SPOH技術引發交換機革命？

2019-11-05 01:35:37

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供稿：網友

　　今天的網絡就是一個數字化的社會；在這個"網絡社會"中，交換機是這個組織的重要樞紐；但是我們看到，目前這個"網絡社會"正面臨著嚴重的發展壓力，網絡用戶在成倍直線增長，網絡社會的功能在不斷豐富，多媒體、電子商務、ERP等新業務，與病毒、黑客等新安全風險一并迅速涌進網絡；復雜的多業務應用，要求"網絡社會"快速提升服務質量；而新興的電子商務等要害業務則對網絡提出更高的安全要求。
　　
　　交換機作為這個網絡社會的樞紐，承擔著疏導和維持秩序的重任，正面臨著QoS與ACL的雙重考驗。
　　
　　QoS（Quality of Service），就是ip數據的服務質量，體現了IP數據在網絡上傳輸的性能。在今天多業務的網絡應用環境中，QoS極為重要：它能夠把不同類型的數據進行分類，并根據分類進行優先級的標記；然后再根據優先級的不同，對網絡各種數據進行合理排隊，保證不同類型和等級的數據在通過交換機時，能夠獲得所需要的帶寬和服務策略，達到數據傳輸的順序性、完整性和實時性，保證網絡社會運行的秩序性和高效率。比如，一個備份數據原本比較次要，但在傳輸過程中有可能會造成網絡塞車；這時，通過指定合理的QoS，對它占用的帶寬進行約束，這樣就保證了其他要害應用的優先處理。
　　
　　ACL（access Control List），是指訪問控制列表，可以看成是用戶與設備可以得到服務和信息的控制列表。一方面，ACL作為網絡社會的一個權限檢查與治理機構，每個用戶和設備都具有自己的一個權限；通過訪問控制列表，可以針對不同的用戶，區別性地提供不同的訪問服務；另一個方面，ACL還在網絡中充當著"安全警察"的職責，通過ACL，可以對網絡資源進行訪問輸入和輸出的控制，實現對各種病毒和攻擊行為的限制或屏蔽，大大提高了網絡的安全性，成為一個有效的"安檢"關卡。
　　
　　如何適應網絡社會"升級"發展所需的功能要求，一個數據處理技術的"分權運動"勢在必行。在網絡社會中，交換機的每個端口就是最基本的個體成員，為提高整體網絡的數據交換處理能力，必須把原來由交換機核心模塊集中完成的全部數據處理功能，合理地分配到每個端口來完成，給予每個端口"公民"，以最充分的數據處理"權利"和"自由"，來一場徹底的"端口革命"，通過"解放每一端口的生產力"，讓數據交換真正進入一個"同步"時代，進而從根本上提高整個網絡社會的運行效率和數據處理能力，推動網絡社會駛入一個安全、高效、有序的嶄新世界。
　　
　　一、交換機的發展歷史
　　應用與技術的矛盾與天俱來，就好比人類社會中的"生產力"與"生產關系"的一對矛盾；網絡應用的發展，推動網絡技術的創新；而網絡技術的每一次突破，又加快了網絡應用的發展步伐；兩者在相互作用中，推動了人類社會的網絡化應用進程。
　　
　　我們知道，早期的數據處理是倚靠軟件來實現的。
　　
　　當時網絡用戶數較少，數據傳輸量也相對有限，通過軟件技術來實現路由、訪問控制等功能足以應付；但是，其性能嚴重受限，一般只能達到KPPS級別的處理能力；隨著用戶網絡規模擴大，網絡流量迅速增加，交換機的性能急劇下降，軟件處理模式很快就不堪重任。
　　
　　其后，集中式硬件處理時代到來。
　　
　　這個時期網絡開始走向普及，應用逐漸豐富，交換技術走向硬件處理階段，開始搭乘硬件快車。通過在治理模塊上添加功能豐富的ASCI芯片，集中式硬件處理數據，整機處理能力實現飛躍，達到了MPPS級，集中式硬件處理可謂"適逢其時"。
　　
　　但是，整個交換機只靠單個ASIC芯片來處理所有L2/L3/ACL/QOS/組播等功能，要想在網絡數據量不斷增長的同時保障線速交換，安全智能只是一種理想。在網絡走向各行各業、企業各種傳統應用不斷信息化、網絡化的過程中，集中式硬件處理承擔著一個過渡角色。
　　
　　因此，分布式硬件處理應運而生。
　　
　　分布式設計給網絡帶來了一場全新的技術革命，分布式設計是指在每個線卡上都配備專用的ASIC芯片，獨立完成線卡所有數據的L2/L3/ACL/QOS/組播等功能。通過分布式設計與集中式治理，整個系統更加健壯和穩定，處理能力得到極大提升，數據處理能力提高到了100MPPS級別。然而，線卡分布式的處理模式仍然有其自身難以克服的不足，線卡分布式硬件處理模式的實現機制，是每個線卡所有的數據行為都集中在當地的一個ASIC芯片實現，大量端口同時進行數據處理時（尤其ACL、QOS功能），無論ASIC芯片進行如何快速地設計，都必需面臨不同數據處理請求到達ASIC芯片后等待芯片進行資源調度的問題，無法同步進行處理，這在一定程度上影響了交換機的數據處理效率。
　　
　　通過對數據交換技術的發展回顧，我們看到從軟件處理模式到集中式硬件處理，再到線卡級分布式硬件處理，交換機技術發展已經走過了三代。這一發展歷程就好比人類社會的民主進化歷程，交換技術也經歷了一個由"中心高度集權"到"區域逐步分權"的轉變；每一次的變革，交換機的數據處理能力和性能發生了質的飛躍。但是，面對今天"大數據多業務"這一新需求，非凡在對于ACL、QOS等功能應用激增的情況下，交換機的數據交換技術在實現了線卡分布式設計之后，新的技術變革將走向何方呢？
　　
　　二、交換機面臨新挑戰
　　快速膨脹的"網絡社會"對作為數據處理中心的交換機提出了嚴重的挑戰。
　　
　　首先，面對超負荷的龐大數據傳輸，網絡業務的順利運行需要端到端的服務質量保證。在網絡數據傳輸中，往往存在數據量大小一致，但是根據需求各種業務的重要性不同，這就需要區分所有數據的優先級別來確保業務的有序進行。例如，一個公司正在召開一個重要的視頻會議，此時，一個日常的網絡存儲任務就會立即"禮讓"；假如一邊的電子商務交易正在進行，那么另一邊的文件傳輸就要稍作延緩。所以，作為網絡樞紐的交換機，必須具備強大的QOS功能，以保障要害業務的順利運行。
　　
　　其次，"多業務平臺"帶來的另一個應用需求是安全保障。越來越多的業務搭上網絡快車，很多要害業務容不得半點差錯；而恰恰在這時，病毒突如其來、黑客攻擊也不時光顧，網絡安全警鐘不斷拉響，去年的"沖擊波"病毒一度就造成了重大損害。要想更好的解決網絡世界的安全問題，必須要大量利用ACL技術，而這又進一步增加交換機的處理負擔。
　　
　　可見，"網絡社會"的迅速膨脹，"大數據多業務"增加了原有網絡"組織結構"運行的壓力；那如何來化解網絡新應用帶來的壓力，更好適應QoS與ACL的挑戰呢？
　　
　　從歷次應用與技術的矛盾發展規律來看，必須以新技術的革命，提升網絡的數據處理能力，以適應新應用"生產力"發展的需要。
　　
　　三、SPOH技術引發交換機革命？
　　SPOH技術（synchronization PRocess over hardware，即"同步式硬件處理"），通過最新的硬件芯片技術，讓交換機每個端口都具備獨立的數據處理能力，將分布在線卡層面的部分功能進一步分布到端口，實現了端口級的數據同步交換。
　　
　　由此，我們看到伴隨SPOH技術的誕生，一場前所未有的"端口革命"也將隨之爆發。SPOH技術通過解放"網絡社會"最基本的個體成員――"每個數據端口"，將數據處理的"民主化"進程進行到底，以此充分調動每個端口成員的"積極性"和"主動性"，端口獨立完成部分的數據處理任務（QOS和ACL功能），最終達到從根本上提升交換機整機的數據處理能力。可以預見，通過這次端口革命，將使傳統交換機的每個端口變成一個獨立的交換機。
　　
　　通過對交換機數據處理的L2/L3/QOS/ACL/組播等行為進行深入分析后可以發現，不同的數據處理行為對端口的依靠性是不同的：L2/L3/組播等數據在不同端口之間轉發，與多個端口關聯，需要統一協調關聯端口的資源情況；而ACL和QOS則依靠于獨立的單個端口，實施效果則是受制于端口本身的資源情況。
　　
　　SPOH技術模式就是針對ACL、QOS等獨立端口的數據處理行為，進行徹底的分布式設計，實現端口級分布式硬件處理，達到各不同端口可以同步處理ACL、QOS功能。
　　
　　具體而言，SPOH技術的具體實現機制是，在線卡分布式設計的基礎上，為各個物理端口配備專用的FFP（FFP: fast filter processor）處理模塊，FFP模塊可以實現硬件處理QoS與ACL功能，實現整機數據端口級同步處理ACL/QOS；同時，通過線卡芯片線速轉發L2/L3/組播數據，實現了從線卡到端口的全面分布式硬件設計，有效分流、緩解線卡ASIC芯片的負載壓力，極大地提升交換機的整體數據處理能力。
　　
　　附：各種數據處理模式下的測試結果列表
　　
　　測試條件：每端口啟用ACL與QOS功能，發送端口使用Smartbit設備線速發送每端口滿負荷100%數據，接收端口采用Smartbit設備進行接收，得出測試數據
　　