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

推動 5G 技術采用的主要市場趨勢

人們對每秒千兆字節(jié)移動設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性。以下關鍵技術推動了性能要求：

需要超可靠、高帶寬和低延遲通信的自駕汽車和任務關鍵型虛擬醫(yī)療服務。

為智能工廠、智能家庭和智能社區(qū)提供物聯(lián)網(wǎng)和機器通信，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（ VR ）、增強現(xiàn)實（ AR ）和無人駕駛飛機等新興技術改變了人類與機器以及相互之間的交互方式。對于那些認為基于無人機的服務不現(xiàn)實的人來說，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)絡效率、更快的性能和改善網(wǎng)絡延遲。

分析人士預測，服務提供商可以在基于消費者的媒體和娛樂、自動駕駛汽車、智能城市、醫(yī)療保健和自動化工廠等領域快速實現(xiàn)新 5G 服務的貨幣化。

5G 服務的預期時間

在談論 5G 多年之后，電信運營商——最具影響力的參與者——開始推出 5G 服務。根據(jù) Figure Wireless 的數(shù)據(jù)，分析公司 CCS I NSight s 目前預計，到 2021 年， 5G 連接將接近 2 。 8 億個，比 2017 年 10 月forecast增長 25% 。此外，預計到 2023 年年中， 5G 連接將達到 10 億馬克，到 2025 年將達到 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功能，旨在允許服務提供商推出 5G 服務。其中包括對其網(wǎng)絡功能虛擬化（ NFV ）產(chǎn)品的改進，可實現(xiàn)現(xiàn)有 4G LTE 和新 5G 網(wǎng)絡的優(yōu)化和擴展。這些 F5 解決方案采用基于 NVIDIA 以太網(wǎng)技術的高性能網(wǎng)絡，包括 100G 網(wǎng)絡適配器、交換機和電纜。

F5 如何確保成功遷移到 5G

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

網(wǎng)絡功能虛擬化（ NFV ）

L4-L7 網(wǎng)絡服務整合

多址邊緣計算（ MEC ）

自動化和編排

網(wǎng)絡切片

GPRS 隧道協(xié)議（ GTP ）安全性

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

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

入侵防御系統(tǒng)（ IPS ）

Web 應用程序防火墻（ WAF ）

負載平衡器和應用程序流量管理器

盡快建立和運行 5G 功能有助于運營商保持其競爭優(yōu)勢并確保新的 5G 服務收入。與此同時，運營商必須為其客戶群維護和優(yōu)化現(xiàn)有 4G LTE 網(wǎng)絡。因此， F5 認為，在過渡到 5G 的過程中，遵循三個關鍵要素是至關重要的：

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

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

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

提供高性能和高效的網(wǎng)絡對于實現(xiàn)大規(guī)模提供 5G 網(wǎng)絡的所有要素至關重要。

基于云的技術滿足 5G 網(wǎng)絡需求

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)絡的快速過渡，服務提供商可以擴展和簡化其現(xiàn)有的 4G LTE 網(wǎng)絡，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)絡架構和操作。

通過將 L4-L7 網(wǎng)絡服務集成到單個平臺（可作為硬件和虛擬設備部署）來降低成本。

MIG 使用廣泛的虛擬網(wǎng)絡功能（ VNF ）和 VNF 管理器，與 NFV 基礎設施無縫連接。

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 MIG 配給。

使用自動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營支出消費模式。

基于云的虛擬化技術拯救了這一天！

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

為了解決這一難題， F5 對旗艦 NVIDIA ConnectX 系列 SmartNIC 適配器（包括 100Gb 以太網(wǎng)和 DPDK 驅(qū)動程序）的 BIG-IP 虛擬版支持實現(xiàn)了更高的性能和更高的吞吐量。 NVIDIA 和 F5 共同提供了一個解決方案，使用優(yōu)化的 DPDK 驅(qū)動程序?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)包相關的開銷。 NVIDIA 網(wǎng)絡適配器顯著提高了整個F5 大 IP VNF 組合的性能，使其近線速率達到 100Gbps 吞吐量。

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

NVIDIA DPDK 技術

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

盡管 DPDK 技術消耗了一些 CPU 周期，但 ConnectX-5 智能 NIC 為通過 DPDK 運行 VNFs 等云應用程序提供了業(yè)界最高的裸機數(shù)據(jù)包速率，達到每秒 1 。 48 億包。 NVIDIA 是 DPDK 軟件社區(qū)的積極參與者，在推動創(chuàng)新方面處于領先地位。

圖 1 。 DPDK 使用一組數(shù)據(jù)平面庫和驅(qū)動程序，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 年世界移動大會演示

在技術領域，眼見為實。F5 和 NVIDIA 制作了一個演示，展示了單個機架中的 400 Gbps 高性能和超高密度以太網(wǎng)結構，描繪了 5G 網(wǎng)絡基礎設施所需的規(guī)模和性能。幾個大型 IP VNF （包括流量管理、 DDoS 、防火墻、負載平衡器等）在這個高性能以太網(wǎng)結構上大規(guī)模執(zhí)行各自的 L4-L7 網(wǎng)絡服務，以管理現(xiàn)實世界的 5G 流量。

圖 2 顯示了設置和配置。

圖 2 。 NVIDIA 和 F5 展示了 400Gbps 超高密度、高性能以太網(wǎng)結構，顯示了 5G 網(wǎng)絡基礎設施所需的性能。

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

兩臺服務器，帶有兩個雙端口 100Gb ConnectX-5 SmartNIC ，用于生成流量

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

兩臺服務器具有雙端口 100Gb ConnectX-5 SmartNIC ，可實現(xiàn)高可用性，能夠承受巨大負載并抵御攻擊

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

概括

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

關于作者

Ash Bhalgat 是 NVIDIA 網(wǎng)絡業(yè)務部門的云和電信市場開發(fā)高級總監(jiān)。他領導云和電信解決方案、技術營銷和合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)業(yè)務開發(fā)，以推動網(wǎng)絡投資組合收入和市場份額增長。

審核編輯：郭婷