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，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)絡規(guī)模越來越大，從大型/超大型數(shù)據(jù)中心的建設中就可見一斑。進入5G時代，數(shù)據(jù)匯聚情況將進一步加劇，在這個大背景下，如何繼續(xù)提高數(shù)據(jù)中心規(guī)?；б妫约叭绾谓鉀Q超大型云計算中心異構網(wǎng)絡的運維、排障及自動化問題，是每個數(shù)據(jù)中心架構設計師都要面對的挑戰(zhàn)。

為了應對上述挑戰(zhàn)，SDN/NFV等技術被廣泛使用，同時也帶動了白盒交換機的發(fā)展機遇。白盒交換機與傳統(tǒng)交換機的區(qū)別在于：白盒交換機采用開放的架構，致力于實現(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，還能縮短開發(fā)周期，加速軟硬件技術的創(chuàng)新。

白盒交換機的系統(tǒng)架構

在傳統(tǒng)交換機的架構下，NOS由各設備廠商自行開發(fā)，芯片廠商負責提供ASIC芯片和SDK，設備廠商在此基礎上進行二次開發(fā)以適配各自的NOS系統(tǒng)，并開發(fā)各類APP用于實現(xiàn)具體的網(wǎng)絡功能。同時，傳統(tǒng)交換機的軟硬件開發(fā)均由設備廠商提供，致使系統(tǒng)完全封閉，無法適應新功能快速開發(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)交換機架構與SONiC白盒交換機架構

為解決以上問題，需要將傳統(tǒng)交換機的架構進行分層開放，并推動標準化進程。

首先，推動硬件開源和標準化。開放計算項目（Open Compute Project，以下簡稱OCP）通過定義一系列硬件設計標準，其中包括部分推薦或參考設計，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)絡設備供應商通過開放的設計，能更快更好地推出符合OCP規(guī)格的硬件產(chǎn)品。

其次，推動Booloader的開源，用來安裝和啟動符合要求的交換機軟件系統(tǒng)。ONIE由Cumulus在2013年孵化并開源，基于Linux的小型操作系統(tǒng)，可以在交換機上啟動并發(fā)現(xiàn)本地網(wǎng)絡上可用的安裝程序映像，同時能夠將合適的映像傳輸?shù)浇粨Q機，然后提供一個安裝環(huán)境，以便安裝程序可以將網(wǎng)絡操作系統(tǒng)加載到交換機，使得交換機和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)供應商專注于交換機和操作系統(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NOS的開源和標準化。一方面南向適配不同ASIC平臺，另一方面北向為APP提供統(tǒng)一的API，從而實現(xiàn)軟硬件的解耦。微軟在2017年向OCP貢獻了交換機抽象接口（SAI），并正式發(fā)布了SONiC，SONiC的所有軟件功能模塊都開源，這極大地推動了OCP社區(qū)以及其他廠商/用戶在開放網(wǎng)絡方面的創(chuàng)新。SONiC通過將SAI作為南北向互聯(lián)的中間件，屏蔽不同ASIC之間的驅動差異，也正是由于SAI的存在，SONiC的網(wǎng)絡功能應用才能夠支持多個廠家的ASIC。

圖2 OCP交換機生態(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)絡芯片供應商都在其SDK上支持SAI，并配合微軟為SAI版本添加新的擴展功能：如博通、Marvell、Barefoot正在推動SAI的監(jiān)控和遙測功能發(fā)展，以深入挖掘ASIC特性并提供強大的網(wǎng)絡分析功能；Mellanox、Cavium、戴爾、盛科為SAI提供協(xié)議通知，包括MPLS、增強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)絡應用；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架構的新技術特性

SAI是SONiC的核心，并為SONiC提供了統(tǒng)一的API。網(wǎng)絡硬件供應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，且無需軟件進行特定的適配，這種方式使得供應商在硬件產(chǎn)品開發(fā)方面能夠快速迭代、創(chuàng)新。

在數(shù)據(jù)架構方面，SONiC使用數(shù)據(jù)庫架構代替原有的模塊化耦合架構，將應用模塊之間的傳遞數(shù)據(jù)模式變成應用模塊之間通過數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換的模式，從關注流程轉變?yōu)殛P注數(shù)據(jù)，實現(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，不僅為新功能開發(fā)提供了環(huán)境基礎，同時能夠提供在不影響轉發(fā)面的前提下解決進程級別故障及功能升級的能力（如圖4所示）。當進程發(fā)生故障或升級時，由于數(shù)據(jù)庫中的信息可以保持不變，而ASIC當前的轉發(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)保持正確的轉發(fā)狀態(tài)，直至進程恢復后從數(shù)據(jù)庫中重新獲取狀態(tài)繼續(xù)運行（基于數(shù)據(jù)庫當前內容以及最新的狀態(tài)計算是否需要更新數(shù)據(jù)庫），在整個切換過程中轉發(fā)面不受到影響。

圖4? 應用故障/升級處理流程

在模塊化方案設計上，SONiC是首個將交換機軟件拆分為多個容器化組件的解決方案。SONiC的核心是針對云網(wǎng)絡場景，存在強烈的擴展性和規(guī)?；芾淼男枨?。容器化使得SONiC具有極高的可擴展性，網(wǎng)絡運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)有的開源項目和開源技術，如Redis、Quagga、LLDPD以及自動化配置工具Ansible、Puppet和Chef等，使得SONiC獲得了更強大的技術演進能力。

銳捷在白盒領域表現(xiàn)卓越

網(wǎng)絡設備廠商的能力是制約白盒交換機應用能否實現(xiàn)的主要因素。白盒交換機的開發(fā)取決于設備廠商的3個關鍵架構（可靠性、可擴展性和開放性）選擇和2個關鍵能力（芯片/SDK BUG修復能力和網(wǎng)絡軟件功能支持能力）。而銳捷網(wǎng)絡在數(shù)據(jù)通信領域具有二十年軟硬件自主研發(fā)能力，恰好匹配了當前的這些能力訴求。銳捷網(wǎng)絡以主動擁抱變化的態(tài)度參與白盒交換機的標準制定和商用落地，已經(jīng)成為了SONiC生態(tài)的主要合作伙伴之一。

銳捷網(wǎng)絡在白盒交換機產(chǎn)品設計方面，CPU采用標準的x86架構，配合博通數(shù)據(jù)中心專用ASIC構建了開放化白盒交換機的基礎，同時支持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。同時，銳捷網(wǎng)絡基于多年商用交換機的開發(fā)及規(guī)模商用經(jīng)驗，積累了完整的軟、硬件測試案例及全自動化測試套件、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，同時為白盒交換機的品質提供了強有力的支撐和保障。

目前，銳捷網(wǎng)絡已經(jīng)推出了25G/100G/400G三款白盒交換機平臺，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)絡已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)和運營商白盒交換機產(chǎn)品的首選合作伙伴，隨著云計算行業(yè)的發(fā)展，銳捷網(wǎng)絡將在網(wǎng)絡開放領域發(fā)揮越來越大的作用。
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