無線運(yùn)營商多年來一直在大肆宣傳下一代 5G 蜂窩技術(shù)，但它的現(xiàn)實(shí)肯定會(huì)在今年開始推廣。無線網(wǎng)絡(luò)總是在不斷發(fā)展。但這不僅僅是手機(jī)升級(jí)。 5G 不僅提高了速度，還增強(qiáng)了延遲。這極大地提高了響應(yīng)能力，為無線技術(shù)開辟了新的功能，如替代傳統(tǒng)的家庭互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，推動(dòng)自動(dòng)駕駛汽車，以及物聯(lián)網(wǎng)（ IoT ）的新可能性。

推動(dòng) 5G 技術(shù)采用的主要市場趨勢

人們對(duì)每秒千兆字節(jié)移動(dòng)設(shè)備性能的需求極大地改變了人們在云中的工作和交互方式。與 4G LTE 相比， 5G 有望提供顯著增強(qiáng)的性能。這包括無限的連接性、更高的帶寬、更低的延遲、更高的可靠性和更快的移動(dòng)性。以下關(guān)鍵技術(shù)推動(dòng)了性能要求：

需要超可靠、高帶寬和低延遲通信的自駕汽車和任務(wù)關(guān)鍵型虛擬醫(yī)療服務(wù)。

為智能工廠、智能家庭和智能社區(qū)提供物聯(lián)網(wǎng)和機(jī)器通信，從而成倍增加互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)量。

人工智能、虛擬現(xiàn)實(shí)（ VR ）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（ AR ）和無人駕駛飛機(jī)等新興技術(shù)改變了人類與機(jī)器以及相互之間的交互方式。對(duì)于那些認(rèn)為基于無人機(jī)的服務(wù)不現(xiàn)實(shí)的人來說，中國在線零售商京東今天在中國大陸推出了使用無人機(jī)的購物套餐。

視頻流量的持續(xù)大規(guī)模增長需要提高網(wǎng)絡(luò)效率、更快的性能和改善網(wǎng)絡(luò)延遲。

分析人士預(yù)測，服務(wù)提供商可以在基于消費(fèi)者的媒體和娛樂、自動(dòng)駕駛汽車、智能城市、醫(yī)療保健和自動(dòng)化工廠等領(lǐng)域快速實(shí)現(xiàn)新 5G 服務(wù)的貨幣化。

5G 服務(wù)的預(yù)期時(shí)間

在談?wù)?5G 多年之后，電信運(yùn)營商——最具影響力的參與者——開始推出 5G 服務(wù)。根據(jù) Figure Wireless 的數(shù)據(jù)，分析公司 CCS I NSight s 目前預(yù)計(jì)，到 2021 年， 5G 連接將接近 2 。 8 億個(gè)，比 2017 年 10 月forecast增長 25% 。此外，預(yù)計(jì)到 2023 年年中， 5G 連接將達(dá)到 10 億馬克，到 2025 年將達(dá)到 27 億馬克（占世界人口的三分之一?。?。

F5 Networks 最近announced推出了一些新的解決方案和增強(qiáng)功能，旨在允許服務(wù)提供商推出 5G 服務(wù)。其中包括對(duì)其網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（ NFV ）產(chǎn)品的改進(jìn)，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有 4G LTE 和新 5G 網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和擴(kuò)展。這些 F5 解決方案采用基于 NVIDIA 以太網(wǎng)技術(shù)的高性能網(wǎng)絡(luò)，包括 100G 網(wǎng)絡(luò)適配器、交換機(jī)和電纜。

F5 如何確保成功遷移到 5G

盡管運(yùn)營商向 5G 網(wǎng)絡(luò)的過渡似乎是一個(gè)巨大的飛躍，但好消息是，支持 5G 功能的許多 F5 解決方案和技術(shù)已經(jīng)得到了很好的定義，并被全球的服務(wù)提供商和企業(yè)組織使用。謝天謝地，許多 F5 NFV 解決方案可用于優(yōu)化和保護(hù)您現(xiàn)有的 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)：

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（ NFV ）

L4-L7 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)整合

多址邊緣計(jì)算（ MEC ）

自動(dòng)化和編排

網(wǎng)絡(luò)切片

GPRS 隧道協(xié)議（ GTP ）安全性

接入網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心的物聯(lián)網(wǎng)解決方案

接入網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心和云中的 DDoS 解決方案

入侵防御系統(tǒng)（ IPS ）

Web 應(yīng)用程序防火墻（ WAF ）

負(fù)載平衡器和應(yīng)用程序流量管理器

盡快建立和運(yùn)行 5G 功能有助于運(yùn)營商保持其競爭優(yōu)勢并確保新的 5G 服務(wù)收入。與此同時(shí)，運(yùn)營商必須為其客戶群維護(hù)和優(yōu)化現(xiàn)有 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)。因此， F5 認(rèn)為，在過渡到 5G 的過程中，遵循三個(gè)關(guān)鍵要素是至關(guān)重要的：

優(yōu)化您的網(wǎng)絡(luò)：利用高性能虛擬化軟件解決方案，在向 5G 過渡的同時(shí)簡化和擴(kuò)展現(xiàn)有 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)。

保護(hù)你的平臺(tái)：在每一層大規(guī)模保護(hù)您的 5G 網(wǎng)絡(luò)，防止多種威脅。

將新解決方案貨幣化：加快面向您的企業(yè)客戶和消費(fèi)者群的新的、引人注目的、差異化的 5G 服務(wù)的上市時(shí)間。

提供高性能和高效的網(wǎng)絡(luò)對(duì)于實(shí)現(xiàn)大規(guī)模提供 5G 網(wǎng)絡(luò)的所有要素至關(guān)重要。

基于云的技術(shù)滿足 5G 網(wǎng)絡(luò)需求

隨著向高性能虛擬化和基于云的邊緣、核心和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的快速過渡，服務(wù)提供商可以擴(kuò)展和簡化其現(xiàn)有的 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)，并通過 F5 的高性能虛擬化軟件解決方案發(fā)展到 5G 。

簡化核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和操作。

通過將 L4-L7 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)集成到單個(gè)平臺(tái)（可作為硬件和虛擬設(shè)備部署）來降低成本。

MIG 使用廣泛的虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（ VNF ）和 VNF 管理器，與 NFV 基礎(chǔ)設(shè)施無縫連接。

通過 MEC 解決方案滿足 5G 的延遲和高吞吐量要求。

支持從 4G 到 5G 的過渡和服務(wù) MIG 配給。

使用自動(dòng)化和編排工具簡化操作并提高效率。

使用基于訂閱的許可模式，從資本支出模式過渡到運(yùn)營支出消費(fèi)模式。

基于云的虛擬化技術(shù)拯救了這一天！

雖然虛擬化和基于云的技術(shù)提高了可伸縮性、靈活性和操作簡單性，但它們也通過使用主機(jī) CPU 周期來處理網(wǎng)絡(luò)流量，造成了顯著的性能損失。隨著帶寬增加到 25 / 40 / 50 / 100 和 200Gb / s ，這個(gè)問題變得更加嚴(yán)重，這會(huì)導(dǎo)致 CPU 消耗量增加，并導(dǎo)致服務(wù)器數(shù)量激增。

為了解決這一難題， F5 對(duì)旗艦 NVIDIA ConnectX 系列 SmartNIC 適配器（包括 100Gb 以太網(wǎng)和 DPDK 驅(qū)動(dòng)程序）的 BIG-IP 虛擬版支持實(shí)現(xiàn)了更高的性能和更高的吞吐量。 NVIDIA 和 F5 共同提供了一個(gè)解決方案，使用優(yōu)化的 DPDK 驅(qū)動(dòng)程序?qū)?shù)據(jù)平面性能提升到近線速率，從而減少與處理數(shù)據(jù)包相關(guān)的開銷。 NVIDIA 網(wǎng)絡(luò)適配器顯著提高了整個(gè)F5 大 IP VNF 組合的性能，使其近線速率達(dá)到 100Gbps 吞吐量。

ConnectX 系列網(wǎng)絡(luò)適配器具有 200 / 100 / 50 / 25 / 10GbE 的速度和網(wǎng)絡(luò)卸載引擎，專門用于滿足 5G 基礎(chǔ)設(shè)施升級(jí)和服務(wù)所需的極端網(wǎng)絡(luò)帶寬。使用 F5 和 NVIDIA 的服務(wù)提供商可以在相同的基礎(chǔ)設(shè)施占地面積內(nèi)獲得數(shù)倍的性能，從而快速獲得新 5G 服務(wù)的好處，從而最大限度地提高其 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的回報(bào)。

NVIDIA DPDK 技術(shù)

NVIDIA 數(shù)據(jù)平面開發(fā)工具包（ DPDK ）是一種軟件加速技術(shù)，由一組軟件庫和驅(qū)動(dòng)程序組成，可減少每次新數(shù)據(jù)包到達(dá)處理時(shí)發(fā)送的中斷造成的 CPU 開銷。 DPDK 實(shí)現(xiàn)了對(duì)新數(shù)據(jù)包的輪詢過程，以及在消除 PCI 開銷和保持硬件獨(dú)立性的同時(shí)顯著提高處理性能的關(guān)鍵好處。

盡管 DPDK 技術(shù)消耗了一些 CPU 周期，但 ConnectX-5 智能 NIC 為通過 DPDK 運(yùn)行 VNFs 等云應(yīng)用程序提供了業(yè)界最高的裸機(jī)數(shù)據(jù)包速率，達(dá)到每秒 1 。 48 億包。 NVIDIA 是 DPDK 軟件社區(qū)的積極參與者，在推動(dòng)創(chuàng)新方面處于領(lǐng)先地位。

圖 1 。 DPDK 使用一組數(shù)據(jù)平面庫和驅(qū)動(dòng)程序，用于從操作系統(tǒng)內(nèi)核卸載 TCP 數(shù)據(jù)包處理，從而以 64B 的速度將消息傳遞速度提高到 148 MPPS

2019 年世界移動(dòng)大會(huì)演示

在技術(shù)領(lǐng)域，眼見為實(shí)。F5 和 NVIDIA 制作了一個(gè)演示，展示了單個(gè)機(jī)架中的 400 Gbps 高性能和超高密度以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，描繪了 5G 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施所需的規(guī)模和性能。幾個(gè)大型 IP VNF （包括流量管理、 DDoS 、防火墻、負(fù)載平衡器等）在這個(gè)高性能以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)上大規(guī)模執(zhí)行各自的 L4-L7 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以管理現(xiàn)實(shí)世界的 5G 流量。

圖 2 顯示了設(shè)置和配置。

圖 2 。 NVIDIA 和 F5 展示了 400Gbps 超高密度、高性能以太網(wǎng)結(jié)構(gòu)，顯示了 5G 網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施所需的性能。

本演示的重點(diǎn)是使用商用現(xiàn)貨（ COTS ）硬件，通過 NVIDIA NIC 和交換機(jī)運(yùn)行 BIG-IP VE ，以在今天可供購買的超高、高密度解決方案中實(shí)現(xiàn) 100G +吞吐量。 F5 和 NVIDIA 正在演示合格且經(jīng)認(rèn)證的商用解決方案的真實(shí)性能，該解決方案演示了以下內(nèi)容：

兩臺(tái)服務(wù)器，帶有兩個(gè)雙端口 100Gb ConnectX-5 SmartNIC ，用于生成流量

NVIDIA Spe CTR um SN2010 和 SN2100 以太網(wǎng)交換機(jī)提供線路速率吞吐量，具有零丟包

兩臺(tái)服務(wù)器具有雙端口 100Gb ConnectX-5 SmartNIC ，可實(shí)現(xiàn)高可用性，能夠承受巨大負(fù)載并抵御攻擊

通過連接多個(gè) NVIDIA 100Gb NIC ，使用 DPDK 驅(qū)動(dòng)程序的 400G 性能– 15% 吞吐量= 340Gbps

概括

通過加速 DPDK 數(shù)據(jù)包處理服務(wù)，您可以擴(kuò)展和簡化現(xiàn)有的 4G LTE 網(wǎng)絡(luò)，并幫助順利過渡到 5G 。

關(guān)于作者

Ash Bhalgat 是 NVIDIA 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)部門的云和電信市場開發(fā)高級(jí)總監(jiān)。他領(lǐng)導(dǎo)云和電信解決方案、技術(shù)營銷和合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)業(yè)務(wù)開發(fā)，以推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)投資組合收入和市場份額增長。

審核編輯：郭婷