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ll Programmable SDN交換機加速網絡功能虛拟化 [2017/3/23]

ll Programmable SDN交換機加速網絡功能虛拟化- 網絡功能虛拟化(NFV), 以太網交換機, 可編程COTS NIC
基于賽靈思FPGA的可編程COTS NIC可将NFV軟件應用性能提升50倍。

向網絡功能虛拟化(NFV)和軟件定義網絡(SDN)的轉變代表了近20年來最具變革性的架構網絡發展趨勢。由于NFV和SDN承諾系統開放性和網絡中立性,因此有望給未來的通信網絡和業務的成形造成深遠影響。

Ethernity Networks公司正在利用賽靈思器件,率先向市場推出真正開放的、高度可編程的SDN和NFV解決方案。讓我們來看一下Ethernity公司在首次探索NFV和SDN的前景和要求之後,是如何打造其解決方案的。

硬件和NFV/SDN變革遍地開花 

過去幾十年間的網絡基礎架構業務在很大程度上可謂是大型機業務模式的延續,在這種模式下,屈指可數的幾家大型公司提供專有局端基礎設備,而這些設備又運行專有的軟件,這樣構建的全部意圖都是為了不與競争對手的系統進行通信。在大多數情況下,基礎架構廠商為其客戶的每個網絡節點都創建定制硬件,并将每個節點都構建成最低可編程性和可升級性節點,以确保那些希望對網絡進行擴展或升級的客戶會從同一廠商旗下購買下一代設備;或者讓客戶完全無法選擇從其他公司購買全新網絡,最終隻能重蹈覆轍。

在過去五年中,來自運營商、學術機構以及廠商的新貴一直在呼籲,即通過最大化硬件與軟件的可編程性來過渡到無處不在的硬件、網絡中立、開放系統以及軟件兼容性。NFV和SDN是這一發展趨勢的先鋒,為這一不斷成長且一定會成功的革命高舉旗幟。

憑借NFV,公司可通過軟件在商用的通用硬件平台上運行各種網絡功能,這與在昂貴的定制專有硬件上運行每項特定網絡任務截然不同。将這些無處不在的開放式平台的可編程性最大化,使公司能夠在數據中心甚至更小的網絡節點中運行衆多之前由特定硬件設備執行的任務。NFV允許運營商根據需要隻将給定服務的新網絡軟件上傳到商用硬件資源,從而可以進一步減少創建新的網絡服務所需的時間。運營商因此可以輕松擴展網絡并為其公司選擇同類最佳功能,而不用被迫購買和使用軟件靈活性有限的新型專有硬件。

NFV是有效的,因為網絡中的很多節點都具有一般性的功能要求。具備一般性要求的節點包括交換機和路由器、數百萬流分類、訪問控制列表(ACL)、狀态流感知、深度數據包檢測 (DPI)、隧道網關、(液位計液位變送器電容式液位計電容式液位變送器物位開關料位開關)的流量分析、性能監控、分段、安全性、虛拟路由器和交換機。但NFV自身也面臨諸多挑戰。預計因特網和數據中心流量在未來幾年内将呈指數級增長,因此網絡局端基礎設備必須能夠應對流量的巨大增長。僅依靠軟件可編程性并不足以使通用硬件能夠随着帶寬需求的增長而進行輕松擴展。無處不在的硬件需經過重新編程來優化總體系統性能。這允許廠商和運營商以“更智能,而不是更辛苦的工作”方式來利用NFV和SDV,從滿足運營商的最終客戶(即消費者)不斷提高的網絡要求。真正的軟/硬件可編程基礎架構才是真正實現NFV和SDN的願景的唯一方式。

SDN同時在物理與虛拟設備中的網絡控制層與底層數據轉發層之間使用基于标準的軟件抽象,這消除了傳統分布式網絡基礎架構複雜且靜态的本質,是一種現代的聯網方法。在過去五年中,行業制定了一項标準數據層抽象協議OpenFlow,其提供的新穎實用方法可以借助基于集中軟件的控制器來配置網絡架構。

具有集中軟件配置的開放式SDN平台通過可編程性和自動化顯著提升了網絡敏捷性,同時大幅降低了網絡運營成本。OpenFlow等業界标準數據層抽象協議使提供商可以自由使用任何類型和品牌的數據層設備,因為所有底層網絡硬件均可通過一種通用抽象協議來進行尋址。重要的是,OpenFlow便于使用“裸機交換機”,同時避免傳統廠商的套牢,使運營商同樣能夠自由選擇目前可在IT基礎設施的其他領域(如服務器)中輕松找到的網絡。

由于SDN還處于起步階段,因此标準仍在不斷演進。這意味着設備廠商和運營商需要防範風險,并利用FPGA的硬件及軟件的可編程性,以最大的靈活性對SDN設備進行設計和操作。目前上市的基于FPGA的SDN設備即使對于大規模部署也相當實惠。基于FPGA的SDN設備具有高度的高硬件與軟件靈活性并且盡可能符合OpenFlow協議要求。

性能加速需求 

或許,對NFV和SDN而言,要超越開放性最關鍵的要求就是高性能。盡管NFV硬件看起來比專有系統更便宜,但NFV架構需要保持極富競争力的大數據量,滿足下一代網絡的複雜處理要求并不斷提升能效。

實際上,NFV基礎設施小組規範(Infrastructure Group Specification)包含一個特殊部分,其描述了對加速功能的需求,以提升網絡性能。此規範描述了處理器組件如何将某些功能轉移到網卡 (NIC) 以支持某些加速功能,包括TCP分段、互聯網協議(IP)分片、DPI、數百萬條目的過濾、加密、性能監控/計數、協議互通與OAM以及其他加速功能。

驅動這種加速的主要引擎是NIC,其配備了物理以太網接口,供服務器連接到網絡。當某個數據包通過10GE、40GE或100GE端口到達NIC時,根據标簽信息(如IP、MAC或VLAN)将數據包放置在虛拟端口 (VP) 或代表特定虛拟機(VM)的隊列中。随後位于服務器上的合适的虛拟機直接對數據包進行DMA訪問以進行處理。每個虛拟網絡功能(VNF)都在不同虛拟機上運行,并且某些網絡功能需要使用多個甚至數十個虛拟機。