從2015年到2021年，移動數據流量將增長高達10倍以上。數據和新服務的需求大量涌現，數據和需求的來源不僅來自智能手機，還保留物聯網（IoT）設備。電信運營商需要通過提供更快更新的服務來增強競爭力，尤其是隨著5G的采用，電信運營商目前正在著手構建的網絡功能虛擬化（NFV）基礎設施必須滿足這種迫在眉睫的需求。電信運營商目前面臨的一個根本挑戰是，以最低的NFV基礎設施成本提供最多的創新服務。
Figure 1 – Mobile data traffic growth driven primarily by video, gaming, data, and IoT applications
服務器是NFV基礎設施的核心模塊，它承載了虛擬機（VM）中運行的web、業務邏輯、網絡和安全的應用程序。他們是運營商向移動設備和IoT設備以及用戶提供的服務和獲取收入來源，每個月有超過60%的數據中心的成本花費在這些服務器以及相關的電力和冷卻上。因此，提高NFV基礎設施中每個服務器的效率是電信運營商首要關注的，其次是使用云編排工具（如OpenStack）管理服務器相關的運營效率。
Figure 2 – Server monthly costs based on 3-year server and 10-year infrastructure amortization.
為了提供必要的服務，VM以及其中運行的應用程序，需要在服務器中訪問足夠的資源，例如CPU核心、內存、存儲、安全策略規則、網絡帶寬和分析處理等。基于它們在NFV基礎設施中托管的應用程序，VM根據其資源需求有不同的配置文件，一些VM是計算密集型的，一些是內存密集型的，另外一些是I/O密集型的。
VM需要安全和網絡服務，這些服務是通過OpenStack網絡管理的虛擬交換機（如Open vSwitch，OVS）或虛擬路由（如Contrail vRouter）提供的。他們需要報告實時分析，在大多數情況下，虛擬交換機或虛擬路由代表VM收集分析數據，并將數據報告給中央分析處理引擎。
當使用傳統的服務器網絡技術（如10/25/40 Gb以太網網卡（NIC））時，使用虛擬交換機或虛擬路由提供安全、網絡和分析服務可消耗高達12個CPU內核。對于互聯網混合（IMIX）流量，向VM傳輸的I/O吞吐量被限制到低于6 Gb/s。來自移動和物聯網設備的流量在到達數據中心服務器時轉變為連接和連接建立速率（connection setup rates）。在這些情況下，連接建立速率（connection setup rates）被限制到每秒5000個，消耗12個額外CPU核心，在服務器軟件中處理連接建立邏輯。因此，計算密集型虛擬機無法獲得所需的CPU核心，而網絡密集型虛擬機無法獲得他們所需的I/O吞吐量。結果是服務器效率很差，其中每個服務器的輸出減少到預期值的六分之一。
服務器基礎設施運營效率有一個常識是管理很多相同的事物比管理不同事物的孤島容易的多，OpenStack管理的同構服務器是NFV基礎設施或任何數據中心基礎設施的理想選擇。使用服務器中的傳統NIC（或商用NIC），可以實現整個數據中心服務器的同質性目標。然而，這樣做的后果是每個服務器的效率被降到最低。當傳統網卡與基于軟件的虛擬交換機或虛擬路由搭配使用時，只能使用專用網絡配置滿足特定虛擬機配置文件的需求。
例如，一個需要低I/O吞吐量的VM可以用來實現網絡配置，在其內核中執行基于軟件的虛擬交換機或虛擬路由器，并且為這樣的處理分配四到六個CPU核心。在另一種情況下，使用DPDK在用戶空間中執行基于軟件的虛擬交換機或虛擬路由器，并且可以為這樣的處理分配八到十個CPU核心以向VM提供更高的I/O吞吐量。第三種情況是，可以使用諸如SR-IOV技術將最高I/O吞吐量傳輸到某些簡檔的VM。這樣做的優勢是，服務器可以為滿足VM的配置文件需求而配置，缺陷是我們要有不同的服務器配置。VM不能自由放置和移動，這些缺陷影響了NFV服務器基礎設施的運營效率。
Figure 3 – Network configuration silos resulting in significantly reduced operational efficiencies
無論是為了提高每個服務器的效率，還是整個數據中心和NFV基礎設施的運營效率，智能網卡（SmartNIC）都能為這些問題提供解決方案。智能網卡（SmartNIC）是可編程的網卡，針對COTS（common off-the-shelf）服務器和基于開源部署進行了優化，使用最新版本的Open vSwitch（OVS）和Contrail vRouter提供完整的OpenStack管理解決方案。
在單個服務器效率方面，智能網卡可以將每臺服務器的輸出提高6倍，從而帶來以下優勢：
節省10個以上CPU核心5倍以上I/O吞吐量，同時保持OVS和Contrail vRouter提供的豐富的聯網服務20多倍的連接建立速率提高10倍以上的實時分析的價格/性能此外，智能網卡還支持統一的OpenStack管理的COTS服務器基礎架構，實現用戶虛擬機和第三方虛擬網絡功能（VNF）的無縫和快速入門，同時保持完整的虛擬機移動性。因此，使用智能網卡可顯著提高整個數據中心的服務器基礎設施運營效率。
原文鏈接：https://www.sdxcentral.com/articles/contributed/boosting-operational-efficiency-cloud-nfv-infrastructures/2017/01/
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