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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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8 Platform overview
9 =================
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11 Introduction
12 ============
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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 Virtualised Infrastructure
32 Management (VIM) by integrating components from upstream projects such as OpenDaylight, ONOS, OpenContrail,
33 OVN, OpenStack, Kubernetes, Ceph Storage, KVM, Open vSwitch, and Linux.
34 More recently, OPNFV has extended its portfolio of forwarding solutions to include DPDK, fd.io and ODP,
35 is able to run on both Intel and ARM commercial and white-box hardware, support VM, Container and
36 BareMetal workloads, and includes Management and Network Orchestration MANO components primarily
37 for application composition and management in the Danube release.
38
39 These capabilities, along with application programmable interfaces (APIs) to other NFV
40 elements, form the basic infrastructure required for Virtualized Network Functions (VNF)
41 and MANO components.
42
43 Concentrating on these components while also considering proposed projects on additional
44 topics (such as the MANO components and applications themselves), OPNFV aims to enhance
45 NFV services by increasing performance and power efficiency improving reliability,
46 availability and serviceability, and delivering comprehensive platform instrumentation.
47
48
49 OPNFV Platform Architecture
50 ===========================
51
52 The OPNFV project addresses a number of aspects in the development of a consistent virtualisation
53 platform including common hardware requirements, software architecture, MANO and applications.
54
55
56 OPNFV Platform Overview Diagram
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58 .. image:: ../images/diagram_euphrates.png
59    :alt: Overview infographic of the opnfv platform and projects.
60
61
62 To address these areas effectively, the OPNFV platform architecture can be decomposed
63 into the following basic building blocks:
64
65 * Hardware: Infrastructure working group, Pharos project and associated activities
66 * Software Platform: Platform integration and deployment projects
67 * MANO: MANO working group and associated projects
68 * Tooling and testing: Testing working group and test projects
69 * Applications: All other areas and drive requirements for OPNFV
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71 OPNFV Lab Infrastructure
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73
74 The infrastructure working group oversees such topics as lab management, workflow,
75 definitions, metrics and tools for OPNFV infrastructure.
76
77 Fundamental to the WG is the
78 `Pharos Specification <https://wiki.opnfv.org/display/pharos/Pharos+Specification>`_
79 which provides a set of defined lab infrastructures over a geographically and technically
80 diverse federated global OPNFV lab.
81
82 Labs may instantiate bare-metal and virtual environments that are accessed remotely by the
83 community and used for OPNFV platform and feature development, build, deploy and testing.
84 No two labs are the same and the heterogeneity of the Pharos environment provides the ideal
85 platform for establishing hardware and software abstractions providing well understood
86 performance characteristics.
87
88 Community labs are hosted by OPNFV member companies on a voluntary basis.
89 The Linux Foundation also hosts an OPNFV lab that provides centralized CI
90 and other production resources which are linked to community labs.
91 Future lab capabilities will include the ability easily automate deploy and test of any
92 OPNFV install scenario in any lab environment as well as on a nested "lab as a service"
93 virtual infrastructure.
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95 OPNFV Software Platform Architecture
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98 The OPNFV software platform is comprised exclusively of open source implementations of
99 platform component pieces.  OPNFV is able to draw from the rich ecosystem of NFV related
100 technologies available in open source communities, and then integrate, test, measure and improve these
101 components in conjunction with our upstream communities.
102
103 ---------------------------------
104 Virtual Infrastructure Management
105 ---------------------------------
106
107 OPNFV derives it's virtual infrastructure management from one of our largest upstream ecosystems
108 OpenStack.  OpenStack provides a complete reference cloud management system and associated technologies.
109 While the OpenStack community sustains a broad set of projects, not all technologies are relevant in
110 the NFV domain, the OPNFV community consumes a sub-set of OpenStack projects and the usage and
111 composition may vary depending on the installer and scenario.
112
113 For details on the scenarios available in OPNFV and the specific composition of components
114 refer to the :ref:`OPNFV User Guide & Configuration Guide <opnfv-user-config>`.
115
116 OPNFV now also has initial support for containerized VNFs.
117
118 -----------------
119 Operating Systems
120 -----------------
121
122 OPNFV currently uses Linux on all target machines, this can include Ubuntu, Centos or SUSE Linux. The
123 specific version of Linux used for any deployment is documented in the installation guide.
124
125 -----------------------
126 Networking Technologies
127 -----------------------
128
129 SDN Controllers
130 ---------------
131
132 OPNFV, as an NFV focused project, has a significant investment on networking technologies
133 and provides a broad variety of integrated open source reference solutions.  The diversity
134 of controllers able to be used in OPNFV is supported by a similarly diverse set of
135 forwarding technologies.
136
137 There are many SDN controllers available today relevant to virtual environments
138 where the OPNFV community supports and contributes to a number of these.  The controllers
139 being worked on by the community during this release of OPNFV include:
140
141 * Neutron: an OpenStack project to provide “network connectivity as a service” between
142   interface devices (e.g., vNICs) managed by other OpenStack services (e.g. Nova).
143 * OpenDaylight: addresses multivendor, traditional and greenfield networks, establishing the
144   industry’s de facto SDN platform and providing the foundation for networks of the future.
145 * OpenContrail: An open source SDN controller designed for cloud and NFV use cases. It has an
146   analytics engine, well defined northbound REST APIs to configure and gather ops/analytics data.
147 * OVN: A virtual networking solution developed by the same team that created OVS. OVN stands for
148   Open Virtual Networking and is dissimilar from the above projects in that it focuses only on overlay networks.
149
150
151 Data Plane
152 ----------
153
154 OPNFV extends Linux virtual networking capabilities by using virtual switching
155 and routing components. The OPNFV community proactively engages with the following open source
156 communities to address performance, scale and resiliency needs apparent in carrier
157 networks.
158
159 * OVS (Open vSwitch): a production quality, multilayer virtual switch designed to enable massive
160   network automation through programmatic extension, while still supporting standard management interfaces and protocols.
161 * FD.io (Fast data - Input/Output): a high performance alternative to Open vSwitch, the core engine of
162   FD.io is a vector processing engine (VPP). VPP processes a number of packets in parallel instead of one at
163   a time thus significantly improving packet throughput.
164 * DPDK:  a set of libraries that bypass the kernel and provide polling mechanisms, instead of interrupt based operations,
165   to speed up packet processing. DPDK works with both OVS and FD.io.
166
167 MANO
168 ----
169
170 OPNFV integrates open source MANO projects for NFV orchestration and VNF management.
171 New MANO projects are constantly being added, currently OPNFV integrates:
172 * OpenBaton: Open Baton is a ETSI NFV compliant Management and Orchestration (MANO) Framework.
173   It enables virtual Network Services deployments on top of heterogeneous NFV Infrastructures.
174   OpenBaton is also used to deploy vIMS (clearwater and openIMS).
175
176
177 Deployment Architecture
178 =======================
179
180 A typical OPNFV deployment starts with three controller nodes running in a high availability
181 configuration including control plane components from OpenStack, SDN controllers, etc. and a minimum
182 of two compute nodes for deployment of workloads (VNFs).
183 A detailed description of the hardware requirements required to support the 5 node configuration
184 can be found in pharos specification: `Pharos Project <https://www.opnfv.org/developers/pharos>`_
185
186 In addition to the deployment on a highly available physical infrastructure, OPNFV can be
187 deployed for development and lab purposes in a virtual environment.  In this case each of the hosts
188 is provided by a virtual machine and allows control and workload placement using nested virtualization.
189
190 The initial deployment is done using a staging server, referred to as the "jumphost".
191 This server-either physical or virtual-is first installed with the installation program
192 that then installs OpenStack and other components on the controller nodes and compute nodes.
193 See the :ref:`OPNFV User Guide & Configuration Guide <opnfv-user-config>` for more details.
194
195
196 The OPNFV Testing Ecosystem
197 ===========================
198
199 The OPNFV community has set out to address the needs of virtualization in the carrier
200 network and as such platform validation and measurements are a cornerstone to the
201 iterative releases and objectives.
202
203 To simplify the complex task of feature, component and platform validation and characterization
204 the testing community has established a fully automated method for addressing all key areas of
205 platform validation. This required the integration of a variety of testing frameworks in our CI
206 systems, real time and automated analysis of results, storage and publication of key facts for
207 each run as shown in the following diagram.
208
209 .. image:: ../images/OPNFV_testing_working_group.png
210   :alt: Overview infographic of the OPNFV testing Ecosystem
211
212 Release Verification
213 ====================
214
215 The OPNFV community relies on its testing community to establish release criteria for each OPNFV
216 release. With each release cycle the testing criteria become more stringent and better representative
217 of our feature and resiliency requirements. Each release establishes a set of deployment scenarios to validate,
218 the testing infrastructure and test suites need to accommodate these features and capabilities.
219
220 The release criteria as established by the testing teams include passing a set of test cases
221 derived from the functional testing project ‘functest,’ a set of test cases derived from our
222 platform system and performance test project ‘yardstick,’ and a selection of test cases for
223 feature capabilities derived from other test projects such as bottlenecks, vsperf, cperf and
224 storperf. The scenario needs to be able to be deployed, pass these tests, and be removed from
225 the infrastructure iteratively in order to fulfill the release criteria.
226
227 --------
228 Functest
229 --------
230
231 Functest provides a functional testing framework incorporating a number of test suites
232 and test cases that test and verify OPNFV platform functionality.
233 The scope of Functest and relevant test cases can be found in the :ref:`Functest User Guide <functest-userguide>`
234
235 Functest provides both feature project and component test suite integration, leveraging
236 OpenStack and SDN controllers testing frameworks to verify the key components of the OPNFV
237 platform are running successfully.
238
239 ---------
240 Yardstick
241 ---------
242
243 Yardstick is a testing project for verifying the infrastructure compliance when running VNF applications.
244 Yardstick benchmarks a number of characteristics and performance vectors on the infrastructure making it
245 a valuable pre-deployment NFVI testing tools.
246
247 Yardstick provides a flexible testing framework for launching other OPNFV testing projects.
248
249 There are two types of test cases in Yardstick:
250
251 * Yardstick generic test cases and OPNFV feature test cases;
252   including basic characteristics benchmarking in compute/storage/network area.
253 * OPNFV feature test cases include basic telecom feature testing from OPNFV projects;
254   for example nfv-kvm, sfc, ipv6, Parser, Availability and SDN VPN
255
256 System Evaluation and compliance testing
257 ========================================
258
259 The OPNFV community is developing a set of test suites intended to evaluate a set of reference
260 behaviors and capabilities for NFV systems developed externally from the OPNFV ecosystem to
261 evaluate and measure their ability to provide the features and capabilities developed in the
262 OPNFV ecosystem.
263
264 The Dovetail project will provide a test framework and methodology able to be used on any NFV platform,
265 including an agreed set of test cases establishing an evaluation criteria for exercising
266 an OPNFV compatible system. The Dovetail project has begun establishing the test framework
267 and will provide a preliminary methodology for the Danube release. Work will continue to
268 develop these test cases to establish a stand alone compliance evaluation solution
269 in future releases.
270
271 Additional Testing
272 ==================
273
274 Besides the test suites and cases for release verification, additional testing is performed to validate
275 specific features or characteristics of the OPNFV platform.
276 These testing framework and test cases may include some specific needs; such as extended measurements,
277 additional testing stimuli, or tests simulating environmental disturbances or failures.
278
279 These additional testing activities provide a more complete evaluation of the OPNFV platform.
280 Some of the projects focused on these testing areas include:
281
282 -----------
283 Bottlenecks
284 -----------
285
286 Bottlenecks provides a framework to find system limitations and bottlenecks, providing
287 root cause isolation capabilities to facilitate system evaluation.
288
289 NFVBench
290 --------
291
292 NFVbench is a lightweight end-to-end dataplane benchmarking framework project.
293 It includes traffic generator(s) and measures a number of packet performance related metrics.
294
295 QTIP
296 ----
297 QTIP boils down NFVI compute and storage performance into one single metric for easy comparison.
298 QTIP crunches these numbers based on five different categories of compute metrics and relies on
299 Storperf for storage metrics.
300
301 Storperf
302 --------
303 Storperf measures the performance of external block storage. The goal of this project is
304 to provide a report based on SNIA’s (Storage Networking Industry Association) Performance Test Specification.
305
306 ------
307 VSPERF
308 ------
309
310 VSPERF provides an automated test-framework and comprehensive test suite for measuring data-plane
311 performance of the NFVI including switching technology, physical and virtual network interfaces.
312 The provided test cases with network topologies can be customized while also allowing individual
313 versions of Operating System, vSwitch and hypervisor to be specified.
314
315
316
317
318 .. _`OPNFV Configuration Guide`: `OPNFV User Guide & Configuration Guide`
319 .. _`OPNFV User Guide`: `OPNFV User Guide & Configuration Guide`
320 .. _`Dovetail project`: https://wiki.opnfv.org/display/dovetail