في جانب محدد عند الحاجة. يحتفظ VIM بسجل للموارد الافتراضية والمادية، ما يسمح لمشغِّلي الشبكة بالحفاظ على عمليات التشغيل ونشر الخدمات الجديدة.

تعمل VNF على توحيد وظائف الشبكات الافتراضية وتعزيز قابلية التشغيل البيني لميزات الشبكات المعرَّفة بالبرمجيات (SDN). تتضمن إدارة VNF إنشاء المثيلات وتوسيع نطاق وظائف الشبكة الافتراضية وترقيتها وإنهائها.

للاستفادة من ميزة Network Functions Virtualization (NFV)، يجب أن تدرك فرق تكنولوجيا المعلومات بعض التحديات التي تواجهها وأن تتعامل معها، لا سيما المخاوف المتعلقة بالرؤية والأمان التي يمكن أن تصاحب تقنية NFV. 

غالبًا ما تتطلب بيئات NFV أدوات مراقبة أكثر تعقيدًا لمتابعة الأجهزة الافتراضية ووظائف الشبكة وحركة البيانات عبر الشبكة. كما أن الوظائف الافتراضية أكثر عرضة للهجمات الإلكترونية والبرامج الضارة مقارنةً بالأجهزة المادية المخزَّنة في مركز البيانات وتحتاج إلى الحماية بطرق مختلفة. يجب على الشركات التي تسعى إلى نشر المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة (NFV) أن تقرن هذا الانتقال بممارسات مراقبة وأمن قوية خاصة بتقنية NFV لحماية بياناتها وبنيتها التحتية.

تشترك الشبكات المعرَّفة بالبرمجيات (SDN) مع المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة (NFV) في بعض العناصر ولكنها تخدم وظائف وحالات استخدام مختلفة. كِلتا الوظيفتين عبارة عن نهجين معرَّفين بالبرمجيات يعتمدان على إنشاء طبقة افتراضية فوق الشبكة المادية تُستخدم لجعل الشبكات أكثر مرونة.

ومع ذلك، فإن شبكات SDN تركز على مراكز البيانات، في حين أن المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة (NFV) موجهة نحو شبكات المنطقة الواسعة (WAN) ومزودي خدمات الشبكات والمشغلين. في حين أن المحاكاة الافتراضية لوظائف الشبكة (NFV) تقوم بإجراء محاكاة افتراضية لوظائف الشبكة وتُستخدم لتقليل الحاجة إلى الأجهزة المادية (مما يترتب عليه زيادة المرونة وخفض التكاليف)، تساعد الشبكات المعرّفة بالبرمجيات المؤسسات على إتاحة الإدارة المركزية للشبكة وتحسين توجيه حركة مرور الشبكة.

يحقق SDN هذه التقنية عبر فصل طبقة التحكم، وهي الطبقة المسؤولة عن تنظيم آليات التوجيه ووضع الضوابط لكيفية انتقال حِزم البيانات عبر الشبكة. مستوى البيانات الأساسي هو المحرك الذي يحرك حِزم البيانات.

تُتيح هذه المركزية إمكانية إدارة أدق لموارد الشبكة وفقًا لسياسات كل مؤسسة، مع تحقيق استخدام أكثر كفاءة لعمليات التخصيص المؤتمت. يمكن لمشغِّلي الشبكات نشر أدوات الأتمتة وموازنة الأحمال وتخصيص الموارد بشكل ديناميكي بناءً على ظروف الوقت الفعلي، ما يقلل من زمن الانتقال ويعزز تقديم الخدمة بشكل عام.

يمكن نشر وظائف الشبكة الافتراضية عبر النظام البنائي لشبكة SDN بالكامل. عند استخدامهما معًا، تساعد شبكات SDN وNFV في إنشاء شبكات مرنة ورشيقة وقادرة على إدارة البيئات الافتراضية المعقدة.