軟件定義網(wǎng)絡(luò)走向縱深，算力設(shè)施迎來新機(jī)遇！

隨著各行各業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型持續(xù)深入，應(yīng)用場景進(jìn)一步擴(kuò)大、數(shù)據(jù)呈爆發(fā)式增長，對下一代基礎(chǔ)設(shè)施算力、網(wǎng)絡(luò)等都產(chǎn)生了新需求。一方面，新的數(shù)據(jù)中心架構(gòu)將利用軟件定義、硬件加速的基礎(chǔ)設(shè)施，提供智能性、安全性和靈活性。另一方面，越來越多的企業(yè)將開始利用AI、5G和新的計(jì)算平臺，快速部署新的服務(wù)和業(yè)務(wù)模型。這些發(fā)展趨勢無不對基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)等帶來新的挑戰(zhàn)。

SDN時(shí)代，開源的P4成為熱點(diǎn)

P4(Programming Protocol-Independent Packet Processors)是一種開源的數(shù)據(jù)平面高級編程語言，專為編程可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，用來指定數(shù)據(jù)平面設(shè)備(交換機(jī)、DPU/IPU、路由器、 OVS等)如何處理數(shù)據(jù)包。也就是說，P4 本質(zhì)上是一門針對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理的領(lǐng)域?qū)Ｓ谜Z言（Domain Specific Language），從它的全稱也可以看出，P4 最主要的特點(diǎn)就是與具體的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議無關(guān)，這與蓬勃興起的 SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）概念不謀而合。隨著SDN發(fā)展走向縱深，P4也成為了新的研究熱點(diǎn)。

日前，由英特爾、ONF社區(qū)倡議發(fā)起，江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院協(xié)辦的英特爾2022 P4中國黑客松啟動(dòng)會(huì)在線圓滿舉行。來自英特爾、阿里云、江蘇省未來網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新研究院的專家，與來自高校和科研院所的近200名選手齊聚線上，圍繞英特爾2022 P4中國黑客松活動(dòng)及P4、Tofino芯片等技術(shù)干貨進(jìn)行了深度交流。英特爾數(shù)據(jù)中心集團(tuán)交換網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部中國區(qū)總經(jīng)理周剛，就可編程網(wǎng)絡(luò)與P4、Tofino技術(shù)、可編程網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展等話題、接受了<與非網(wǎng)>等媒體采訪。

未來網(wǎng)絡(luò)及設(shè)備所面臨的挑戰(zhàn)

隨著數(shù)據(jù)流不斷增加，全球數(shù)據(jù)正在經(jīng)歷急劇擴(kuò)張，IDC預(yù)計(jì)2025年將增加至175ZB。

談及網(wǎng)絡(luò)與10年、20年前的差異，周剛認(rèn)為變化是翻天覆地的，特別是軟件工作負(fù)載所面臨的挑戰(zhàn)更大，因?yàn)椴徽撌枪性七€是電信網(wǎng)絡(luò)提供商，正在轉(zhuǎn)向基于容器的處理、微服務(wù)編排和自動(dòng)化的云本地架構(gòu)。此外，AI和不斷變化的日新月異的工作負(fù)載也催生了不斷增長的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需求，大帶寬或者說確定性的網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延等都是未來網(wǎng)絡(luò)的特征。

基于這些趨勢，周剛認(rèn)為未來網(wǎng)絡(luò)必須具備幾大能力：第一，要支持超低時(shí)延、超高帶寬、超大規(guī)模的聯(lián)結(jié)能力。第二，要確保確定性服務(wù)和差異化服務(wù)的能力，特別是遠(yuǎn)程醫(yī)療、自動(dòng)駕駛等，對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力提出了更高要求。第三，在網(wǎng)絡(luò)計(jì)算、存儲(chǔ)等領(lǐng)域，要求多維資源一體化并具備多維資源統(tǒng)一調(diào)度的能力。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及相關(guān)解決方案則需要具備以下能力：首先，要簡化硬件設(shè)備，同時(shí)保證其處理性能，并通過軟件定義的方式增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)彈性。其次，要具備智慧大腦，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的智能化。第三，要實(shí)現(xiàn)內(nèi)生安全、主動(dòng)安全，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)更安全的網(wǎng)絡(luò)。

滿足端到端的可編程需求

“可編程網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為必然趨勢，2017年，英特爾在中國市場開始導(dǎo)入P4語言和可編程概念。經(jīng)過五年發(fā)展，基本深入各行各業(yè)”，周剛介紹，“在公有云、數(shù)據(jù)中心、電信或泛網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，P4作為可編程網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵語言，基本成為了市場標(biāo)準(zhǔn)。”

事實(shí)上，網(wǎng)絡(luò)編程語言P4最早創(chuàng)建于2013年，之后成為描述網(wǎng)絡(luò)設(shè)備（包括NIC，交換機(jī)和路由器）如何轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包的標(biāo)準(zhǔn)方式。P4與可編程數(shù)據(jù)平面的研究，已經(jīng)引起了學(xué)術(shù)界與工業(yè)界的廣泛關(guān)注，近幾年各大頂級會(huì)議和期刊上P4相關(guān)的學(xué)術(shù)論文大量涌現(xiàn)，作為一個(gè)開放的生態(tài)，目前已經(jīng)有谷歌、AT&T、阿里巴巴、騰訊在內(nèi)的超過100家世界知名大型公司加入P4語言聯(lián)盟，中國也有越來越多的玩家為P4社區(qū)做出貢獻(xiàn)。

對于P4的應(yīng)用情況，周剛解釋說，它是面向最終用戶的語言，類似Python。由于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)芯片多數(shù)功能都已固化，如果用戶有新需求，往往要等芯片供應(yīng)商18、24個(gè)月甚至更長時(shí)間做迭代。而P4最大的特點(diǎn)就是簡單、高效、易上手，有網(wǎng)絡(luò)編程基本知識的開發(fā)者，基本經(jīng)過一個(gè)周末的培訓(xùn)就可以完成簡單的P4代碼，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)功能，三天或一周就可以交付新網(wǎng)。

在軟件定義網(wǎng)絡(luò)、可編程網(wǎng)絡(luò)的概念中，與編程語言同樣重要的還有可編程的芯片。在這方面，英特爾早些年已經(jīng)推出了號稱全球首款面向用戶的可編程網(wǎng)絡(luò)芯片Tofino。周剛表示，Tofino是全可編程的網(wǎng)絡(luò)芯片，沒有任何固化的設(shè)計(jì)，所有功能都是通過軟件來實(shí)現(xiàn)的，且Tofino系列一直在更新，Tofino 1的處理能力從1.8T到6.4T，Tofino 2處理能力有12.8T，Tofino 3處理能力最大可達(dá)25.6T。和傳統(tǒng)的交換芯片相比，Tofino交換芯片在不損失功耗性能以及成本的基礎(chǔ)上，額外引入了P4，可以給最終用戶帶來可編程性。

此外，還有基于用例驅(qū)動(dòng)的框架，比如IPDK，基于對業(yè)務(wù)邏輯和框架的不同需求，可以優(yōu)化IPDK框架以及不同的轉(zhuǎn)發(fā)平臺，并且屏蔽硬件的差異性。此外，IPDK的開發(fā)以及管理都遵循開源開放的標(biāo)準(zhǔn)，并提供了一些預(yù)先編譯好的容器，便于用戶直接運(yùn)行和評估。

周剛強(qiáng)調(diào)，不論是包括CPU的虛擬網(wǎng)絡(luò)，IPU或DPU側(cè)的網(wǎng)絡(luò)功能加速，以及交換機(jī)、路由器等骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些環(huán)節(jié)都需要高效靈活的網(wǎng)絡(luò)可編程能力。導(dǎo)入P4的可編程網(wǎng)絡(luò)平臺，在快速響應(yīng)市場需求、在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的智能需求等方面，能夠滿足未來網(wǎng)絡(luò)端到端的數(shù)據(jù)需求。

隨著“新基建”、“東數(shù)西算”等戰(zhàn)略走向縱深，未來需要構(gòu)建面向低時(shí)延的確定性網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)IPV6、SRv6方面的創(chuàng)新。周剛認(rèn)為，這些都要求網(wǎng)絡(luò)在實(shí)現(xiàn)這些新動(dòng)能的同時(shí)，可編程的能力要簡單易用，P4將會(huì)有更進(jìn)一步的連接算力能力的體現(xiàn)?？梢哉f，未來算力網(wǎng)絡(luò)的底座和基石就是P4可編程。

不斷壯大的P4生態(tài)

P4打開了網(wǎng)絡(luò)封閉的大門，通過業(yè)務(wù)可編程帶動(dòng)了創(chuàng)新應(yīng)用，進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)的能效比。而基于P4打造端到端的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，更需要開放社區(qū)的集體智慧，需要更多的年輕工程師加入，為未來的可編程網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新注入新的活力。

據(jù)了解，“英特爾2022 P4中國黑客松”旨在培養(yǎng)和發(fā)掘P4杰出人才，幫助開發(fā)者通過P4語言構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、機(jī)器學(xué)習(xí)及人工智能、高性能計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)測量及優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)安全等場景下的應(yīng)用，提升P4開發(fā)者創(chuàng)新能力，促進(jìn)P4可編程網(wǎng)絡(luò)生態(tài)建設(shè)。

周剛強(qiáng)調(diào)，P4生態(tài)中最重要的是人才培養(yǎng)，特別是面向高校的未來工程師的培養(yǎng)。通過黑客松活動(dòng)，希望鼓勵(lì)更多的青年學(xué)生加入到P4陣營中。當(dāng)然，在圍繞P4全方位的人才培養(yǎng)中，“黑客松”只是其中一個(gè)活動(dòng)，其他還包括特訓(xùn)營、網(wǎng)絡(luò)學(xué)術(shù)計(jì)劃、P4開放社區(qū)等等。未來，不論是算力網(wǎng)絡(luò)、云網(wǎng)絡(luò)還是新興的邊緣網(wǎng)絡(luò)，可編程技術(shù)將會(huì)是基石，而P4可以說已經(jīng)成為了行業(yè)公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)，通過越來越豐富的開放平臺，希望能給更多用戶帶來更大的業(yè)務(wù)價(jià)值，夯實(shí)可編程網(wǎng)絡(luò)的基座。