这篇文章最初发表在 Mellanox 博客上。
无线运营商多年来一直在大肆宣传下一代 5G 蜂窝技术，但它的现实肯定会在今年开始推广。无线网络总是在不断发展。但这不仅仅是手机升级。 5G 不仅提高了速度，还增强了延迟。这极大地提高了响应能力，为无线技术开辟了新的功能，如替代传统的家庭互联网服务，推动自动驾驶汽车，以及物联网（ IoT ）的新可能性。
推动 5G 技术采用的主要市场趋势
人们对每秒千兆字节移动设备性能的需求极大地改变了人们在云中的工作和交互方式。与 4G LTE 相比， 5G 有望提供显著增强的性能。这包括无限的连接性、更高的带宽、更低的延迟、更高的可靠性和更快的移动性。以下关键技术推动了性能要求：
- 需要超可靠、高带宽和低延迟通信的自驾汽车和任务关键型虚拟医疗服务。
- 为智能工厂、智能家庭和智能社区提供物联网和机器通信，从而成倍增加互联网连接数量。
- 人工智能、虚拟现实（ VR ）、增强现实（ AR ）和无人驾驶飞机等新兴技术改变了人类与机器以及相互之间的交互方式。对于那些认为基于无人机的服务不现实的人来说，中国在线零售商京东今天在中国大陆推出了使用无人机的购物套餐。
- 视频流量的持续大规模增长需要提高网络效率、更快的性能和改善网络延迟。
分析人士预测，服务提供商可以在基于消费者的媒体和娱乐、自动驾驶汽车、智能城市、医疗保健和自动化工厂等领域快速实现新 5G 服务的货币化。
5G 服务的预期时间
在谈论 5G 多年之后，电信运营商——最具影响力的参与者——开始推出 5G 服务。根据 Figure Wireless 的数据，分析公司 CCS I NSight s 目前预计，到 2021 年， 5G 连接将接近 2 . 8 亿个，比 2017 年 10 月forecast增长 25% 。此外，预计到 2023 年年中， 5G 连接将达到 10 亿马克，到 2025 年将达到 27 亿马克（占世界人口的三分之一！）。
F5 Networks 最近announced推出了一些新的解决方案和增强功能，旨在允许服务提供商推出 5G 服务。其中包括对其网络功能虚拟化（ NFV ）产品的改进，可实现现有 4G LTE 和新 5G 网络的优化和扩展。这些 F5 解决方案采用基于 NVIDIA 以太网技术的高性能网络，包括 100G 网络适配器、交换机和电缆。
F5 如何确保成功迁移到 5G
尽管运营商向 5G 网络的过渡似乎是一个巨大的飞跃，但好消息是，支持 5G 功能的许多 F5 解决方案和技术已经得到了很好的定义，并被全球的服务提供商和企业组织使用。谢天谢地，许多 F5 NFV 解决方案可用于优化和保护您现有的 4G LTE 网络：
- 网络功能虚拟化（ NFV ）
- L4-L7 网络服务整合
- 多址边缘计算（ MEC ）
- 自动化和编排
- 网络切片
- GPRS 隧道协议（ GTP ）安全性
- 接入网络和数据中心的物联网解决方案
- 接入网络、数据中心和云中的 DDoS 解决方案
- 入侵防御系统（ IPS ）
- Web 应用程序防火墙（ WAF ）
- 负载平衡器和应用程序流量管理器
尽快建立和运行 5G 功能有助于运营商保持其竞争优势并确保新的 5G 服务收入。与此同时，运营商必须为其客户群维护和优化现有 4G LTE 网络。因此， F5 认为，在过渡到 5G 的过程中，遵循三个关键要素是至关重要的：
- 优化您的网络：利用高性能虚拟化软件解决方案，在向 5G 过渡的同时简化和扩展现有 4G LTE 网络。
- 保护你的平台：在每一层大规模保护您的 5G 网络，防止多种威胁。
- 将新解决方案货币化：加快面向您的企业客户和消费者群的新的、引人注目的、差异化的 5G 服务的上市时间。
提供高性能和高效的网络对于实现大规模提供 5G 网络的所有要素至关重要。
基于云的技术满足 5G 网络需求
随着向高性能虚拟化和基于云的边缘、核心和数据网络的快速过渡，服务提供商可以扩展和简化其现有的 4G LTE 网络，并通过 F5 的高性能虚拟化软件解决方案发展到 5G 。
- 简化核心网络架构和操作。
- 通过将 L4-L7 网络服务集成到单个平台（可作为硬件和虚拟设备部署）来降低成本。
- MIG 使用广泛的虚拟网络功能（ VNF ）和 VNF 管理器，与 NFV 基础设施无缝连接。
- 通过 MEC 解决方案满足 5G 的延迟和高吞吐量要求。
- 支持从 4G 到 5G 的过渡和服务 MIG 配给。
- 使用自动化和编排工具简化操作并提高效率。
- 使用基于订阅的许可模式，从资本支出模式过渡到运营支出消费模式。
基于云的虚拟化技术拯救了这一天！
虽然虚拟化和基于云的技术提高了可伸缩性、灵活性和操作简单性，但它们也通过使用主机 CPU 周期来处理网络流量，造成了显著的性能损失。随着带宽增加到 25 / 40 / 50 / 100 和 200Gb / s ，这个问题变得更加严重，这会导致 CPU 消耗量增加，并导致服务器数量激增。
为了解决这一难题， F5 对旗舰 NVIDIA ConnectX 系列 SmartNIC 适配器（包括 100Gb 以太网和 DPDK 驱动程序）的 BIG-IP 虚拟版支持实现了更高的性能和更高的吞吐量。 NVIDIA 和 F5 共同提供了一个解决方案，使用优化的 DPDK 驱动程序将数据平面性能提升到近线速率，从而减少与处理数据包相关的开销。 NVIDIA 网络适配器显著提高了整个F5 大 IP VNF 组合的性能，使其近线速率达到 100Gbps 吞吐量。
ConnectX 系列网络适配器具有 200 / 100 / 50 / 25 / 10GbE 的速度和网络卸载引擎，专门用于满足 5G 基础设施升级和服务所需的极端网络带宽。使用 F5 和 NVIDIA 的服务提供商可以在相同的基础设施占地面积内获得数倍的性能，从而快速获得新 5G 服务的好处，从而最大限度地提高其 5G 网络建设的回报。
NVIDIA DPDK 技术
NVIDIA 数据平面开发工具包（ DPDK ）是一种软件加速技术，由一组软件库和驱动程序组成，可减少每次新数据包到达处理时发送的中断造成的 CPU 开销。 DPDK 实现了对新数据包的轮询过程，以及在消除 PCI 开销和保持硬件独立性的同时显著提高处理性能的关键好处。
尽管 DPDK 技术消耗了一些 CPU 周期，但 ConnectX-5 智能 NIC 为通过 DPDK 运行 VNFs 等云应用程序提供了业界最高的裸机数据包速率，达到每秒 1 . 48 亿包。 NVIDIA 是 DPDK 软件社区的积极参与者，在推动创新方面处于领先地位。
2019 年世界移动大会演示
在技术领域，眼见为实。F5 和 NVIDIA 制作了一个演示，展示了单个机架中的 400 Gbps 高性能和超高密度以太网结构，描绘了 5G 网络基础设施所需的规模和性能。几个大型 IP VNF （包括流量管理、 DDoS 、防火墙、负载平衡器等）在这个高性能以太网结构上大规模执行各自的 L4-L7 网络服务，以管理现实世界的 5G 流量。
图 2 显示了设置和配置。
本演示的重点是使用商用现货（ COTS ）硬件，通过 NVIDIA NIC 和交换机运行 BIG-IP VE ，以在今天可供购买的超高、高密度解决方案中实现 100G +吞吐量。 F5 和 NVIDIA 正在演示合格且经认证的商用解决方案的真实性能，该解决方案演示了以下内容：
- 两台服务器，带有两个双端口 100Gb ConnectX-5 SmartNIC ，用于生成流量
- NVIDIA Spe CTR um SN2010 和 SN2100 以太网交换机提供线路速率吞吐量，具有零丢包
- 两台服务器具有双端口 100Gb ConnectX-5 SmartNIC ，可实现高可用性，能够承受巨大负载并抵御攻击
- 通过连接多个 NVIDIA 100Gb NIC ，使用 DPDK 驱动程序的 400G 性能– 15% 吞吐量= 340Gbps
概括
通过加速 DPDK 数据包处理服务，您可以扩展和简化现有的 4G LTE 网络，并帮助顺利过渡到 5G 。
有关 NVIDIA 和 F5 如何解决 Linux 内核层安全问题的更多信息，请观看 GTC 2021 联合会话NGINX Web 服务器的 kTLS 硬件卸载性能基准测试。本课程演示了将 kTLS 操作卸载到 NVIDIA ConnectX-6 Dx SmartNIC 可实现的显著性能提升。
