銳捷在SONiC白盒交換機(jī)領(lǐng)域的發(fā)展情況分析

隨著互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的蓬勃發(fā)展，數(shù)據(jù)和流量開始向數(shù)據(jù)中心聚集，同時(shí)，公有云的興起以及對成本的極度敏感，都使得數(shù)據(jù)中心的規(guī)?；б孀兊糜l(fā)重要。近年來數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)規(guī)模越來越大，從大型/超大型數(shù)據(jù)中心的建設(shè)中就可見一斑。進(jìn)入5G時(shí)代，數(shù)據(jù)匯聚情況將進(jìn)一步加劇，在這個(gè)大背景下，如何繼續(xù)提高數(shù)據(jù)中心規(guī)?；б?，以及如何解決超大型云計(jì)算中心異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)維、排障及自動(dòng)化問題，是每個(gè)數(shù)據(jù)中心架構(gòu)設(shè)計(jì)師都要面對的挑戰(zhàn)。

為了應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，SDN/NFV等技術(shù)被廣泛使用，同時(shí)也帶動(dòng)了白盒交換機(jī)的發(fā)展機(jī)遇。白盒交換機(jī)與傳統(tǒng)交換機(jī)的區(qū)別在于：白盒交換機(jī)采用開放的架構(gòu)，致力于實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的解耦，具備可編程能力，此外，軟件功能可按需增刪，在降低成本的同時(shí)，還能縮短開發(fā)周期，加速軟硬件技術(shù)的創(chuàng)新。

白盒交換機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)

在傳統(tǒng)交換機(jī)的架構(gòu)下，NOS由各設(shè)備廠商自行開發(fā)，芯片廠商負(fù)責(zé)提供ASIC芯片和SDK，設(shè)備廠商在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)以適配各自的NOS系統(tǒng)，并開發(fā)各類APP用于實(shí)現(xiàn)具體的網(wǎng)絡(luò)功能。同時(shí)，傳統(tǒng)交換機(jī)的軟硬件開發(fā)均由設(shè)備廠商提供，致使系統(tǒng)完全封閉，無法適應(yīng)新功能快速開發(fā)部署的需求，且采購成本久高不下。如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)交換機(jī)架構(gòu)與SONiC白盒交換機(jī)架構(gòu)

為解決以上問題，需要將傳統(tǒng)交換機(jī)的架構(gòu)進(jìn)行分層開放，并推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

首先，推動(dòng)硬件開源和標(biāo)準(zhǔn)化。開放計(jì)算項(xiàng)目（Open Compute Project，以下簡稱OCP）通過定義一系列硬件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，其中包括部分推薦或參考設(shè)計(jì)，如硬件框圖、原理圖、走線圖、物料BOM清單等，以便于更多的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供應(yīng)商通過開放的設(shè)計(jì)，能更快更好地推出符合OCP規(guī)格的硬件產(chǎn)品。

其次，推動(dòng)Booloader的開源，用來安裝和啟動(dòng)符合要求的交換機(jī)軟件系統(tǒng)。ONIE由Cumulus在2013年孵化并開源，基于Linux的小型操作系統(tǒng)，可以在交換機(jī)上啟動(dòng)并發(fā)現(xiàn)本地網(wǎng)絡(luò)上可用的安裝程序映像，同時(shí)能夠?qū)⒑线m的映像傳輸?shù)浇粨Q機(jī)，然后提供一個(gè)安裝環(huán)境，以便安裝程序可以將網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)加載到交換機(jī)，使得交換機(jī)和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)供應(yīng)商專注于交換機(jī)和操作系統(tǒng)的開放工作，而不需要在BootLoader上投入過多的研發(fā)資源。

最后，推動(dòng)NOS的開源和標(biāo)準(zhǔn)化。一方面南向適配不同ASIC平臺(tái)，另一方面北向?yàn)锳PP提供統(tǒng)一的API，從而實(shí)現(xiàn)軟硬件的解耦。微軟在2017年向OCP貢獻(xiàn)了交換機(jī)抽象接口（SAI），并正式發(fā)布了SONiC，SONiC的所有軟件功能模塊都開源，這極大地推動(dòng)了OCP社區(qū)以及其他廠商/用戶在開放網(wǎng)絡(luò)方面的創(chuàng)新。SONiC通過將SAI作為南北向互聯(lián)的中間件，屏蔽不同ASIC之間的驅(qū)動(dòng)差異，也正是由于SAI的存在，SONiC的網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用才能夠支持多個(gè)廠家的ASIC。

圖2 OCP交換機(jī)生態(tài)系統(tǒng)的SONiC愿景

SONiC自推出后，迅速得到了產(chǎn)業(yè)界的支持，大部分網(wǎng)絡(luò)芯片供應(yīng)商都在其SDK上支持SAI，并配合微軟為SAI版本添加新的擴(kuò)展功能：如博通、Marvell、Barefoot正在推動(dòng)SAI的監(jiān)控和遙測功能發(fā)展，以深入挖掘ASIC特性并提供強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)分析功能；Mellanox、Cavium、戴爾、盛科為SAI提供協(xié)議通知，包括MPLS、增強(qiáng)ACL模式、橋接模式、L2/L3組播、Segment Routing和802.1BR等，以支持更豐富的協(xié)議和大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用；戴爾和Metaswitch通過添加L3快速重路由和BFD，為SAI帶來了故障彈性和性能。

SONiC架構(gòu)的新技術(shù)特性

SAI是SONiC的核心，并為SONiC提供了統(tǒng)一的API。網(wǎng)絡(luò)硬件供應(yīng)商可以在能夠匹配該編程接口的前提下，提供更高速、更低功耗、更低成本、更高端口密度等特性的硬件，且無需軟件進(jìn)行特定的適配，這種方式使得供應(yīng)商在硬件產(chǎn)品開發(fā)方面能夠快速迭代、創(chuàng)新。

在數(shù)據(jù)架構(gòu)方面，SONiC使用數(shù)據(jù)庫架構(gòu)代替原有的模塊化耦合架構(gòu)，將應(yīng)用模塊之間的傳遞數(shù)據(jù)模式變成應(yīng)用模塊之間通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的模式，從關(guān)注流程轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了功能模塊之間的解耦，如圖3所示。

圖3? 數(shù)據(jù)處理流程

采用數(shù)據(jù)庫架構(gòu)，不僅為新功能開發(fā)提供了環(huán)境基礎(chǔ)，同時(shí)能夠提供在不影響轉(zhuǎn)發(fā)面的前提下解決進(jìn)程級別故障及功能升級的能力（如圖4所示）。當(dāng)進(jìn)程發(fā)生故障或升級時(shí)，由于數(shù)據(jù)庫中的信息可以保持不變，而ASIC當(dāng)前的轉(zhuǎn)發(fā)面信息是通過數(shù)據(jù)庫變更觸發(fā)的，所以只要數(shù)據(jù)庫信息沒有變化，ASIC就能夠繼續(xù)保持正確的轉(zhuǎn)發(fā)狀態(tài)，直至進(jìn)程恢復(fù)后從數(shù)據(jù)庫中重新獲取狀態(tài)繼續(xù)運(yùn)行（基于數(shù)據(jù)庫當(dāng)前內(nèi)容以及最新的狀態(tài)計(jì)算是否需要更新數(shù)據(jù)庫），在整個(gè)切換過程中轉(zhuǎn)發(fā)面不受到影響。

圖4? 應(yīng)用故障/升級處理流程

在模塊化方案設(shè)計(jì)上，SONiC是首個(gè)將交換機(jī)軟件拆分為多個(gè)容器化組件的解決方案。SONiC的核心是針對云網(wǎng)絡(luò)場景，存在強(qiáng)烈的擴(kuò)展性和規(guī)模化管理的需求。容器化使得SONiC具有極高的可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理人員能夠快速引入第三方、專有或開源組件，而不對原有業(yè)務(wù)造成影響，如圖5所示。

圖5? SONiC模塊化方案

除此以外，SONiC還大量使用了現(xiàn)有的開源項(xiàng)目和開源技術(shù)，如Redis、Quagga、LLDPD以及自動(dòng)化配置工具Ansible、Puppet和Chef等，使得SONiC獲得了更強(qiáng)大的技術(shù)演進(jìn)能力。

銳捷在白盒領(lǐng)域表現(xiàn)卓越

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商的能力是制約白盒交換機(jī)應(yīng)用能否實(shí)現(xiàn)的主要因素。白盒交換機(jī)的開發(fā)取決于設(shè)備廠商的3個(gè)關(guān)鍵架構(gòu)（可靠性、可擴(kuò)展性和開放性）選擇和2個(gè)關(guān)鍵能力（芯片/SDK BUG修復(fù)能力和網(wǎng)絡(luò)軟件功能支持能力）。而銳捷網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域具有二十年軟硬件自主研發(fā)能力，恰好匹配了當(dāng)前的這些能力訴求。銳捷網(wǎng)絡(luò)以主動(dòng)擁抱變化的態(tài)度參與白盒交換機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)制定和商用落地，已經(jīng)成為了SONiC生態(tài)的主要合作伙伴之一。

銳捷網(wǎng)絡(luò)在白盒交換機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面，CPU采用標(biāo)準(zhǔn)的x86架構(gòu)，配合博通數(shù)據(jù)中心專用ASIC構(gòu)建了開放化白盒交換機(jī)的基礎(chǔ)，同時(shí)支持ONIE安裝環(huán)境、提供支持SAI的BSP+SDK包，并提供基于SONiC的軟件開發(fā)、咨詢服務(wù)。同時(shí)，銳捷網(wǎng)絡(luò)基于多年商用交換機(jī)的開發(fā)及規(guī)模商用經(jīng)驗(yàn)，積累了完整的軟、硬件測試案例及全自動(dòng)化測試套件、測試方法以及專業(yè)的測試人員，可以提供專業(yè)的硬件、軟件定制化服務(wù)，同時(shí)為白盒交換機(jī)的品質(zhì)提供了強(qiáng)有力的支撐和保障。

目前，銳捷網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)推出了25G/100G/400G三款白盒交換機(jī)平臺(tái)，并且已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)頭部公司大規(guī)模部署。銳捷網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)和運(yùn)營商白盒交換機(jī)產(chǎn)品的首選合作伙伴，隨著云計(jì)算行業(yè)的發(fā)展，銳捷網(wǎng)絡(luò)將在網(wǎng)絡(luò)開放領(lǐng)域發(fā)揮越來越大的作用。