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1 .. _opnfv-overview:
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3 .. This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
4 .. SPDX-License-Identifier: CC-BY-4.0
5 .. (c) Open Platform for NFV Project, Inc. and its contributors
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7 =================
8 Platform overview
9 =================
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11 Introduction
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14 Network Functions Virtualization (NFV) is transforming the networking industry via
15 software-defined infrastructures and open source is the proven method for quickly developing
16 software for commercial products and services that can move markets.
17 Open Platform for NFV (OPNFV) facilitates the development and evolution of NFV
18 components across various open source ecosystems. Through system level integration,
19 deployment and testing, OPNFV constructs a reference NFV platform to accelerate the
20 transformation of enterprise and service provider networks.
21 As an open source project, OPNFV is uniquely positioned to bring together the work
22 of standards bodies, open source communities, service providers and commercial suppliers to deliver
23 a de facto NFV platform for the industry.
24
25 By integrating components from upstream projects, the community is able to conduct performance
26 and use case-based testing on a variety of solutions to ensure the platform’s suitability for
27 NFV use cases. OPNFV also works upstream with other open source communities to bring contributions
28 and learnings from its work directly to those communities in the form of blueprints, patches, bugs,
29 and new code.
30
31 OPNFV focuses on building NFV Infrastructure (NFVI) and Virtualized Infrastructure Management (VIM) by
32 integrating components from upstream projects such as OpenDaylight, OVN, OpenStack, Kubernetes,
33 Ceph Storage, KVM, Open vSwitch, Linux, DPDK, FD.io and ODP. OPNFV- is able to run on both Intel and
34 ARM commercial and white-box hardware, support VM, Container and BareMetal workloads.
35
36 These capabilities, along with application programmable interfaces (APIs) to other NFV
37 elements, form the basic infrastructure required for Virtualized Network Functions (VNF)
38 and MANO components.
39
40 Concentrating on these components while also considering proposed projects on additional
41 topics (such as the MANO components and applications themselves), OPNFV aims to enhance
42 NFV services by increasing performance and power efficiency improving reliability,
43 availability and serviceability, and delivering comprehensive platform instrumentation.
44
45
46 OPNFV Platform Architecture
47 ===========================
48
49 The OPNFV project addresses a number of aspects in the development of a consistent virtualisation
50 platform including common hardware requirements, software architecture, MANO and applications.
51
52
53 OPNFV Platform Overview Diagram
54
55 .. image:: ../images/gambia.png
56    :alt: Overview infographic of the opnfv platform and projects.
57
58
59 To address these areas effectively, the OPNFV platform architecture can be decomposed
60 into the following basic building blocks:
61
62 * Hardware: Infrastructure working group, Pharos project and associated activities
63 * Software Platform: Platform integration and deployment projects
64 * MANO: MANO working group and associated projects
65 * Tooling and testing: Testing working group and test projects
66 * Applications: All other areas and drive requirements for OPNFV
67
68 OPNFV Lab Infrastructure
69 ========================
70
71 The infrastructure working group oversees such topics as lab management, workflow,
72 definitions, metrics and tools for OPNFV infrastructure.
73
74 Fundamental to the WG is the
75 `Pharos Specification <https://wiki.opnfv.org/display/pharos/Pharos+Specification>`_
76 which provides a set of defined lab infrastructures over a geographically and technically
77 diverse federated global OPNFV lab.
78
79 Labs may instantiate bare-metal and virtual environments that are accessed remotely by the
80 community and used for OPNFV platform and feature development, build, deploy and testing.
81 No two labs are the same and the heterogeneity of the Pharos environment provides the ideal
82 platform for establishing hardware and software abstractions providing well understood
83 performance characteristics.
84
85 Community labs are hosted by OPNFV member companies on a voluntary basis.
86 The Linux Foundation also hosts an OPNFV lab that provides centralized CI
87 and other production resources which are linked to community labs.
88
89 The Lab-as-a-service (LaaS) offering provides developers to readily access NFV infrastructure on demand.
90 Ongoing lab capabilities will include the ability easily automate deploy and test of any OPNFV install
91 scenario in any lab environment using a concept called “Dynamic CI”.
92
93 OPNFV Software Platform Architecture
94 ====================================
95
96 The OPNFV software platform is comprised exclusively of open source implementations of
97 platform component pieces.  OPNFV is able to draw from the rich ecosystem of NFV related
98 technologies available in open source communities, and then integrate, test, measure and improve these
99 components in conjunction with our upstream communities.
100
101 ---------------------------------
102 Virtual Infrastructure Management
103 ---------------------------------
104
105 OPNFV derives its Virtual Infrastructure Management from OpenStack and Kubernetes. OpenStack provides a
106 complete reference cloud management system and associated technologies. While the OpenStack community
107 sustains a broad set of projects, not all technologies are relevant in the NFV domain, the OPNFV community
108 consumes a sub-set of OpenStack projects and the usage and composition may vary depending on the installer and scenario.
109 Additionally, OPNFV also uses Kubernetes, the popular Container Orchestration Engine. Kubernetes is intended to be a VIM for
110 Cloud Native Network Functions (CNFs).
111
112 For details on the scenarios available in OPNFV and the specific composition of components
113 refer to the :ref:`OPNFV User Guide & Configuration Guide <opnfv-user-config>`.
114
115 -----------------
116 Operating Systems
117 -----------------
118
119 OPNFV currently uses Linux on all target machines, this can include Ubuntu, Centos or SUSE Linux. The
120 specific version of Linux used for any deployment is documented in the installation guide.
121
122 Networking Technologies
123 =======================
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125 ---------------
126 SDN Controllers
127 ---------------
128 OPNFV, as an NFV focused project, has a significant investment on networking technologies
129 and provides a broad variety of integrated open source reference solutions.  The diversity
130 of controllers able to be used in OPNFV is supported by a similarly diverse set of
131 forwarding technologies.
132
133 There are many SDN controllers available today relevant to virtual environments
134 where the OPNFV community supports and contributes to a number of these.  The controllers
135 being worked on by the community during this release of OPNFV include:
136
137 * Neutron: an OpenStack project to provide “network connectivity as a service” between
138   interface devices (e.g., vNICs) managed by other OpenStack services (e.g. Nova).
139 * OpenDaylight: addresses multivendor, traditional and greenfield networks, establishing the
140   industry’s de facto SDN platform and providing the foundation for networks of the future.
141 * OVN: A virtual networking solution developed by the same team that created OVS. OVN stands for
142   Open Virtual Networking and is dissimilar from the above projects in that it focuses only on overlay networks.
143
144 ----------
145 Data Plane
146 ----------
147 OPNFV extends Linux virtual networking capabilities by using virtual switching
148 and routing components. The OPNFV community proactively engages with the following open source
149 communities to address performance, scale and resiliency needs apparent in carrier
150 networks.
151
152 * OVS (Open vSwitch): a production quality, multilayer virtual switch designed to enable massive
153   network automation through programmatic extension, while still supporting standard management interfaces and protocols.
154 * FD.io (Fast data - Input/Output): a high performance alternative to Open vSwitch, the core engine of
155   FD.io is a vector processing engine (VPP). VPP processes a number of packets in parallel instead of one at
156   a time thus significantly improving packet throughput.
157 * DPDK:  a set of libraries that bypass the kernel and provide polling mechanisms, instead of interrupt based operations,
158   to speed up packet processing. DPDK works with both OVS and FD.io.
159
160 ----
161 MANO
162 ----
163 OPNFV integrates open source MANO projects for NFV orchestration and VNF management. New MANO projects are constantly being added.
164
165 Deployment Architecture
166 =======================
167
168 A typical OPNFV deployment starts with three controller nodes running in a high availability
169 configuration including control plane components from OpenStack, SDN controllers, etc. and a minimum
170 of two compute nodes for deployment of workloads (VNFs).
171 A detailed description of the hardware requirements required to support the 5 node configuration
172 can be found in pharos specification: `Pharos Project <https://www.opnfv.org/developers/pharos>`_
173
174 In addition to the deployment on a highly available physical infrastructure, OPNFV can be
175 deployed for development and lab purposes in a virtual environment.  In this case each of the hosts
176 is provided by a virtual machine and allows control and workload placement using nested virtualization.
177
178 The initial deployment is done using a staging server, referred to as the "jumphost".
179 This server-either physical or virtual-is first installed with the installation program
180 that then installs OpenStack and other components on the controller nodes and compute nodes.
181 See the :ref:`OPNFV User Guide & Configuration Guide <opnfv-user-config>` for more details.
182
183
184 The OPNFV Testing Ecosystem
185 ===========================
186
187 The OPNFV community has set out to address the needs of virtualization in the carrier
188 network and as such platform validation and measurements are a cornerstone to the
189 iterative releases and objectives.
190
191 To simplify the complex task of feature, component and platform validation and characterization
192 the testing community has established a fully automated method for addressing all key areas of
193 platform validation. This required the integration of a variety of testing frameworks in our CI
194 systems, real time and automated analysis of results, storage and publication of key facts for
195 each run as shown in the following diagram.
196
197 .. image:: ../images/OPNFV_testing_working_group.png
198   :alt: Overview infographic of the OPNFV testing Ecosystem
199
200 Release Verification
201 ====================
202
203 The OPNFV community relies on its testing community to establish release criteria for each OPNFV
204 release. With each release cycle the testing criteria become more stringent and better representative
205 of our feature and resiliency requirements. Each release establishes a set of deployment scenarios to validate,
206 the testing infrastructure and test suites need to accommodate these features and capabilities.
207
208 The release criteria as established by the testing teams include passing a set of test cases
209 derived from the functional testing project ‘functest,’ a set of test cases derived from our
210 platform system and performance test project ‘yardstick,’ and a selection of test cases for
211 feature capabilities derived from other test projects such as bottlenecks, vsperf, cperf and
212 storperf. The scenario needs to be able to be deployed, pass these tests, and be removed from
213 the infrastructure iteratively in order to fulfill the release criteria.
214
215 --------
216 Functest
217 --------
218 Functest provides a functional testing framework incorporating a number of test suites
219 and test cases that test and verify OPNFV platform functionality.
220 The scope of Functest and relevant test cases can be found in the :ref:`Functest User Guide <functest-userguide>`
221
222 Functest provides both feature project and component test suite integration, leveraging
223 OpenStack and SDN controllers testing frameworks to verify the key components of the OPNFV
224 platform are running successfully.
225
226 ---------
227 Yardstick
228 ---------
229 Yardstick is a testing project for verifying the infrastructure compliance when running VNF applications.
230 Yardstick benchmarks a number of characteristics and performance vectors on the infrastructure making it
231 a valuable pre-deployment NFVI testing tools.
232
233 Yardstick provides a flexible testing framework for launching other OPNFV testing projects.
234
235 There are two types of test cases in Yardstick:
236
237 * Yardstick generic test cases and OPNFV feature test cases;
238   including basic characteristics benchmarking in compute/storage/network area.
239 * OPNFV feature test cases include basic telecom feature testing from OPNFV projects;
240   for example nfv-kvm, sfc, ipv6, Parser, Availability and SDN VPN
241
242 With the addition of the Network Service Benchmarking (NSB) initiative, it is possible to use Yardstick NSB
243 for benchmarking the performance of VNFs and Network Services.
244
245 System Evaluation and compliance testing
246 ========================================
247
248 The OPNFV community is developing a set of test suites intended to evaluate a set of reference
249 behaviors and capabilities for NFV systems developed externally from the OPNFV ecosystem to
250 evaluate and measure their ability to provide the features and capabilities developed in the
251 OPNFV ecosystem.
252
253 The Dovetail project provides a test framework and methodology able to be used on any NFV platform,
254 including an agreed set of test cases establishing an evaluation criteria for exercising
255 an OPNFV compatible system.
256
257 Additional Testing
258 ==================
259
260 Besides the test suites and cases for release verification, additional testing is performed to validate
261 specific features or characteristics of the OPNFV platform.
262 These testing framework and test cases may include some specific needs; such as extended measurements,
263 additional testing stimuli, or tests simulating environmental disturbances or failures.
264
265 These additional testing activities provide a more complete evaluation of the OPNFV platform.
266 Some of the projects focused on these testing areas include:
267
268 -----------
269 Bottlenecks
270 -----------
271 Bottlenecks provides a framework to find system limitations and bottlenecks, providing
272 root cause isolation capabilities to facilitate system evaluation.
273
274 --------
275 NFVBench
276 --------
277 NFVbench is a lightweight end-to-end dataplane benchmarking framework project.
278 It includes traffic generator(s) and measures a number of packet performance related metrics.
279
280 ----
281 QTIP
282 ----
283 QTIP boils down NFVI compute and storage performance into one single metric for easy comparison.
284 QTIP crunches these numbers based on five different categories of compute metrics and relies on
285 Storperf for storage metrics.
286
287 --------
288 Storperf
289 --------
290 Storperf measures the performance of external block storage. The goal of this project is
291 to provide a report based on SNIA’s (Storage Networking Industry Association) Performance Test Specification.
292
293 ------
294 VSPERF
295 ------
296 VSPERF provides an automated test-framework and comprehensive test suite for measuring data-plane
297 performance of the NFVI including switching technology, physical and virtual network interfaces.
298 The provided test cases with network topologies can be customized while also allowing individual
299 versions of Operating System, vSwitch and hypervisor to be specified.
300
301
302
303
304 .. _`OPNFV Configuration Guide`: `OPNFV User Guide & Configuration Guide`
305 .. _`OPNFV User Guide`: `OPNFV User Guide & Configuration Guide`
306 .. _`Dovetail project`: https://wiki.opnfv.org/display/dovetail