Network Functions Virtualisation - Résumé
Nkwaba Mushimbi Jonathan
Universite de Lubumbashi
Ecole Superieure des Ingenieurs
Industriels
Lubumbashi, RDC
jnkwaba@gmail.com
Lumbwe Kitenge Caleb
Universite de Lubumbashi
Ecole Superieure des Ingenieurs
Industriels
Lubumbashi, RDC
lovelumbwe@gmail.com
Abstract--Cet article est un résumé de quelques articles
publiés sur le Network Function Virtualisation (NFV). Le NFV
est un paradigme qui vient réduire le cout de fabrication des
équipement réseau en virtualisant leurs fonctions, les rendant
ainsi utilisable n’importe où sans avoir besoin d’utiliser un
équipement particulier pour chaque fonction réseau (Routage,
Commutation, etc.).
Ngoy Kijamanga Abel
Universite de Lubumbashi
Ecole Superieure des Ingenieurs
Industriels
Lubumbashi, RDC
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III. ARCHITECTURE DU NFV
A. Composants de l'architecture NFV
L’ETSI (European Telecommunications Standards
Institute) a proposé une architecture composée de 4
parties[5] comme le montre la figure 1.
index terms: NFV, network functions
I.
INTRODUCTION
Aujourd’hui, les réseaux sont remplis d'équipements
réseau différents les uns des autres effectuant chacun une
fonction précise. La conception et la maintenance de ces
différents équipements donne naissance à des cout très
élevés et une difficulté de gestion. Le NFV (Network
Functions Virtualisation) est une alternative qui change
complètement la donne en faisant une séparation entre
l'équipement physique et la fonction qu'il est sensé réaliser.
Dans ce travail, nous passons en revue la raison de
l’existence du NFV, son architecture, ses avantages par
rapport à la méthode classique, sa mise en relation avec le
SDN.
II. POURQUOI LE NFV
L'expansion des réseaux implique une augmentation
drastique du nombre d'équipements réseaux utilises ou
boitiers intermédiaires (Middleboxes). D'un certain point de
vue, les Middleboxes offrent des fonctionnalités importantes
pour le réseau, mais d'un autre cote ils constituent une partie
importante des dépenses d'exploitation (OPEX) et des
dépenses d'investissement (CAPEX) pour les opérateurs
réseau[1]. En effet les équipements réseau traditionnels sont
des équipements physiques conçus pour réaliser une
fonction réseau spécifique. Cet état des choses pose un
problème d'ossification du réseau qui rend quasiment
impossible l'extension et la mise à jour du réseau[2].
Le NFV a été proposé comme une nouvelle technologie
pour configurer, déployer et maintenir les services réseau
avec un faible cout, en effectuant une séparation entre
l'équipement physique et la fonction qu'il est sensé
réaliser[3]. Dans le NFV les différents équipements
traditionnels (Routeur, Switch, firewall, NAT, etc.) peuvent
être virtualisés et tourner sur une même infrastructure[4], et
ainsi, les différentes fonctions virtualisées VNF (Virtualized
Network Functions) peuvent être copiées si besoin et être
utilisées ailleurs ou peuvent être migrées dans un autre lieu
sans devoir acheter et installer un nouvel équipement réseau.
Figure 1. Architecture du NFV selon l'ETSI
1) Virtualized Network Functions (VNF)
Les fonctions réseau virtualisées (VNF) sont des entités
logicielles qui remplacent les dispositifs réseau matériels
traditionnels (comme les routeurs, les pares-feux, les
équilibreurs de charge, les passerelles de sécurité, etc.).
Chaque fonction réseau (ex. : un pare-feu virtuel ou un VPN
virtuel) est exécutée sur des ressources logicielles et des
serveurs génériques[6].
Actuellement, les VNF peuvent être implémentées dans
deux types d'environnements. Le premier est
l'environnement VM, proposé par des technologies de
virtualisation telles que VMware, KVM, XEN, Hyper-V,
etc. Le second est l'environnement conteneur, proposé par
exemple par Docker. Une VM offre un environnement
dupliqué isolé d'un ordinateur réel pour l'exécution des
VNF, tandis qu'un conteneur ne comprend que les éléments
nécessaires à leur exécution[7].
a)
•
•
XXX-X-XXXX-XXXX-X/XX/$XX.00 ©20XX IEEE
Exemples de VNF :
VNF de routage : Exécute des fonctions de routage
sur un serveur virtualisé.
VNF de pare-feu : Fournit des services de filtrage
de paquets de manière logicielle.
•
VNF d’équilibrage de charge : Gère la distribution
de trafic réseau sur plusieurs serveurs.
2) NFV Infrastructure (NFVI)
L’Infrastructure NFV (NFVI) est l’ensemble des
ressources matérielles et logicielles nécessaires pour
exécuter les VNFs. Cela comprend le matériel sous-jacent,
les hyperviseurs, et les réseaux de virtualisation[6].
a)
•
•
•
Composants de NFVI :
Ressources matérielles : Serveurs, équipements de
stockage, réseaux physiques (tels que les switches
et les routeurs).
Plateformes de virtualisation : Les hyperviseurs qui
permettent l’exécution de machines virtuelles
(VM) sur les serveurs physiques (par exemple,
VMware, KVM, Xen).
Réseaux virtualisés : Réseaux SDN (Software
Defined Networking) qui fournissent un contrôle
logiciel du réseau et facilitent la communication
entre les VNFs[8].
3) Orchestration et gestion des VNFs (MANO)
Le MANO (Management and Orchestration) est une
couche logicielle essentielle qui assure la gestion,
l’orchestration et le déploiement des VNFs au sein de
l’infrastructure NFV.
a)
•
•
•
Composants du MANO :
NFV Orchestrator (NFVO) : Orchestrateur qui
coordonne le déploiement, l’allocation des
ressources et la gestion du cycle de vie des VNFs à
travers toute l’infrastructure NFV.
VNF Manager (VNFM) : Responsable de la
gestion spécifique des VNFs, y compris
l’activation, la configuration, la surveillance et la
mise à jour des VNFs.
Element Management System (EMS) : Système de
gestion qui supervise et contrôle des aspects
spécifiques de certains VNFs, comme la
configuration et les diagnostics[1].
qui sont utilisés pour héberger des machines virtuelles ou
des containers dans lesquels les VNFs s’exécutent.
a) Serveurs physiques : Des serveurs de grande
capacité qui offrent des ressources de calcul et de stockage
aux VNFs.
b) Hyperviseurs : Les hyperviseurs (comme KVM,
VMware ou Xen) sont utilisés pour partitionner les serveurs
physiques en machines virtuelles, permettant à chaque VNF
de s’exécuter dans son propre environnement isolé[8].
Figure 2. Hyperviseur qui permet la subdivision d'un
serveur en plusieurs machines virtuelles
2) Réseau virtuel
L’une des pierres angulaires de NFV est la virtualisation
du réseau. Les réseaux physiques (câbles, commutateurs)
sont remplacés par des réseaux virtuels définis par logiciel
(SDN). Les VNFs peuvent interagir entre eux via ces
réseaux virtualisés, ce qui permet d’adapter les
performances du réseau de manière dynamique.
C.
Processus de gestion de l’infrastructure NFV
•
Provisioning : Le processus de mise en place des
ressources et des VNFs au sein de l’infrastructure
NFV.
Orchestration : L’orchestration permet de
coordonner le déploiement, la mise à jour et la
gestion du cycle de vie des VNFs à travers
l’infrastructure. Le NFV Orchestrator veille à ce
que les ressources nécessaires soient allouées aux
VNFs.
Monitoring : La surveillance continue de la
performance, de l’intégrité et de la capacité des
VNFs et de l’infrastructure NFV. Cela inclut la
gestion de la charge du serveur, l’utilisation du
réseau et la capacité de stockage.
Scaling: L’ajustement dynamique des ressources
pour répondre à la demande en fonction des
conditions du réseau ou de la charge d’un VNF.
Fault Management : Gestion des erreurs et
défaillances au niveau des VNFs et des ressources
d’infrastructure[1].
•
•
4) Système de soutien aux opérations/Système de soutien
aux entreprises système (OSS/BSS)
Les OSS/BSS fournissent un système de gestion qui aide
les fournisseurs de services à déployer et à gérer des
services réseau de bout en bout. Ils sont liés à la commande,
à la facturation, au renouvellement et au dépannage des
services. Les informations nécessaires à l'OSS sont fournies
par les EMS.
B. Infrastructure sous-jacente NFV
1) Serveurs physiques et virtualisés
Les ressources matérielles sous-jacentes de
l’infrastructure NFV sont constituées de serveurs génériques
•
•
D.
Avantages de l’Infrastructure NFV
•
Performance : La performance des VNFs peut être
affectée par les limitations des ressources
matérielles et des hyperviseurs.
Gestion de la complexité : L’orchestration et la
gestion de plusieurs VNFs et ressources peuvent
devenir complexes à mesure que l’infrastructure
s’étend.
•
IV. AVANTAGES DU NFV
La virtualisation des fonctions réseaux présentent
quelques avantages par rapport à la méthode traditionnelle :
• Agilité et flexibilité : NFV permet un déploiement
rapide et flexible des services réseau en utilisant des
serveurs standardisés et des technologies de
virtualisation.
• Réduction des coûts : En utilisant des ressources
matérielles génériques et des plateformes virtualisées,
les opérateurs peuvent réduire les coûts
d’infrastructure.
• Scalabilité : Il est facile d’augmenter ou de réduire la
capacité des services réseau grâce à la virtualisation. À
mesure que la charge de trafic augmente, davantage de
serveurs peuvent être mis sous tension, et pendant les
périodes de faible charge de trafic, certains serveurs
peuvent être mis hors tension pour économiser
l'énergie[9].
• Automatisation : Grâce à l’orchestration et à la gestion
automatisée des VNFs, il est possible de déployer,
configurer et maintenir un réseau de manière plus
efficace et avec moins d’intervention humaine.
• Innovation rapide : L’infrastructure NFV permet aux
opérateurs de déployer rapidement de nouvelles
fonctionnalités ou services sans avoir besoin de
remplacer des équipements physiques.
A. Défis de l’infrastructure NFV
a) Interopérabilité :
Assurer
que
différents
fournisseurs et plateformes de virtualisation peuvent
fonctionner ensemble de manière cohérente.
b) Sécurité : La virtualisation introduit des
préoccupations de sécurité supplémentaires, telles que la
protection des données et l’isolement des VNFs.
V. RELATION DU NFV AVEC SDN (SOFTWAREDEFINED NETWORKING)
Les réseaux sont traditionnellement constitués de
commutateurs et de routeurs matériels (ou virtualisés grâce
au NFV) qui prennent des décisions de transfert en fonction
des résultats d'un protocole distribué tel que OSPF (Open
Shortest Path First) et BGP (Border Gateway Protocol). Si
cette approche décentralisée offre résilience et
performances, elle limite également les décisions de
transfert à des critères simples, tels que le nombre de sauts
sur un chemin[10].
Le trafic circulant sur les réseaux devenant de plus en
plus hétérogène, les opérateurs réseau souhaitent désormais
acheminer le trafic au niveau du flux, permettant ainsi de
différencier les flux selon des critères plus sélectifs tels que
la source et/ou la destination, le protocole utilisé, voire le
contenu des paquets. Les SDN ont permis cette forme de
gestion du trafic en divisant le réseau en un plan de contrôle
intelligent et un plan de données simple. Au lieu d'utiliser
des algorithmes de sélection de route distribués, les
commutateurs se contentent de transférer rapidement les
paquets. Les routeurs et les commutateurs du plan de
données apprennent à acheminer les paquets en contactant
un plan de contrôle logiquement centralisé (Contrôleur
SDN), qui peut être interrogé pour déterminer le saut suivant
pour tout flux de paquets[10].
Le SDN offre donc une solution pour réduire les coûts
de développement des logiciels exécutés sur les processeurs
de routage des commutateurs/routeurs. La NFV offre une
solution pour réduire les coûts de développement matériel
des commutateurs/routeurs[9]. La NFV et le SDN sont donc
étroitement liés et hautement complémentaires. La NFV
peut servir le SDN en virtualisant le contrôleur SDN
(considéré comme une fonction réseau) pour une exécution
dans le cloud, permettant ainsi une migration dynamique des
contrôleurs vers des emplacements optimaux. De son côté,
le SDN sert la NFV en fournissant une connectivité réseau
programmable entre les VNF afin d'optimiser l'ingénierie et
le pilotage du trafic[2].
VI. SECURITE DANS LE NFV
Dans ces temps modernes, l'usage de n'importe quelle
technologie se heurte à un problème de taille : "la sécurité".
Le NFV n'échappe pas à cette réalité. En effet, la sécurité et
le management des logiciels sont les plus grands défis du
NFV[3].
Pour ne pas trop charger ce résumé, nous allons couvrir
seulement deux attaques qui peuvent être faites sur le NFV.
Pour le reste, l’article [11] fait une analyse approfondie des
menaces courantes afin de construire une taxonomie des
menaces spécifiques à chaque couche NFV. L’article [12]
aborde les risques de sécurité potentiels associes à la NFVI,
en considérant quelques scenarios d’attaque potentiels. Il
met aussi en lumière les meilleures pratiques de sécurité à
suivre pour améliorer sensiblement la protection contre ces
menaces[12].
A. DENIAL OF SERVICE (DoS) PROTECTION
FAILURE
Les attaques DoS peuvent cibler les réseaux virtuels ou
les interfaces publiques des VNF afin d'épuiser les
ressources réseau et d'affecter la disponibilité des services.
Un volume de trafic important provenant d'une VNF
compromise peut être généré et transmis à d'autres VNF
fonctionnant sur le même hyperviseur, voire sur des
hyperviseurs différents. De même, certaines applications
VNF peuvent consommer des ressources CPU, disque dur et
mémoire importantes afin d'épuiser l'hyperviseur[12].
B. ATTAQUE CONTRE LE PLAN DE GESTION ET DE
CONTRÔLE
Le plan de gestion et de contrôle NFV est considéré
comme le cerveau de toutes les opérations, y compris la
création, la configuration, la gestion, la fourniture et la
surveillance des services réseau VNF. Cependant, ce plan de
gestion et de contrôle pourrait devenir un point de
défaillance unique et une cible d'attaque attrayante. Ainsi,
toute opération compromise peut entraîner la défaillance de
l'ensemble du système ou avoir un impact plus large sur le
réseau. Par exemple, si les attaquants parviennent à accéder
au point de contrôle, ils contrôlent l'ensemble des services
réseau. Ils peuvent librement reconfigurer les services
réseau, perturber le cheminement des données, surveiller les
transactions de données et acquérir les informations
confidentielles et sensibles des victimes[11].
CONCLUSION
L’infrastructure NFV est un changement majeur dans la
façon dont les opérateurs et les fournisseurs de services
gèrent les fonctions réseau. En virtualisant les fonctions
réseau sur des serveurs génériques, NFV permet des
économies de coûts, une agilité accrue, une plus grande
flexibilité et une meilleure efficacité dans l’utilisation des
ressources. Cependant, elle présente également des défis en
termes de gestion, de sécurité et de performance qui doivent
être soigneusement abordés pour tirer pleinement parti de
ses avantages.
REFERENCES
[1]
[2]
[3]
[4]
[5]
[6]
D. Cotroneo et al., “Network Function Virtualization:
Challenges and Directions for Reliability Assurance,”
in 2014 IEEE International Symposium on Software
Reliability Engineering Workshops, Naples, Italy:
IEEE, Nov. 2014, pp. 37–42. doi:
10.1109/ISSREW.2014.48.
Yong Li and Min Chen, “Software-Defined Network
Function Virtualization: A Survey,” IEEE Access, vol.
3, pp. 2542–2553, 2015, doi:
10.1109/ACCESS.2015.2499271.
W. Yang and C. Fung, “A survey on security in
network functions virtualization,” in 2016 IEEE
NetSoft Conference and Workshops (NetSoft), Seoul,
South Korea: IEEE, Jun. 2016, pp. 15–19. doi:
10.1109/NETSOFT.2016.7502434.
M. Daghmehchi Firoozjaei, J. (Paul) Jeong, H. Ko,
and H. Kim, “Security challenges with network
functions virtualization,” Future Gener. Comput.
Syst., vol. 67, pp. 315–324, Feb. 2017, doi:
10.1016/j.future.2016.07.002.
G. Mirjalily and Z. Luo, “Optimal Network Function
Virtualization and Service Function Chaining: A
Survey,” Chin. J. Electron., vol. 27, no. 4, pp. 704–
717, Jul. 2018, doi: 10.1049/cje.2018.05.008.
R. Mijumbi, J. Serrat, J. L. Gorricho, N. Bouten, F. D.
Turck, and R. Boutaba, “Network Function
Virtualization: State-of-the-art and Research
Challenges,” IEEE Commun. Surv. Tutor., vol. 18, no.
1, pp. 236–262, 2016, doi:
10.1109/COMST.2015.2477041.
[7] B. Yi, X. Wang, K. Li, S. K. Das, and M. Huang, “A
comprehensive survey of Network Function
Virtualization,” Comput. Netw., vol. 133, pp. 212–
262, Mar. 2018, doi: 10.1016/j.comnet.2018.01.021.
[8] I. F. Akyildiz, S.-C. Lin, and P. Wang, “Wireless
software-defined networks (W-SDNs) and network
function virtualization (NFV) for 5G cellular systems:
An overview and qualitative evaluation,” Comput.
Netw., vol. 93, pp. 66–79, Dec. 2015, doi:
10.1016/j.comnet.2015.10.013.
[9] M. Veeraraghavan, T. Sato, M. Buchanan, R. Rahimi,
S. Okamoto, and N. Yamanaka, “Network Function
Virtualization: A Survey,” IEICE Trans. Commun.,
vol. E100.B, no. 11, pp. 1978–1991, 2017, doi:
10.1587/transcom.2016NNI0001.
[10] T. Wood, K. K. Ramakrishnan, J. Hwang, G. Liu, and
W. Zhang, “Toward a software-based network:
integrating software defined networking and network
function virtualization,” IEEE Netw., vol. 29, no. 3,
pp. 36–41, May 2015, doi:
10.1109/MNET.2015.7113223.
[11] M. Pattaranantakul, R. He, Q. Song, Z. Zhang, and A.
Meddahi, “NFV Security Survey: From Use Case
Driven Threat Analysis to State-of-the-Art
Countermeasures,” IEEE Commun. Surv. Tutor., vol.
20, no. 4, pp. 3330–3368, 2018, doi:
10.1109/COMST.2018.2859449.
[12] S. Lal, T. Taleb, and A. Dutta, “NFV: Security Threats
and Best Practices,” IEEE Commun. Mag., vol. 55,
no. 8, pp. 211–217, Aug. 2017, doi:
10.1109/MCOM.2017.1600899.