作為數(shù)據(jù)中心的交通樞紐，網(wǎng)絡(luò)連接著所有運(yùn)行應(yīng)用業(yè)務(wù)的設(shè)備，發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也在不斷發(fā)展進(jìn)化，其中也包括可編程技術(shù)。

可編程技術(shù)為使用者提供了極大的靈活性，用戶通過(guò)計(jì)算機(jī)指令，可選擇不同的通道和不同的電路功能，稱為編程控制。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的硬件內(nèi)部一般由 CPU、內(nèi)存、Flash、轉(zhuǎn)發(fā)芯片、FPGA、EEPROM 等芯片組成，這些大部分都是可編程芯片。但轉(zhuǎn)發(fā)芯片絕大部分都不是可編程芯片，轉(zhuǎn)發(fā)芯片的硬件轉(zhuǎn)發(fā)邏輯早已設(shè)計(jì)好，無(wú)法通過(guò)調(diào)整軟件參數(shù)去更改。隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和虛擬化技術(shù)給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的巨大的沖擊和挑戰(zhàn)，網(wǎng)絡(luò)固定的轉(zhuǎn)發(fā)模式顯然已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)新技術(shù)的應(yīng)用。

直到英特爾為用戶和網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商帶來(lái)了英特爾 P4?可編程語(yǔ)言和英特爾?Tofino 芯片。

通過(guò)利用英特爾 P4?可編程語(yǔ)言來(lái)定制白盒解決方案或固定配置產(chǎn)品，用戶可以在數(shù)周內(nèi)部署新協(xié)議，而不需要新版本的芯片來(lái)支持；英特爾?Tofino 芯片的可編程能力極大地?cái)U(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)處理的靈活性，可適應(yīng)各種復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景的應(yīng)用。

可編程網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將走向何方？

P4 網(wǎng)絡(luò)編程語(yǔ)言的應(yīng)用現(xiàn)狀如何？

英特爾?Tofino?交換芯片的迭代更新？

英特爾數(shù)據(jù)中心集團(tuán)交換網(wǎng)絡(luò)事業(yè)部中國(guó)區(qū)總經(jīng)理周剛將為你在線解讀！

可編程網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)必然發(fā)展的趨勢(shì)

過(guò)去10多年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了翻天覆地的變化，隨著 5G、AR/VR 的不斷發(fā)展，數(shù)據(jù)流量迅猛增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)面臨著越來(lái)越大的挑戰(zhàn)。

周剛指出，公有云以及電信網(wǎng)絡(luò)提供商都在轉(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)，AI 和日新月異的工作負(fù)載催生了不斷增長(zhǎng)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化需求。未來(lái)網(wǎng)絡(luò)必須要具備三大能力：

一是超低時(shí)延、超高帶寬、超大規(guī)模的聯(lián)結(jié)能力；

二是確定性服務(wù)和差異化服務(wù)的能力；

三是計(jì)算、存儲(chǔ)等多維資源的統(tǒng)一調(diào)度的能力。

同時(shí)，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(jiǎn)化硬件設(shè)備，同時(shí)保證其處理性能，并通過(guò)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)。

基于這些趨勢(shì)以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的要求，可編程網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)必然發(fā)展的趨勢(shì)，而英特爾從2017年開(kāi)始就在中國(guó)引入了 P4 的概念。

P4 ——可編程語(yǔ)言的開(kāi)拓者

P4（Programming Protocol-Independent Packet Processors）是一種開(kāi)源的數(shù)據(jù)平面高級(jí)編程語(yǔ)言，專(zhuān)為編程可重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，用來(lái)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。P4 是對(duì)協(xié)議無(wú)關(guān)的包處理器進(jìn)行編程的語(yǔ)言，所謂的協(xié)議無(wú)關(guān)是指用戶可以基于 P4 代碼實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，或者說(shuō)對(duì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議做一些增強(qiáng)擴(kuò)展，甚至?是基于用戶自己的需求實(shí)現(xiàn)一個(gè)全新的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。

Nick McKeown 教授于2013年提出了 P4，2017年英特爾將 P4 帶入中國(guó)市場(chǎng)，經(jīng)過(guò)五年發(fā)展，P4 作為關(guān)鍵的可編程網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)言，已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)語(yǔ)言，也是行業(yè)巨頭競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)之一。

??P4 是一個(gè)真正開(kāi)放開(kāi)源的生態(tài)，用戶可以基于自己的業(yè)務(wù)訴求，用 P4 去實(shí)現(xiàn)所需要的數(shù)據(jù)面的轉(zhuǎn)發(fā)行為。通過(guò)使用 P4 進(jìn)行快速簡(jiǎn)潔的迭代開(kāi)發(fā)，來(lái)實(shí)現(xiàn)自己的業(yè)務(wù)邏輯，??同時(shí)又能保留自己業(yè)務(wù)邏輯相關(guān)的一些差異化。目前全球已經(jīng)有超過(guò)100家知名大型企業(yè)加入 P4 社區(qū)。

P4——Tofino、IPU、IPDK……

英特爾一直是 P4 在中國(guó)的生態(tài)化發(fā)展中的重要推手。英特爾?Tofino 芯片是英特爾推出的全球第一款真正面向用戶的全面可編程網(wǎng)絡(luò)芯片。??據(jù)周剛介紹，英特爾?Tofino?交換芯片系列不斷在更新，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。??和現(xiàn)有傳統(tǒng)的交換芯片相比，英特爾?Tofino?交換芯片在不損失功耗性能以及成本的基礎(chǔ)上，額外的引入了 P4，可以給最終用戶帶來(lái)可編程性；以及芯片里面沒(méi)有任何固化的設(shè)計(jì)，所有的功能都是通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

P4 網(wǎng)絡(luò)芯片主要面向芯片使用者，強(qiáng)調(diào)的是可編程的概念，而不是芯片開(kāi)發(fā)者，這和傳統(tǒng)的芯片設(shè)計(jì)有著本質(zhì)的區(qū)別。相較于傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)芯片，基于 P4 的網(wǎng)絡(luò)芯片，可以更輕松的實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)交換、路由，用戶可以更靈活的自定義功能。它最大的特點(diǎn)便是簡(jiǎn)單、高效、易上手，更新的功能僅需一周甚至3天就可以在芯片內(nèi)實(shí)現(xiàn)，并可直接交付用戶使用。

目前英特爾也發(fā)布了 IPU 產(chǎn)品，包括基于 ASIC 的 IPU 和基于 FPGA 的 IPU，這兩類(lèi) IPU 都支持 P4。

周剛提到，英特爾把 P4 生態(tài)擴(kuò)展到了整個(gè)鏈路上的解決方案。除了提供支持 P4 的硬件設(shè)備外，英特爾還提供 IPDK 的開(kāi)源軟件，用戶或者工程師可以非常方便開(kāi)發(fā)基于 P4 的可編程網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

IPDK 是一個(gè)開(kāi)源的、與廠商無(wú)關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序和API 框架，可管理由 CPU、IPU、DPU 或交換機(jī)構(gòu)建的基礎(chǔ)設(shè)施。??IPDK 能夠利用現(xiàn)有的一些工具??以及平臺(tái)，包括 DPDK、SPDK、P4 以及 SONiC 和 PINS 來(lái)滿足不同基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用的需求。??這些基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用包括網(wǎng)絡(luò)虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化，??以及容器網(wǎng)絡(luò)所對(duì)應(yīng)的 K8S。

????IPDK 還可以支撐各種各樣的工作負(fù)載的卸載以及加速，包括防火墻、??入侵檢測(cè)系統(tǒng)、5G、邊緣計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)可視化層面的加速?；?? IPDK 框架????，基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用程序的用戶可以根據(jù)對(duì)功能和性能的不同要求，把自己的應(yīng)用在各種具有不同能力的平臺(tái)之間做一個(gè)無(wú)縫的切換。?

?目前英特爾已經(jīng)把 IPDK 作為 OPI 開(kāi)放可編程技術(shù)項(xiàng)目一部分貢獻(xiàn)給了 Linux 基金會(huì)，同時(shí)也在跟中國(guó)重量級(jí)的終端用戶、領(lǐng)先公有云廠商共同開(kāi)發(fā) IPDK 社區(qū)。

隨著“新基建”、“東數(shù)西算”等戰(zhàn)略走向縱深，未來(lái)需要構(gòu)建面向低時(shí)延的確定性網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) IPV6、SRv6 方面的創(chuàng)新，引入應(yīng)用感知技術(shù)，實(shí)現(xiàn)差異化的服務(wù)體驗(yàn)。

東數(shù)西算戰(zhàn)略與可編程以及英特爾所倡導(dǎo)的技術(shù)理念是完全吻合的，所有的這些網(wǎng)絡(luò)要求的前提就是要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可編程，并且可編程的能力要簡(jiǎn)單易用，P4 可編程能夠進(jìn)一步助力算網(wǎng)一體發(fā)展。可以說(shuō)，未來(lái)算力網(wǎng)絡(luò)的底座和基石就是 P4 可編程。

——周剛

P4 越來(lái)越壯大的“朋友圈”

P4 黑客松是英特爾在中國(guó)推廣 P4 的一個(gè)重要組成部分。周剛提到，P4 生態(tài)發(fā)展，最重要的是人才培養(yǎng)，尤其是高校學(xué)生的培養(yǎng)，這也是未來(lái)工程師的重要后備力量。英特爾想要通過(guò)黑客松活動(dòng)來(lái)鼓勵(lì)更多的學(xué)生學(xué)習(xí)P4，推進(jìn) P4 創(chuàng)新，為 P4 的創(chuàng)新注入新的活力。

由英特爾、ONF 社區(qū)倡議發(fā)起的“英特爾2022 P4中國(guó)黑客松”大賽目前共有來(lái)自清華大學(xué)、北京大學(xué)、復(fù)旦大學(xué)等高校及科研院所的49支隊(duì)伍報(bào)名參賽，圍繞“基于 P4 和 Tofino 的開(kāi)放式創(chuàng)新”這一主題進(jìn)行作品設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，并將于10月底進(jìn)行決賽角逐獎(jiǎng)項(xiàng)。

周剛強(qiáng)調(diào)，目前中國(guó) P4 的生態(tài)規(guī)模正在慢慢壯大，P4 在今天環(huán)境當(dāng)中看，已經(jīng)成為一個(gè)事實(shí)上的標(biāo)準(zhǔn)了。對(duì)學(xué)生而言，P4 擁有光明的發(fā)展前景。網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越復(fù)雜，互聯(lián)網(wǎng)云公司需要配備成規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)團(tuán)隊(duì)，包括網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)師、架構(gòu)師、軟件工程師等，對(duì)網(wǎng)絡(luò)人才持續(xù)產(chǎn)生大量需求，而 P4 將幫助培養(yǎng)一批高端網(wǎng)絡(luò)人才。此外，英特爾還在籌備一個(gè) P4 高階應(yīng)用沙龍，邀請(qǐng)行業(yè)專(zhuān)家在黑客松期間探討 P4 如何更好地在中國(guó)市場(chǎng)發(fā)展。

可編程芯片的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)交換芯片封閉的本質(zhì)，讓數(shù)據(jù)中心交換機(jī)和服務(wù)器一樣享有開(kāi)放性和可編程性，未來(lái)無(wú)論是算力網(wǎng)絡(luò)、云網(wǎng)絡(luò)，抑或是新興的邊緣網(wǎng)絡(luò)，可編程技術(shù)都將是其發(fā)展的基石，而英特爾在可編程技術(shù)的發(fā)展和演進(jìn)的過(guò)程中發(fā)揮了不可磨滅的作用。

長(zhǎng)期以來(lái)，英特爾一直秉持著擁抱開(kāi)源、開(kāi)放的精神，致力于推進(jìn)可編程網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，未來(lái)，英特爾還將聯(lián)合更多的業(yè)界同仁一起來(lái)?yè)肀ч_(kāi)源和可編程趨勢(shì)，真正實(shí)現(xiàn)整個(gè)全網(wǎng)絡(luò)可編程！

編輯：黃飛