NFV

가상 네트워크 기능(VNF)은 NFV 아키텍처의 핵심 구성 요소로, 기존의 전용 하드웨어 어플라이언스에서 수행되던 네트워크 기능을 소프트웨어 형태로 구현한 가상 머신 또는 컨테이너를 의미한다. 이는 라우터, 방화벽, 로드 밸런서, 와이드 에어리어 네트워크 가속기, 세션 경계 컨트롤러 등 다양한 네트워크 장비의 기능을 대체한다. VNF는 NFV 인프라(NFVI) 상에 배포되어 실행되며, 하나의 물리적 서버에서 여러 개의 서로 다른 VNF 인스턴스를 동시에 운영할 수 있다.

VNF는 일반적으로 하나 이상의 가상 머신 이미지 또는 컨테이너 이미지로 패키징된다. 각 VNF는 특정 네트워크 서비스를 제공하기 위해 설계된 독립적인 소프트웨어 모듈이다. 예를 들어, 가상화된 진화된 패킷 코어(vEPC) 서비스는 여러 VNF(예: 가상화 이동성 관리 엔터티(vMME), 가상화 서빙 게이트웨이(vSGW), 가상화 패킷 데이터 네트워크 게이트웨이(vPGW))의 체인으로 구성된다. 이러한 VNF들은 서비스 기능 체이닝을 통해 유연하게 연결되어 종단 간 네트워크 서비스를 형성한다.

VNF의 수명 주기는 NFV 관리 및 오케스트레이션(MANO) 프레임워크에 의해 관리된다. 이는 VNF의 온보딩, 인스턴스화, 확장/축소, 업데이트, 종료 등의 전 과정을 포함한다. VNF는 VNF 디스크립터(VNFD)라는 메타데이터 파일을 통해 기술되며, 여기에는 필요한 컴퓨팅 리소스, 스토리지, 네트워크 인터페이스, 배포 및 확장 정책 등의 정보가 담겨 있다.

NFV 인프라(NFVI)는 가상 네트워크 기능(VNF)을 실행하기 위한 물리적 및 가상 자원의 집합체이다. NFVI는 클라우드 컴퓨팅 데이터 센터의 개념을 네트워크 영역에 적용한 것으로, 컴퓨팅, 스토리지, 네트워크 자원을 가상화된 풀로 통합하여 제공한다. 이 인프라는 VNF가 필요로 하는 가상 머신(VM) 또는 컨테이너를 생성하고 운영하는 기반이 된다.

NFVI는 크게 세 가지 계층으로 구성된다. 첫째는 실제 하드웨어 자원을 포함하는 하드웨어 자원 계층이다. 이 계층에는 범용 서버, 스토리지 장치, 네트워크 스위치 등이 포함된다. 둘째는 이 하드웨어를 가상화하는 소프트웨어 계층, 즉 하이퍼바이저 또는 컨테이너 런타임(도커, 쿠버네티스 등)이다. 셋째는 가상화된 자원을 관리하고 VNF에 할당하는 가상화 계층이다. 이 계층은 가상 컴퓨트, 가상 스토리지, 가상 네트워크를 형성한다.

NFVI의 설계 목표는 탄력성과 다중 테넌시를 보장하는 것이다. 이를 통해 여러 서비스 제공자나 내부 부서가 동일한 물리적 인프라를 공유하면서도 논리적으로 격리된 자원을 사용할 수 있다. 또한, 오케스트레이션 시스템의 지시에 따라 자원을 동적으로 할당하거나 회수하여 트래픽 부하 변화에 자동으로 대응한다. 이는 전통적인 전용 네트워크 장비 기반 아키텍처와 구별되는 NFV의 핵심 특성이다.

NFV 관리 및 오케스트레이션(NFV Management and Orchestration, MANO)은 가상 네트워크 기능의 라이프사이클을 관리하고 NFV 인프라의 자원을 오케스트레이션하는 프레임워크이다. 이는 NFV 아키텍처의 두뇌 역할을 하며, 서비스의 자동화된 배포, 구성, 모니터링, 확장 및 종료를 담당한다. MANO는 주로 ETSI에서 정의한 표준 참조 아키텍처를 따르며, NFV 인프라와 VNF를 효율적으로 운영하기 위한 핵심 관리 계층을 구성한다.

MANO 프레임워크는 크게 세 가지 핵심 기능 블록으로 구성된다. 첫째는 NFV 오케스트레이터(NFVO)로, 네트워크 서비스의 라이프사이클을 관리하고 NFVI 자원의 전역적 관리를 담당한다. 둘째는 VNF 매니저(VNFM)로, 하나 이상의 특정 VNF 인스턴스의 라이프사이클(예: 인스턴스화, 업데이트, 확장, 종료)을 관리한다. 셋째는 가상화 인프라 매니저(VIM)로, 컴퓨트, 스토리지, 네트워크 자원을 포함한 NFVI 자원의 제어와 관리를 담당한다. 이 세 요소는 상호 연동되어 작동한다.

이들의 협업 과정은 다음과 같다. NFVO는 새로운 네트워크 서비스 요청을 받으면, 필요한 VNF 패키지와 네트워크 서비스 토폴로지를 확인한다. 이후 VIM에게 자원을 할당하도록 지시하고, VNFM에게 특정 VNF의 인스턴스 생성을 요청한다. VNFM은 VIM과 협력하여 가상 머신이나 컨테이너에 VNF를 배포하고 구성한다. 이 모든 과정은 자동화되어 있으며, 운영자는 높은 수준의 정책(예: 서비스 수준 계약)만 정의하면 된다.

MANO의 구현은 벤더 종속적 솔루션과 오픈 소스 기반 솔루션으로 나뉜다. 주요 오픈 소스 프로젝트로는 OpenStack 기반의 VIM 기능을 제공하는 프로젝트와 통합 오케스트레이션을 위한 Open Source MANO 프로젝트가 있다. 효과적인 MANO 구현은 NFV의 핵심 가치인 유연성과 자동화를 실현하는 데 필수적이다.

NFV는 네트워크 기능을 전용 하드웨어에서 가상 머신이나 컨테이너 형태의 소프트웨어로 전환한다. 이로 인해 서비스 제공자는 네트워크 자원을 물리적 제약 없이 유연하게 할당하고 관리할 수 있다. 예를 들어, 특정 서비스의 수요가 증가하면 필요한 가상 네트워크 기능 인스턴스를 신속하게 추가하여 대응한다. 반대로 수요가 감소하면 불필요한 인스턴스를 종료하여 자원을 확보한다. 이는 전통적인 네트워크에서는 새로운 하드웨어를 구매하고 설치해야 했던 과정을 소프트웨어 조정만으로 가능하게 만든다.

확장성 측면에서 NFV는 수평적 확장을 용이하게 한다. 서비스 부하에 따라 VNF 인스턴스의 수를 동적으로 늘리거나 줄이는 오토 스케일링이 핵심 메커니즘이다. 이는 클라우드 네이티브 원칙을 네트워크 영역에 적용한 결과이다. 또한, 다양한 벤더의 VNF를 표준화된 NFV 인프라 위에서 실행할 수 있어, 특정 하드웨어 벤더에 종속되지 않는 개방적인 생태계를 구축하는 데 기여한다.

이러한 유연성과 확장성은 서비스 제공자가 시장 변화나 신기술 도입에 더 빠르게 대응할 수 있는 기반을 제공한다. 새로운 네트워크 서비스를 기존 하드웨어 교체 주기에 맞추지 않고도 빠른 시간 내에 론칭하고, 실험적인 서비스를 저비용으로 시도해 볼 수 있다. 결과적으로 네트워크의 진화 속도와 혁신 가능성이 크게 향상된다.

NFV는 전통적인 전용 하드웨어 기반 네트워크 장비를 범용 서버에서 실행되는 소프트웨어로 대체함으로써 상당한 비용 절감 효과를 제공한다. 가장 직접적인 비용 절감은 캐피털 익스펜디처의 감소에서 나타난다. 고가의 특수 목적 하드웨어를 구매하는 대신, 상용 COTS 서버와 스토리지, 스위치를 활용하여 인프라를 구축할 수 있다. 이는 하드웨어 비용을 절감할 뿐만 아니라, 공급업체 종속성을 낮추고 경쟁을 통한 가격 경쟁력을 확보하는 데 기여한다.

운영 비용 측면에서도 효율성이 향상된다. 가상 네트워크 기능의 배포, 확장, 업그레이드가 소프트웨어 기반으로 이루어지므로 물리적 장비의 교체나 추가 설치에 따른 시간과 인력 비용이 크게 줄어든다. 또한, 여러 VNF를 동일한 물리적 자원 풀에서 공유하여 운영할 수 있어 데이터 센터 공간, 전력 소비, 냉각 비용과 같은 간접비를 최적화한다. 자원 사용률이 향상되면 필요한 전체 서버 수가 감소하는 효과도 있다.

서비스 수명 주기 관리 측면에서의 비용 이점도 중요하다. 새로운 서비스를 도입하거나 기존 서비스를 업데이트할 때, 새로운 전용 장비를 도입하는 대신 기존 NFVI에 소프트웨어를 배포하거나 업그레이드하는 방식으로 신속하게 대응할 수 있다. 이는 시장 변화에 대한 민첩성을 높이고, 장기적으로 유지보수 및 기술 교체 주기와 관련된 비용을 예측 가능하고 관리하기 쉬운 형태로 전환한다.

기존의 물리적 어플라이언스는 주문, 납품, 설치, 구성에 긴 시간이 소요되었다. 반면 NFV는 소프트웨어 기반의 가상 네트워크 기능을 사용하므로, 필요한 서비스를 즉시 다운로드하고 가상 머신이나 컨테이너에 배포하는 방식으로 전환된다. 이는 서비스 론칭 시간을 몇 주 또는 몇 달에서 몇 분 또는 몇 시간으로 단축시킨다.

서비스 배포 가속화는 새로운 서비스의 시장 출시 시간을 앞당기는 데 직접적인 영향을 미친다. 통신 사업자는 고객의 요구나 시장 변화에 신속하게 대응하여 새로운 서비스를 신속하게 론칭하거나 기존 서비스를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 특정 지역에 갑자기 트래픽이 증가하면, 해당 지역의 NFVI에 추가적인 VNF 인스턴스를 빠르게 스핀업하여 용량을 확장할 수 있다.

이러한 민첩성은 DevOps 및 CI/CD 파이프라인과 결합될 때 더욱 극대화된다. 네트워크 서비스의 설계, 테스트, 배포, 모니터링이 자동화된 소프트웨어 개발 라이프사이클에 통합된다. 결과적으로 네트워크 운영은 더 이상 하드웨어 중심의 정적인 프로세스가 아니라, 소프트웨어 중심의 민첩하고 반복적인 프로세스로 진화한다.

NFV 아키텍처는 크게 세 가지 핵심 구성 요소로 나뉜다. 이는 가상 네트워크 기능, NFV 인프라, 그리고 NFV 관리 및 오케스트레이션이다. 각 구성 요소는 특정한 역할을 담당하며, 상호 연동되어 완전한 NFV 시스템을 구성한다.

가상 네트워크 기능은 기존의 물리적 네트워크 장비가 제공하던 기능을 소프트웨어로 구현한 것이다. 예를 들어, 라우터, 방화벽, 로드 밸런서 등의 기능이 가상 머신이나 컨테이너 형태로 패키징되어 실행된다. NFV 인프라는 이러한 VNF를 실행하기 위한 하드웨어 및 가상화 계층을 포괄한다. 이는 컴퓨팅, 스토리지, 네트워킹 자원을 제공하는 물리적 인프라와 하이퍼바이저 또는 컨테이너 런타임 같은 가상화 계층으로 구성된다.

NFV 관리 및 오케스트레이션은 전체 NFV 환경의 수명 주기를 관리하는 두뇌 역할을 한다. 이 구성 요소는 VNF의 배포, 구성, 모니터링, 스케일링, 종료 등을 자동화한다. MANO 프레임워크 내부는 다시 NFV 오케스트레이터, VNF 관리자, 가상화 인프라 관리자로 세분화된다. 각 관리자는 오케스트레이션, VNF 인스턴스 관리, NFVI 자원 관리라는 특화된 책임을 진다.

이 세 구성 요소 간의 상호작용은 표준화된 인터페이스를 통해 이루어진다. 주요 참조 포인트는 다음과 같다.

ETSI에서 정의한 NFV 참조 아키텍처는 NFV 인프라(NFVI), 가상 네트워크 기능(VNF), 그리고 NFV 관리 및 오케스트레이션(MANO)이라는 세 가지 주요 구성 요소로 구성된다. 이 아키텍처는 각 구성 요소 간의 상호작용과 인터페이스를 표준화하여 다중 벤더 환경에서의 상호운용성을 보장한다.

NFVI는 가상화 계층을 포함한 모든 하드웨어 및 소프트웨어 자원을 포괄한다. 이는 컴퓨팅, 스토리지, 네트워킹 자원을 제공하는 물리적 인프라와 이를 가상화하는 소프트웨어 계층(예: 하이퍼바이저)으로 나뉜다. VNF는 이러한 가상화된 인프라 위에서 실행되는 실제 네트워크 기능 소프트웨어 인스턴스이다. 예를 들어, 가상화된 방화벽이나 가상 로드 밸런서가 VNF에 해당한다.

MANO 프레임워크는 NFV 환경의 운영 자동화를 담당하는 핵심이다. 이는 다음 세 가지 주요 기능 블록으로 구성된다.

이 참조 아키텍처는 주요 기능 블록 간의 표준화된 인터페이스를 정의한다. 예를 들어, VNF와 VNFM 사이의 Ve-Vnfm 인터페이스, NFVO와 VIM 사이의 Or-Vi 인터페이스 등이 있다. 이러한 표준 인터페이스는 서비스 제공자가 서로 다른 벤더의 구성 요소를 통합하여 유연한 NFV 솔루션을 구축할 수 있는 기반을 제공한다.

가상화 기술은 NFV의 근간을 이루는 핵심 기술이다. 이는 물리적인 네트워크 장비에서 소프트웨어로 구현된 가상 네트워크 기능(VNF)을 분리하여, 범용 하드웨어 상에서 실행될 수 있게 한다. 주로 하이퍼바이저 기반의 서버 가상화 기술이 활용되며, 이를 통해 단일 물리 서버(호스트) 위에 여러 개의 독립적인 가상 머신(VM)을 생성하고 운영할 수 있다. 각 VM은 자체 운영 체제와 애플리케이션을 포함하며, 다른 VM과 완전히 격리된 환경에서 VNF를 실행하는 단위가 된다.

가상화 기술의 적용은 네트워크 기능의 배포와 관리 방식을 근본적으로 변화시켰다. 기존에는 라우터, 방화벽, 로드 밸런서 등 각 기능별로 전용 하드웨어 장비를 구매, 설치, 유지보수해야 했다. 반면 가상화를 통해 이러한 네트워크 기능들은 표준화된 상용 서버(예: x86 아키텍처) 상의 VM으로 패키징되어 실행된다. 이는 하드웨어 의존성을 낮추고, 자원을 효율적으로 공유하며 활용할 수 있게 하는 기반을 제공한다.

NFV 환경에서 가상화 기술은 높은 수준의 유연성을 보장한다. 필요에 따라 VM 인스턴스를 신속하게 생성, 이동, 중단 또는 삭제할 수 있어 서비스 확장과 축소가 용이해진다. 또한, 하이퍼바이저는 물리 자원(CPU, 메모리, 스토리지, 네트워크)을 가상 자원으로 추상화하고 풀링하여, 다양한 VNF 워크로드에 동적으로 할당하는 역할을 수행한다. 이는 자원 활용도를 극대화하고 비용 효율성을 높이는 데 기여한다.

컨테이너 기술은 가상 머신에 비해 더 가볍고 빠르게 애플리케이션을 패키징하고 실행하기 위한 기술이다. 컨테이너는 호스트 운영 체제의 커널을 공유하며, 애플리케이션과 그 실행에 필요한 라이브러리, 바이너리, 설정 파일 등을 하나의 이미지로 묶어 독립된 환경을 제공한다. 이로 인해 NFV 환경에서 가상 네트워크 기능을 배포하고 관리하는 새로운 방안으로 주목받고 있다.

컨테이너 기반 VNF는 기존 VM 기반 방식에 비해 몇 가지 장점을 가진다. 첫째, 컨테이너는 가상화 오버헤드가 적어 더 빠른 시작 시간과 높은 밀도로 배포가 가능하다. 둘째, 마이크로서비스 아키텍처와 잘 부합하여, 복잡한 네트워크 기능을 작고 독립적인 서비스 단위로 분해하여 개발, 배포, 확장할 수 있다. 셋째, 도커나 쿠버네티스와 같은 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼을 활용하면 VNF의 자동화된 배포, 스케일링, 라이프사이클 관리가 용이해진다.

그러나 컨테이너 기술의 NFV 적용에는 고려사항도 존재한다. 컨테이너는 커널을 공유하기 때문에 VM에 비해 격리성과 보안 측면에서 상대적으로 취약점이 있을 수 있다. 또한, 고성능 패킷 처리와 같은 특정 네트워크 기능은 커널 바이패스 기술(예: DPDK, SR-IOV)과의 통합이 필요하며, 이는 구현 복잡성을 증가시킬 수 있다. 따라서 NFV 환경에서는 VM과 컨테이너를 혼용하거나(하이브리드 모델), 특정 서비스 요구사항에 맞춰 적절한 기술을 선택하는 접근이 일반화되고 있다.

NFV는 네트워크 기능을 가상화하여 범용 서버에서 실행하는 패러다임이며, SDN은 네트워크의 제어 평면과 데이터 평면을 분리하여 중앙 집중식으로 네트워크를 프로그래밍하고 관리하는 접근 방식이다. 이 두 기술은 상호 보완적이며, 함께 구현될 때 네트워크의 자동화와 유연성을 극대화한다. NFV는 네트워크 기능 자체를 소프트웨어화하는 데 초점을 맞춘다면, SDN은 이러한 기능들이 동작하는 네트워크 경로와 트래픽 흐름을 동적으로 제어하는 데 초점을 맞춘다.

연동의 핵심은 SDN 컨트롤러가 NFV 관리 및 오케스트레이션(MANO) 프레임워크와 협력하여 종단 간 서비스를 생성하는 데 있다. 예를 들어, 새로운 가상 네트워크 기능(VNF) 인스턴스가 NFV 오케스트레이터에 의해 배포되면, SDN 컨트롤러는 해당 인스턴스로 트래픽을 유도하기 위해 필요한 네트워크 연결과 라우팅 정책을 자동으로 구성한다. 이는 기존의 수동 장비 구성 과정을 대체하여 서비스 배포 시간을 크게 단축시킨다.

주요 연동 시나리오는 다음과 같다.

이러한 연동을 통해 네트워크 운영자는 물리적 토폴로지에 구애받지 않고 소프트웨어 기반의 정책으로 네트워크와 서비스를 통합적으로 제어할 수 있다. 결과적으로 NFV와 SDN의 결합은 더욱 민첩하고 비용 효율적이며, 프로그래밍 가능한 차세대 네트워크 인프라의 기반을 마련한다.

통신 서비스 제공자는 NFV를 도입하여 기존의 전용 하드웨어 기반 네트워크 아키텍처를 소프트웨어 중심의 유연한 구조로 전환하고 있다. 이는 네트워크 기능의 배포, 관리, 확장 방식을 근본적으로 변화시켰다. 예를 들어, 가상 네트워크 기능 형태로 구현된 가상화된 진화된 패킷 코어, 브로드밴드 네트워크 게이트웨이, 세션 경계 컨트롤러 등을 표준 서버에서 실행하여 서비스를 제공한다.

NFV는 통신 서비스 제공자에게 네트워크 슬라이싱과 같은 새로운 서비스 창출을 가능하게 한다. 단일 물리적 인프라 위에 여러 개의 논리적, 독립적인 가상 네트워크를 생성하여 각기 다른 요구사항(예: 낮은 지연율, 높은 대역폭)을 가진 서비스(예: 5G 이동 통신, 사물인터넷, 대용량 비디오 스트리밍)에 맞춤형 네트워크 자원을 할당할 수 있다. 이는 서비스 수준 협약을 효율적으로 충족시키는 데 기여한다.

다음은 NFV가 통신 서비스 제공자 네트워크에 적용되는 주요 서비스 영역의 예시이다.

이러한 전환을 통해 통신 서비스 제공자는 신규 서비스 출시 시간을 단축하고, 자본 및 운영 비용을 절감하며, 네트워크 혁신 속도를 가속화할 수 있다. 또한, 다양한 벤더의 VNF를 NFV 인프라 상에서 통합 운영함으로써 벤더 종속성을 줄이고 다중 공급자 환경을 구축하는 데 유리해진다.

엣지 컴퓨팅은 데이터 처리와 애플리케이션 실행을 클라우드 데이터 센터가 아닌 네트워크의 가장자리, 즉 사용자나 데이터 소스와 물리적으로 가까운 곳에서 수행하는 패러다임이다. NFV는 이러한 엣지 환경에서 네트워크 서비스를 유연하게 배포하고 관리하기 위한 핵심 인프라로 작동한다. 전통적인 네트워크 장비는 설치와 확장에 시간이 많이 소요되지만, NFV를 통해 가상 네트워크 기능을 엣지 노드에 소프트웨어 형태로 신속하게 배포할 수 있다.

엣지 컴퓨팅에서 NFV의 주요 적용은 낮은 지연 시간과 높은 대역폭이 요구되는 서비스를 가능하게 하는 데 있다. 예를 들어, 자율 주행 자동차, 실시간 비디오 분석, 증강 현실 서비스 등은 데이터를 중앙 클라우드로 모두 전송해 처리하기에는 지연이 너무 크다. NFV를 활용하면 방화벽, 라우터, 로드 밸런서 등의 네트워크 기능을 엣지 사이트에 필요한 만큼 동적으로 인스턴스화하여, 이러한 실시간 애플리케이션에 최적화된 로컬 네트워크 서비스 환경을 제공할 수 있다.

엣지 NFV 구현은 중앙 데이터 센터와는 다른 특성을 가진다. 엣지 노드는 일반적으로 공간, 전력, 냉각 능력이 제한된 환경에 분산되어 배치된다. 따라서 NFV 인프라는 경량화되고 자원 효율적이어야 한다. 이를 위해 완전한 가상 머신 대신 컨테이너 기반의 VNF 배포가 선호되는 추세이다. 또한 수천 개에 달하는 분산된 엣지 사이트를 중앙에서 통합 관리하고 오케스트레이션하는 것은 NFV MANO 프레임워크의 중요한 과제가 된다.

이러한 방식으로 NFV는 엣지 컴퓨팅의 확산을 촉진하며, 보다 반응적이고 분산된 서비스 제공 모델의 기반을 마련한다.

NFV는 가상화 기술을 활용하여 네트워크 보안 기능을 소프트웨어 형태로 구현하고 유연하게 배포할 수 있게 한다. 기존에는 방화벽, 침입 탐지 시스템(IDS), 침입 방지 시스템(IPS) 등이 전용 하드웨어 어플라이언스로 제공되어 유연성이 부족하고 확장에 시간이 걸렸다. NFV 기반 보안 서비스는 이러한 기능들을 가상 네트워크 기능(VNF) 또는 컨테이너 형태로 패키징하여 필요에 따라 신속하게 프로비저닝하고, 네트워크 트래픽 경로에 동적으로 삽입할 수 있다.

이를 통해 보안 서비스의 배포와 관리 방식이 근본적으로 변화한다. 예를 들어, 특정 서비스나 테넌트를 위해 전용 보안 체인을 신속하게 구성하거나, 트래픽 증가에 따라 보안 VNF 인스턴스를 수평적으로 확장하는 것이 가능해진다. 또한, 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)과 연동하면 네트워크 트래픽을 지능적으로 분류하여 적절한 보안 VNF로 유도하는 정책 기반의 세분화된 보안이 실현된다.

NFV 기반 보안의 주요 적용 사례는 다음과 같다.

그러나 NFV 보안 서비스는 새로운 과제도 제기한다. 가상화 계층과 NFV 인프라(NFVI) 자체가 공격 표면이 될 수 있으며, 다중 테넌트 환경에서의 격리 실패는 큰 위험이다. 또한, 전용 하드웨어에 비해 성능 오버헤드가 발생할 수 있어, 고속 패킷 처리와 심층 패킷 검사(DPI)를 요구하는 고급 보안 기능 구현에는 최적화가 필요하다. 따라서 NFV 기반 보안 아키텍처는 VNF 자체의 보안뿐만 아니라 인프라의 보안 강화와 성능 보장을 함께 고려해야 한다.

가상 네트워크 기능이 전용 하드웨어 장비에서 실행될 때는 해당 장비의 성능이 보장되지만, NFV 환경에서는 가상화 오버헤드와 하이퍼바이저의 자원 경쟁이 성능 저하의 주요 원인이 된다. 특히 패킷 처리 지연시간, 처리량, 대역폭 등 네트워크 성능 지표는 물리적 하드웨어에 비해 낮아질 수 있다. 이를 완화하기 위해 SR-IOV 기술을 적용하거나, CPU 코어를 VNF에 전용으로 할당하는 CPU 핀닝 기법, 그리고 DPDK와 같은 사용자 공간 패킷 처리 가속 라이브러리를 활용한다.

안정성 측면에서는 단일 물리 서버의 장애가 그 위에서 동작하는 여러 VNF에 동시에 영향을 미칠 수 있어 위험이 증폭된다. 또한, 소프트웨어 기반의 네트워크 기능은 하드웨어 장비보다 소프트웨어 버그나 구성 오류로 인한 장애 발생 가능성이 상대적으로 높다. 따라서 NFV 환경에서는 고가용성을 보장하기 위해 VNF의 상태를 지속적으로 모니터링하고, 장애 발생 시 자동으로 다른 호스트로 재배치하는 복구 메커니즘[6]이 필수적이다.

성능과 안정성을 보장하기 위한 주요 접근법은 다음과 같이 정리할 수 있다.

NFV 환경에서의 보안 문제는 전통적인 물리적 네트워크 장비와는 다른 새로운 위협을 수반한다. 핵심적인 문제는 멀티테넌시 환경에서의 가상 자원 간 분리 실패, 하이퍼바이저 또는 컨테이너 엔진 자체의 취약점, 그리고 복잡한 관리 계층을 통한 공격 경로 확대이다. 특히 VNF 인스턴스 간의 트래픽이 물리적 하드웨어 내부에서 가상 네트워크를 통해 이루어지기 때문에, 외부에서 가시성이 떨어져 공격 탐지가 어려워질 수 있다.

주요 보안 위협은 다음과 같이 분류된다.

이러한 위협에 대응하기 위해 보안 강화 조치가 필수적이다. 주요 대응 방안으로는 VNF 간 통신을 위한 마이크로 세분화 정책 적용, 하이퍼바이저 및 호스트 시스템의 지속적인 패치 관리, MANO 구성 요소에 대한 강력한 접근 제어 및 암호화, 그리고 VNF 생명주기(온보딩, 인스턴스화, 종료) 전 과정에 걸친 보안 감사와 규정 준수 검증을 들 수 있다. 또한, 전통적인 경계 중심 보안에서 벗어나, NFV 환경 전체를 아우르는 지능형 위협 탐지 및 대응 체계를 구축하는 것이 점점 더 중요해지고 있다.

NFV 도입은 기존의 물리적 어플라이언스 기반 네트워크 운영 모델에서 소프트웨어 기반의 가상화 환경으로의 전환을 의미합니다. 이로 인해 운영 팀은 가상 머신 관리, 하이퍼바이저, 컨테이너 오케스트레이션 플랫폼, 그리고 NFV MANO 프레임워크와 같은 새로운 기술 스택을 숙달해야 합니다. 전통적인 네트워크 운영 경험만으로는 이러한 복합적인 환경을 효과적으로 관리하기 어렵습니다. 또한, 다수의 VNF를 다양한 벤더로부터 조달하여 단일 인프라 위에 운영할 경우, 각 VNF의 라이프사이클 관리(예: 인스턴스화, 업그레이드, 확장)와 상호 운용성 보장이 주요 과제로 부상합니다.

운영 복잡성은 주로 통합과 자동화의 부재에서 비롯됩니다. 여러 벤더의 VNF와 관리 도구가 혼재하면, 종단 간 서비스 프로비저닝과 장애 조치, 성능 모니터링을 일관된 방식으로 수행하기 어려워집니다. 예를 들어, 방화벽 VNF 하나를 업그레이드하는 작업이 관련된 로드 밸런서나 라우팅 정책에 어떤 영향을 미치는지 파악하는 것이 복잡해질 수 있습니다. 따라서 서비스 제공자들은 종종 다중 도메인, 다중 벤더 환경을 조율할 수 있는 강력한 오케스트레이션과 자동화 플랫폼의 도입 필요성을 겪게 됩니다.

관리 측면에서의 복잡성은 다음 표와 같은 새로운 관리 영역의 등장으로 요약할 수 있습니다.

이러한 복잡성을 극복하기 위해서는 기존의 네트워크 운영 중심 조직을 DevOps 또는 NetDevOps 문화를 수용한 조직으로 전환하는 것이 필수적입니다. 또한, 운영 지원 시스템(OSS)과 비즈니스 지원 시스템(BSS)을 NFV 환경에 맞게 현대화하고, 정책 기반의 자동화와 인공지능 기반 운영(AIOps) 도구를 도입하여 운영 부담을 줄이는 노력이 지속되고 있습니다.

ETSI는 2012년에 NFV 산업 규격 그룹(Industry Specification Group, ISG)을 설립하여 NFV의 표준화를 주도했다. 이 그룹은 통신 업계의 주요 사업자와 벤더들이 참여하여, 상호 운용성을 보장하고 시장 분열을 방지하기 위한 일련의 규격 문서들을 발표했다. ETSI NFV ISG의 작업은 NFV의 참조 아키텍처, 요구사항, 개념, 증명(Proof of Concept) 프레임워크 등을 정의하는 데 중점을 두었다.

ETSI NFV의 표준 문서 세트는 주로 NFV 아키텍처 프레임워크를 설명하는 일련의 백서로 구성된다. 가장 핵심적인 문서는 NFV의 전체적인 참조 아키텍처를 정의한 ETSI GS NFV 002이다. 이 문서는 NFV 인프라(NFVI), 가상 네트워크 기능(VNF), 그리고 NFV 관리 및 오케스트레이션(MANO) 프레임워크를 포함한 주요 기능 블록과 그 사이의 참조 포인트를 명시한다. MANO 프레임워크는 VNF의 수명 주기 관리와 NFVI 자원의 오케스트레이션을 담당하는 핵심 요소로, NFV 구현의 표준적인 청사진을 제공한다.

표준화 작업은 지속적으로 발전하여 초기 릴리즈 이후 여러 단계를 거쳤다. 주요 릴리즈와 그 초점은 다음과 같다.

ETSI의 표준화 노력은 NFV 기술의 기반을 마련했지만, 상세한 구현은 주로 오픈 소스 프로젝트나 벤더별 솔루션에 맡겨졌다. 이로 인해 실제 배포 환경에서는 ETSI 표준을 준수하면서도 특정 구현체(예: OpenStack, Kubernetes)에 의존하는 경우가 많다. ETSI NFV 표준은 업계의 공통 언어와 목표를 제시함으로써, 다양한 벤더 간의 통합과 NFV 생태계의 성장을 촉진하는 데 기여했다.

NFV 생태계는 ETSI와 같은 표준화 기구의 활동과 함께 여러 오픈 소스 프로젝트에 의해 주도적으로 발전하고 있다. 이러한 프로젝트들은 NFV의 핵심 구성 요소인 NFV 인프라(NFVI), 가상 네트워크 기능(VNF), 그리고 NFV 관리 및 오케스트레이션(MANO) 프레임워크를 구현하는 데 필요한 소프트웨어를 공동으로 개발하고 검증하는 플랫폼 역할을 한다. 오픈 소스 모델은 벤더 종속성을 줄이고, 상호운용성을 촉진하며, 혁신 속도를 가속화하는 데 기여한다.

주요 오픈 소스 NFV 프로젝트는 다음과 같다.

이러한 프로젝트들은 서로 경쟁하기보다는 상호 보완적인 관계를 형성하며 발전해 왔다. 예를 들어, OpenStack은 가상 머신 기반 NFV 인프라의 기반을 제공하고, Kubernetes는 클라우드 네이티브 방식의 컨테이너 오케스트레이션을 담당한다. 한편, ONAP과 Open Source MANO는 서비스 오케스트레이션 영역에서 다양한 접근 방식을 제시한다. 산업계는 이러한 오픈 소스 생태계를 통해 표준에 부합하는 상용 솔루션을 빠르게 개발하고, 다중 벤더 환경에서의 통합 문제를 해결하며, 통신 서비스 제공자가 네트워크를 소프트웨어 정의 방식으로 전환하는 것을 지원한다.