引言
隨著雲原生技術的快速發展，運營商面臨著從傳統架構向現代化網絡基礎設施轉型的迫切需求。雲原生數據平面（Cloud Native Data Plane）作為實現此轉型的核心技術，正逐步成為支持高彈性、可擴展與安全性的關鍵組件。本文探討運營商在雲原生數據平面中尋求的要素，並深入解析基於Kubernetes生態的解決方案，如VNA（Virtual Network Attachment）與VPP（Vector Packet Processing）的整合應用，以滿足網絡功能虛擬化（NFV）與SDN POP（Software-Defined Networking Point of Presence）的實際需求。
技術與架構解析
雲原生數據平面的定義與核心概念
雲原生數據平面是指基於容器化與微服務架構，結合開源工具與標準化協議，實現網絡流量處理與資源管理的靈活框架。其核心特徵包括：
- 可編排性：透過Kubernetes Operator管理自定義資源（CRD），實現網絡配置與生命週期的自動化。
- 高性能：整合DPDK（Data Plane Development Kit）與VPP等技術，支援高吞吐量與低延遲的數據轉發。
- 標準化：遵循CNCF（Cloud Native Computing Foundation）的雲原生標準，確保與現有生態的兼容性。
SDN POP與VNF的整合挑戰
在SDN POP架構中，運營商需解決以下關鍵問題：
- 客戶端流量隔離與安全：需在Kubernetes環境中建立安全的VPN連接，並確保流量符合層3路由規則。
- 彈性與可擴展性：支持動態資源分配與無縫基礎設施升級，以應對流量波動。
- 網絡功能虛擬化（NFV）：透過VNF（Virtual Network Function）實現流量監測、過濾與QoS管理，同時符合CNF（Cloud Native Function）的標準。
VNA架構與技術實現
自建解決方案：VNA（Virtual Network Attachment）
VNA是一種基於Kubernetes Operator的自建解決方案，其核心設計包括：
- 資源管理：透過CRD定義虛擬網絡、流量鏡像與IP池等資源，並整合Userspace CNI與Generic Device Plugin進行定製化調整。
- 數據平面技術：
- 使用VPP實現快速層2轉發，支援VNF接口與節點網卡的高效連接。
- 建立全網狀VXLAN Overlay，實現Worker節點與POP路由設備的全域連通。
- 透過自動化配置工具管理路由與層功能，減少人工幹預。
VNF與CNF的支援特性
VNA支援以下關鍵功能：
- 高吞吐量數據平面：透過DPDK與VPP的結合，實現低延遲與高吞吐量的流量處理。
- 無服務影響的VNF遷移：支援CNF接口的動態切換，確保網絡服務連續性。
- 可觀察性：提供資源使用與網絡流量監控的圖形化儀錶板，協助運營商進行實時分析。
雲原生數據平面的優勢與挑戰
核心優勢
- 靈活性與擴展性：雲原生數據平面整合網絡附件功能於單一框架，支持層2/層3數據平面（如VXLAN、VQ Overlay），簡化配置與管理。
- 標準化與合作：透過Kubernetes社群提案（如Banning Plugin）與VPP、CNF供應商合作，推動標準化網絡附件方案，替代傳統SR-IOV架構。
面臨的挑戰
- 複雜性：整合多種開源技術與自定義功能，需處理兼容性與穩定性問題。
- 性能瓶頸：在高密度流量場景下，需優化數據平面的資源分配與處理效率。
未來方向與應用驗證
技術整合與生態建構
- 加速層2/層3數據平面：結合路由控制平面，提升網絡處理能力。
- 工業化開源方案：推動社群合作，建立可重複使用的雲原生數據平面解決方案。
實際應用案例
- VRouter CNF驗證：成功測試用戶空間接口，實現無服務影響的連接。
- 5G UPF整合：透過MIF接口驗證VNA在5G核心網中的應用，確保與現有網絡的兼容性。
總結
雲原生數據平面的發展，為運營商提供了靈活、可擴展且安全的網絡基礎設施解決方案。透過VNA與VPP的整合，結合Kubernetes生態與CNCF標準，運營商可有效應對SDN POP與VNF的挑戰。未來，持續推動開源合作與技術標準化，將是實現雲原生網絡全面落地的關鍵。