探討SONiC-DASH網(wǎng)絡(luò)可編程技術(shù)

SONiC（Software for Open Networking in the Cloud，云中開放網(wǎng)絡(luò)軟件）是一個基于 Linux 的開源網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng) (NOS)，旨在為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)環(huán)境帶來靈活性和效率。與傳統(tǒng)的專有網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)相比，SONiC的核心思想是引入開放網(wǎng)絡(luò)原則，即將硬件與軟件解耦，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的操作系統(tǒng)可以在各種硬件平臺上運行，從而促進(jìn)了互操作性。SONiC是最受歡迎的網(wǎng)絡(luò)開源項目之一。 SONiC-DASH是SONiC NOS的擴展，全稱為Disaggregated API for SONiC Hosts，簡稱DASH。它是一款開源軟件，旨在利用各種智能網(wǎng)卡（SmartNIC）、智能交換機（SmartSwitch）、數(shù)據(jù)處理單元（DPU）、IPU、加速器和其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為云應(yīng)用提供企業(yè)級網(wǎng)絡(luò)性能。

DASH的設(shè)計目標(biāo)是將SONiC擴展到標(biāo)準(zhǔn)功能之外，允許在邊緣或者定制網(wǎng)絡(luò)路徑上使用。通過DASH，管理員能夠利用外部處理元件來卸載CPU并加速各種任務(wù)，例如人工智能/機器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)分析、深度數(shù)據(jù)包檢測、媒體和信號處理、虛擬現(xiàn)實以及科學(xué)和軍事應(yīng)用等。DASH還提供了一個框架，用于編寫這些服務(wù)的行為模型，以及測試用例。 DASH 的主要目標(biāo)是讓可編程技術(shù)足夠具體，以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能并充分利用商用硬件技術(shù)，從而實現(xiàn)10倍甚至100倍的狀態(tài)連接性能。

SONiC 和 DASH 架構(gòu)

SONiC 是一款專為交換機（包括TOR交換機、spine交換機和邊界leaf交換機）量身定制的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備管理提供了強大的框架，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)操作的可編程性和自動化。 另一方面，DASH主要運行在智能設(shè)備上，專注于從CPU上卸載處理任務(wù)以提升任務(wù)加速。DASH 利用 SONiC 提供的現(xiàn)有 API 擴展其功能來與基于 SONiC 的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境集成。 DASH 建立在 SONiC 的基礎(chǔ)系統(tǒng)架構(gòu)之上。它仍然依賴于 redis-db 作為數(shù)據(jù)和模塊的中心點，這些數(shù)據(jù)和模塊打包到容器中，發(fā)布/訂閱數(shù)據(jù)并與外部環(huán)境進(jìn)行交互。DASH 由 SONiC 模塊組成，并進(jìn)行了一些擴展，可以與現(xiàn)有 SONiC 生態(tài)系統(tǒng)無縫集成。 下圖展示了 DASH 擴展或添加的模塊以及它們之間的交互：

圖 1：SONiC 和 DASH 架構(gòu) 如果我們將 DASH 視為與外部環(huán)境交互的黑盒軟件，則會涉及兩個主要組件用于通信。第一個是北向API，稱為DASH API，它方便SDN控制器對DASH的管理。第二個是南向 API，它是一種擴展的 SAI API（交換機抽象接口 API），提供獨立于供應(yīng)商的機制來控制轉(zhuǎn)發(fā)元件。 DASH擴展的組件：

gNMI容器：負(fù)責(zé)實現(xiàn)gNMI協(xié)議的組件，基于gRPC和Protocol Buffers。它支持使用基于 gNMI 的網(wǎng)絡(luò)管理工具和平臺遠(yuǎn)程管理和配置 SONiC-DASH 設(shè)備。

Redis DB：主要用于存儲實時操作數(shù)據(jù)以及SONiC生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)各個組件之間的通信。

orchagent：負(fù)責(zé)將高級配置轉(zhuǎn)換為低級操作的關(guān)鍵組件。Orchagent 抽象了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置，使 SONiC 能夠通過與 SAI API 接口在各種硬件平臺上無縫工作，SAI API 提供了用于訪問特定于硬件的功能的標(biāo)準(zhǔn)化接口。

交換機抽象接口（SAI）API：提供標(biāo)準(zhǔn)化編程接口，抽象不同底層交換ASIC和硬件平臺的功能。

DASH 配置由 SDN 控制器編排，管理基礎(chǔ)設(shè)施物理層（underlay）之上建立的overlay層。SDN 控制器和 DASH 設(shè)備之間的通信通過托管在新 SONiC-DASH 容器內(nèi)的基于 gRPC 的 gNMI 端點進(jìn)行。在 DASH 容器中，在 gNMI 中建模的 SDN 配置被轉(zhuǎn)換為 Redis DB 中的 DASH_APP_DB 對象。

隨后，交換機狀態(tài)服務(wù) (SWSS) 容器內(nèi)的 SONiC orchagent得到增強，可將這些對象轉(zhuǎn)換和解釋為 ASIC_DB 對象，包括新引入的 DASH 特定 SAI 對象。然后，改進(jìn)的syncd利用供應(yīng)商特定的SAI 庫來配置數(shù)據(jù)平面。

DASH管道

DASH 在傳統(tǒng) SONiC 管理的底層基礎(chǔ)設(shè)施之上建立了overlay服務(wù)。這種overlay服務(wù)或應(yīng)用利用管道作為自適應(yīng)處理單元，允許創(chuàng)建自定義處理邏輯，每個階段都描述了一系列表，表項根據(jù)指定的標(biāo)準(zhǔn)匹配數(shù)據(jù)包并執(zhí)行相應(yīng)的操作。這些管道位于數(shù)據(jù)平面(例如SmartNIC, DPU)，支持動態(tài)配置。 此外，還可以對管道進(jìn)行編程，以動態(tài)適應(yīng)不斷變化的網(wǎng)絡(luò)需求。這種靈活性支持定義針對特定數(shù)據(jù)包行為的操作，如丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)、修改或保存。例如，入站數(shù)據(jù)包處理管道可以管理發(fā)往虛擬網(wǎng)絡(luò) (VNET) 內(nèi)的虛擬機 (VM) 的流量。

圖2：入站數(shù)據(jù)包處理管道 DASH 是一個相對較新的項目，目前已經(jīng)為云提供了一些初始服務(wù)。 以下是支持的應(yīng)用程序：

VNET 到 VNET - 允許 VNET 中的 VM 到 VM 通信、路由支持、LPM 支持、ACL 支持；

VNET 對等互連 - 連接兩個或多個虛擬網(wǎng)絡(luò)；

高可用性 (HA) - 在故障轉(zhuǎn)移的情況下提高可用性;

負(fù)載均衡 - 使用虛擬機之間的直接路徑在端點之間分配傳入網(wǎng)絡(luò)流量以確保高效利用；

服務(wù)隧道和專用鏈路 - 在允許訪問的 VNET 的專用鏈路之間建立連接；

加密網(wǎng)關(guān) - 管理網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)流量的加密和解密的服務(wù)；

快速路由網(wǎng)關(guān) - 允許客戶建立云服務(wù)的私有和專用連接。

P4和 DASH

P4是一種特定于領(lǐng)域的編程語言，旨在定義交換機和路由器等轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備如何處理網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包。與傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)語言不同，P4 專注于提供高水平的抽象來對數(shù)據(jù)平面進(jìn)行編程，讓網(wǎng)工能夠自定義和優(yōu)化數(shù)據(jù)包處理，無需依賴于特定的硬件或協(xié)議。

P4 是協(xié)議無關(guān)的，這意味著它允許用戶定義數(shù)據(jù)包處理的行為，無需綁定到特定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。在快速發(fā)展的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，新的協(xié)議和技術(shù)不斷涌現(xiàn)，P4 的靈活性顯得尤其有價值。借助 P4，網(wǎng)絡(luò)運營商可以調(diào)整其基礎(chǔ)設(shè)施來支持這些變化，無需進(jìn)行大量硬件升級或更換。

P4 的主要用例之一是SDN環(huán)境。SDN將控制平面與數(shù)據(jù)平面分離，允許網(wǎng)絡(luò)管理員動態(tài)地控制和管理網(wǎng)絡(luò)行為。P4 支持在數(shù)據(jù)平面中對自定義數(shù)據(jù)包處理邏輯進(jìn)行編程，從而促進(jìn)高度靈活和可編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)建。
DASH 定義了數(shù)據(jù)平面設(shè)備處理數(shù)據(jù)包的方法，主要通過管道來實現(xiàn)。而P4 用于建模和描述 DASH 管道。通過P4，網(wǎng)工可以定義在硬件中執(zhí)行的自定義數(shù)據(jù)包處理邏輯，從而減輕通用 CPU 的工作負(fù)擔(dān)并加快數(shù)據(jù)包處理速度。

P4代碼是數(shù)據(jù)平面行為的最終規(guī)范。具體來說，通過使用P4代碼或由P4編譯器生成的P4Info，可以自動生成DASH SAI頭文件，從而建立P4代碼與相應(yīng)的DASH-SAI API之間的連接。此外，用于測試overlay服務(wù)的SAIThrift代碼也是自動生成的。這種集成突顯了P4作為數(shù)據(jù)平面行為的單一來源的重要性。 需要注意的是，P4用于描述數(shù)據(jù)平面的行為，用于生成頭文件，但數(shù)據(jù)平面本身的實現(xiàn)并不一定要在P4中進(jìn)行。如何實現(xiàn)數(shù)據(jù)平面取決于硬件供應(yīng)商，但必須符合P4中描述的模型。

圖 3：帶有 P4 的 DASH 管道

如前所述，DASH是SONiC的擴展，其代碼庫和API有單獨的存儲庫。盡管有這些單獨的存儲庫，但構(gòu)建過程通過其指定的構(gòu)建環(huán)境（稱為SONiC-buildimage）與SONiC無縫集成。在啟動SONiC構(gòu)建時，DASH代碼會自動包含并編譯，以確保其集成到SONiC生態(tài)系統(tǒng)中。為了確保操作功能的完整性，某些組件必須與DASH一起構(gòu)建。 DASH旨在通過增強硬件編程來實現(xiàn)廣泛的網(wǎng)絡(luò)功能，它借助SONiC的架構(gòu)和關(guān)鍵組件，并遵循SDN方法來實現(xiàn)數(shù)據(jù)平面。盡管DASH仍處于開發(fā)階段，但已經(jīng)與SONiC的主流基線集成。當(dāng)前，硬件供應(yīng)商還需要更多時間來發(fā)布符合DASH標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備。我們看到了這項技術(shù)的巨大潛力，它將成為未來網(wǎng)絡(luò)實施的一個重要組成部分。

審核編輯：黃飛