借助BIG-IP CGNAT提升网络可扩展性

电信级网络可扩展性

CGNAT通过节省IPv4地址并简化向IPv6的迁移，帮助提升网络可扩展性。通过连接IPv4和IPv6，即使消费者和设备的连接需求激增，也有助于确保新旧应用均可轻松寻址。

全球各地的IPv4地址分配资源均已耗尽。随着全球IPv4地址达到上限，服务提供商需要迁移到IPv6。F5 BIG-IP运营商级网络地址转换（CGNAT）同时支持IPv6和IPv4地址，无需进行成本高昂的硬件升级。

如今，CGNAT已作为安全策略的一部分得到广泛部署。BIG-IP CGNAT通常与BIG-IP Advanced Firewall Manager (AFM)结合使用，提供高性能网络防火墙，并可隐藏订户地址。借助这一组合，服务提供商可以通过面向出站流量的订户安全服务实现创收。BIG-IP AFM通过支持CGNAT、分布式拒绝服务（DDoS）防护、访问控制列表（ACL）和入侵防御系统（IPS），提供全面的安全平台。

F5将这些安全控制与CGNAT整合部署在N6/S/Gi-LAN或数据中心中，从而简化管理和运维、降低运营成本，并为功能和服务变现创造更多机会。这些解决方案可部署为高性能硬件设备、虚拟网络功能（VNF）、云原生网络功能（CNF），也可采用混合模式部署。

BIG-IP CGNAT 的主要优势

1. 通过灵活的部署选项管理IPv4地址耗尽问题和IPv6迁移，扩展网络规模

服务提供商在向更新的IPv6设备和应用迁移的同时，还面临着管理IPv4设备和内容的挑战。由于IPv6设备和内容不向后兼容IPv4，IPv6迁移策略需要支持二者共存。BIG-IP CGNAT提供电信级可扩展性，支持大量IP地址转换、快速建立NAT转换、高吞吐量和高速日志记录。

在应对IPv4地址耗尽并规划平稳迁移到IPv6的过程中，BIG-IP CGNAT可帮助您继续提供IPv4连接，并处理大量并发会话。其功能包括大规模NAT、NAT 44（NAPT、PAT、端口块分配［PBA］）、NAT 444、NAT64/DNS64、464xlat、端口控制协议（PCP）、地址和端口持久性、端点无关映射和过滤（EIM/EIF）、发夹连接、PIM-DM，以及多种应用层网关，包括FTP、SIP、RTSP、PPTP、FTPS、FTP over TLS、FTPS explicit、TFTP、IP Sec IKEv2和ESP。在服务提供商网络中，CGNAT的一项重要优势是能够从客户“边缘”网络中有效“回收”大量可公开路由的IPv4地址空间，供网络其他部分使用，或支持业务增长突破网络自有IPv4地址分配量的限制。使用端口块分配（PBA）时，通过BIG-IP CGNAT系统，大规模NAT（LSN）池资源的利用率最高可提升至35:1。

BIG-IP CGNAT具备确定性NAT功能，可将特定私有IP地址映射到公共IP地址，并减少日志记录需求。添加BIG-IP Policy Enforcement Manager (PEM)后，运营商可以更深入地了解订阅用户在网络上的活动，并通过可感知目标地址的策略，将CGNAT配置与服务套餐关联起来。

图1：BIG-IP CGNAT可无缝支持IPv4和IPv6网络，帮助您应对IPv4地址耗尽问题并迁移到IPv6，同时在一个位置透明管理两种网络拓扑之间的应用交付、可用性、性能和安全性。

2. 扩展以支持物联网（IoT）

据GSMA预测，到2025年，全球将有246亿个物联网连接，高于2019年的120亿个。支持物联网需要具备大规模扩展能力。无论是联网汽车、智能家居、智能电表，还是其他设备，每台物联网设备都需要一个网络地址。BIG-IP CGNAT可帮助服务提供商高效扩展，以支持数百万台物联网设备。BIG-IP CGNAT可扩展至支持数千万个IP地址转换，转换建立速率可达每秒约100万次，并可提供数十Gbps的性能。高速日志记录（HSL）功能可进一步提升性能。这意味着只需在网络中部署更少的服务器即可满足迁移需求，从而降低成本。

3. 电信级安全

CGNAT已得到广泛部署，成为安全策略的重要组成部分。BIG-IP CGNAT与BIG-IP AFM结合使用时，可提供高性能防火墙的各项优势，包括可感知身份和订阅用户的网络防火墙，并集成ACL、IPS和DDoS防护。此外，会话感知功能可缓解复杂的第7层DoS攻击，而仅采用第4层解决方案可能无法检测到此类攻击。BIG-IP AFM与BIG-IP CGNAT协同工作，支持将防火墙地址列表和端口列表与源地址及目标地址进行匹配，并结合协议选择NAT策略。

订阅用户和端点感知功能有助于深入了解网络流量，以便进行优化和变现，并支持应用基于订阅用户类别的安全策略和自定义安全策略。例如，可为一系列特定的IoT终端设备提供专用策略。BIG-IP AFM和BIG-IP CGNAT的订阅用户感知功能支持使用subscriber-ID丰富防火墙和CGNAT日志（NAPT和PBA日志），并支持订阅用户发现和防火墙策略动态配置。

4. 整合功能，降低运营成本并实现服务变现

提高效率是降低成本和增加利润的关键。F5 BIG-IP系列可将服务提供商的关键功能高效整合到单一的高性能解决方案中。例如，可将BIG-IP CGNAT与BIG-IP Local Traffic Manager (LTM)、BIG-IP PEM和BIG-IP DNS（DNS缓存）进行策略性部署。BIG-IP PEM提供智能流量引导功能，可根据订阅用户配置文件（例如服务等级）检查流量并将其引导至相应服务。它还提供全面的流量分类功能，帮助准确判断订阅用户在网络中的活动，并据此提供差异化服务套餐，最终增加收入并规范网络使用。

F5提供虚拟化、容器化且整合的N6 LAN解决方案，帮助您构建经济高效的模式，缩短新服务的上市时间并降低网络复杂性。F5的CNF和VNF是高效虚拟N6 LAN的核心组件，可在N6 LAN上提供广泛的服务。

图2：F5的N6/S/Gi-LAN整合解决方案可降低CPU需求并简化自动化，从而减少资本支出和运营支出。

5. 高效日志记录，简化合规

BIG-IP CGNAT具备出色的高性能日志记录能力，可满足许多服务提供商的监管合规要求。将IP地址和使用情况与用户相关联（以及反向关联）可能十分繁琐、耗时且成本高昂。BIG-IP CGNAT提供广泛而灵活的日志记录功能，可存储私有IP地址到公有IP地址的转换、URL/URI目标地址、端口号、时段以及其他自定义会话详细信息。CGNAT支持高效且可自定义的日志记录，例如可在日志中插入MSISDN/IMSI和目标URL/URI字段。

BIG-IP CGNAT支持互联网协议流信息导出（IPFIX）。与syslog相比，这种NAT日志记录方法的压缩率更高，可减少每条日志的数据量，进而降低成本。系统可以检查和过滤IPv6数据包扩展头，从而提高IPv6流量的可见性，为事件调查或审计提供支持。BIG-IP CGNAT还可高效管理PBA集合，以优化排除项管理并简化工作流。日志还可添加MSISDN等订阅者信息。

近期创新通过高速生成各个安全事件的日志，提升了CGNAT的性能。防火墙策略、DDoS、IP情报、端口滥用、协议检查、流量情报和NAT均可独立控制，日志目标和发布器也可独立控制，并与BIG-IP高速日志记录框架保持一致。通过自定义防火墙和NAT日志字段，可以降低日志消息的生成、传输、解析和存储成本；仅记录必要字段，同时保留防火墙和NAT日志中的订阅者信息，从而提升性能。

BIG-IP CGNAT可扩展以支持生成数百万条日志记录，并将其导出到系统日志服务器。它还可提供负载均衡和UDP支持。灵活的选项可支持多种日志收集器，包括日志速率限制、UDP和TCP传输、负载均衡和复制选项，以及Syslog、IPFIX、Splunk和ArcSight格式。

6. 支持NFV和容器

BIG-IP CGNAT可部署在高性能硬件上，也可以软件形式部署为VNF（BIG-IP Virtual Edition）、作为F5预打包NFV S/Gi-LAN、Gi Firewall或CGNAT解决方案的一部分，或部署为CNF。F5可通过虚拟应用交付平台，帮助您向云架构和软件定义架构转型，以敏捷、灵活且高效的方式部署高级应用和安全服务。软件部署可提高敏捷性，并在云架构中实现自动化和编排。

将这些解决方案作为F5 NFV Packaged Solution for Gi Firewall, S/Gi LAN, or CGNAT的一部分，并借助F5 VNF Manager，可简化采购、部署和管理。套餐按5、10或50 Gbps购买；随着服务流量增加，可使用“先用后买”选项。 点击此处 访问NFV Packaged Solutions概述，进一步了解此选项。

BIG-IP VE的SmartNIC卸载：提升CGNAT性能并降低总体拥有成本

执行CGNAT时，有两项主要功能需要大量计算能力：将一个IP地址实际转换为另一个IP地址，以及根据美国《通信协助执法法》（CALEA）的要求记录该转换。SmartNIC是网络接口卡（NIC）系列的新成员，可为虚拟网络功能（VNF）CGNAT部署提供解决方案。

SmartNIC配备FPGA、NPU或SoC等板载可编程组件，可代替所连接的应用或服务器执行用户指定的网络功能，从而减轻CPU资源压力并显著提升性能。将CGNAT功能从F5 BIG-IP VE卸载到Intel FPGA PAC N3000 SmartNIC后，系统总吞吐量可提升约30%。更重要的是，BIG-IP VE的CPU利用率还可降低约80%，有助于防止VE过载！有关更多信息，请参阅BIG-IP VE for SmartNICs概述。

结论

事实证明，CGNAT是支持向IPv6过渡不可或缺的工具，并通过帮助扩展网络和保障网络安全，继续在当今网络中发挥重要作用。对于希望优化网络可扩展性，以支持IPv6、IoT和5G的服务提供商，BIG-IP CGNAT作为整合式网络功能套件的一部分，可提供无缝且安全的IP地址策略。