英特尔SDI：为软件定义网络加速

正如前文（http://server.zdnet.com.cn/special/Intel_SDI_2014）所说，一个人即需要聪明的大脑也需要健硕的身体和四肢，这也就是我们一直强调的软件和硬件的关系。当人与人之间进行沟通时，首先需要合适的语言和知道与谁沟通才有价值。

再思考一个问题，比如有几个城市，他们互相不连通，如果想要实现这几个城市之间的交流我们需要做哪些事情？首先要建设公路、铁路等交通路网，以保证城市之间的物理连通。但只建立起物理连通就万事OK了吗？当然不是，更重要的是要添加交通标识以指明目的地的正确方向，并要建立道路信息维护系统，确保公路网络在发生事故或特殊情况时保障交通能力的有效性。

回到计算机通信领域，其中的道理就和连通各个城市一样，只不过这些对道路的维护工作变成了对网络的维护工作。由于传统网络设备的工作机制是分布式策略，换句话说就是策略的制定者为设备本身。不过这时的网络对用户和应用而言是不能感知的。网络使用报文头来让主机与网络通信，或者利用报文与路由器或交换机通信，在收到这些报文后，交换机首先会提问：主机需要把这条报文发到哪里?之后，各个交换机回复：根据上个问题的答案来查找下一转发站，并决定下发路径。这大致就是传统网络信息在转发时的基本状态。

然而，业界开始提出分离网络边界和网络核心的问题，目的是让网络核心能够更专注于报文发送的工作，而访问控制和隔离功能则由网络边界来完成。这就是软件定义网络（Software Defined Network, SDN ）概念产生的原始动机。最终在SDN环境下，网络设备之间不再运行任何网络协议，网络设备的转发表和相关的网络协议全部由控制器来配置生成，即将网络控制层面与网络转发层面进行分离。

SDN缘起

从2006年以斯坦福大学Nick McKeown教授为首的研究团队最先提出Openflow概念开始，到Openflow给网络带来了可编程性，再到今天所涌现出的各类软件定义的网络（SDN）标准，让我们意识到SDN 的发展俨然成为当今网络领域最热门的技术趋势，同时也是最有可能颠覆传统网络架构的全新理念。在2012年，包括Google在内的几家大型互联网企业开始在其IDC中部署SDN技术，乃至后来VMware看到网络虚拟化的重要性，通过收购虚拟网络平台供应商Nicira提出相应解决方案。之后像思科、华为等IT设备厂商也开始在SDN 领域投入大量研发力量。这一系列事件，让我们看到SDN这股“劲风”开始从软件厂商刮向硬件设备厂商。

但无论是硬件厂商还是软件厂商，他们所采取的产品解决方案或许各有不同，但其所遵循的SDN原理却没有什么本质上的区别。从狭义的SDN概念来讲，通过将网络控制层面与网络转发层面进行分离，从而可以更加灵活高效的对网络进行配置与管理。而广义的SDN概念则是指通过类似方式降低网络复杂性，并提高其性能的任何网络形态。我们今天所看到的很多开放式的网络接口和支持各种新型网络结构的产品，如VMware的VSX、思科的ACI、以及英特尔提出的软件定义基础设施（software-defined infrastructure，SDI）。基本上都是基于这种SDN概念衍生出来的。

目前，几乎所有的网络设备厂商(例如：NEC、HP、DELL、IBM、CISCO、Juniper、ERICSSON、HUAWEI)，网络业的新兴公司(BigSwitch)，和IT巨头(例如：Google、Facebook、Microsoft、Intel)都投身其中， 并且形成了各种联盟或组织。

从SDN到SDDC，再到SDI

从SDN到软件定义数据中心（SDDC），可以说是从最初的网络领域进入到了实际业务应用领域。从SDN概念来看，SDN最终是要向上触及到实际业务（用户需求），向下则是要对接到底层物理设备，但从SDN发展初期看到，和硬件之间进行“交互”并不容易，毕竟SDN的提出就是从上到下、从软件到硬件的一个过程，所以也才会以软件定义硬件的方式被最先提出来。但问题是为什么SDN从提出到发展在经历了一段很长的炒作期后，并没有得到十分广泛的应用，这也许就是软件“一厢情愿”的想要定义硬件，而硬件反过来却对软件“不理不睬”的原因。这就好比我们之前用的寻呼机一样，服务台发出的指令和信息只能单向传达到寻呼机上显示，但却不能从寻呼机本身获得更多的信息反馈。而我们今天使用的手机则可以实现双向交互，比如可以通过手机上的GPS功能对其进行实时定位，而这些功能都是通过终端设备（硬件）和应用（软件）之间进行的有效交互所完成的。

因此，要想最终推动SDN的迅速发展，单靠软件层面的努力是远远不够的，那样只会出现“剃头挑子一头热“的现象。硬件方面必须要与软件齐头并进才能最终达到我们所期待的目标。所以我们也看到了一些传统网络硬件厂商开始推出相关产品来解决软件与硬件之间的关联问题。比如华为此前推出的FusionCube融合一体机，集存储、网络、计算于一身，这无疑是一个数据中心的微缩版本，华为称其可以通过自主芯片技术和管理软件很好的实现对系统扩容和业务变更的简单高效管理。

而SDI软件定义基础设施（software-defined infrastructure）概念最初是由英特尔提出，SDI概念的提出进一步把SDN理念延伸到了服务器、存储、网络这三大基础设施领域，更加强调了硬件基础设施在SDN领域中的重要性。因此，从SDN到SDDC，再到SDI的过程其实是一个顺理成章的发展过程，这个过程就是从软件到软硬件再到硬件的演进过程。其涵盖的三个主要方面：SDN（软件定位网络）+ NFV（网络功能虚拟化）+ SDS（软件定义存储）为SDN实现对基础网络设施管理提供了技术保障。

SDN标准化从硬件开始

对于SDN的标准化而言众说纷纭，各种组织也层出不穷，但就是没有一个可以一统天下的标准出现，而SDN的目标只有一个，就是要通过这些特性降低企业基础设施建设和运维成本，加快基础设施建设周期，为企业开辟新的商业机会和创新业务模式提供有力保障。这些特性其实就是SDN所应该具备的基本特性和优势，但由于企业IT结构及设备的复杂性，要想真正达成这样的效果其实并不简单。我们看到，往往在高昂的改造升级费用和过长的改造周期下，大部分企业只有选择观望，并期待SDN技术的进一步成熟。这些问题从根本上制约了SDN的发展速度。这也是目前SDN标准众多的一个原因，因为只有在某项技术形成规模后，才会有所谓主流标准的出台。所以快速且经济的部署SDN，并有效发挥其特性是目前SDN发展阶段的重视方向。

英特尔围绕标准x86服务器和可编程交换机构建了三个用于SDN和NFV开发与部署的参考设计，包括Open Networking Platform Switch Reference Design(开放网络平台交换机参考设计)和Server Reference Design(服务器参考设计)，还有DPDK Accelerated Open vSwitch。所有这些都已经提供给系统制造商，制造商们可根据英特尔的客户需求对这些设计进行修改。

而在物理交换机设计中，基于开放网络平台方式来降低企业升级成本和提高设备兼容性已经成为目前的主流做法，英特尔采用旗舰产品(酷睿和至强CPU)，结合加速的89xx系列芯片组和FM6700交换机进行原生加密和压缩。并支持开源的Linux操作系统，以及开放可扩展的管理应用程序界面(API)、OpenFlow和Open vSwitch。这些技术不光是为网络设备制造商及开发者提供对SDN产品开发的可能，更重要的是通过在底层硬件的核心，如交换机芯片与软件层之间形成了类似中间件的技术，以此为进一步优化软硬件之间的“互联互通”提供了“芯片级”保障。

SDN的目的是将网络控制功能从转发数据包的网络设备中分离出来，并将控制功能植入在标准计算平台运行的软件中。如果按照这么发展，那么，计算机能力制造商将挖掘一个全新的市场，而英特尔将提供更为有力的支持。

通过上文了解到OpenFlow是最早也是较重要的实现SDN的方式，但由于存量设备不支持OpenFlow协议，因此其如何与现网融合是一个很大的挑战。而对现有网络改动小是Overlay方案的优势，但纯软件的解决方案可能存在性能上的问题。很多人对vSwitch（虚拟交换机）的性能提出怀疑，但是自从Intel推出DPDK（Data Plane Development Kit，数据平面开发套件）后，对这个问题的质疑声音要少一些了。

DPDK可以让利用它接口的虚拟交换机跑得更快，就像VT让PC虚拟化跑得更快一样。这样虚拟交换机就不会过渡消耗CPU资源并且性能更高。而基于英特尔x86的开放网络平台服务器架构、以太网芯片、网卡以及成熟的软件平台，都为原始设备制造商(OEM)将数据平面的工作负荷转移到非定制服务器的英特尔架构上运行提供了可能，这就意味着企业在部署SDN时有了更多灵活选择的余地。

同样，英特尔的目标也是让各种规模的网络供应商基于其参考设计来部署系统。当竞争对手试图进入服务供应商网络领域时，英特尔将会最具影响力，哪怕是面临现在由思科和瞻博网络占主导地位的状况。这些新的供应商包括初创公司，以及老牌厂商(例如Brocade或者Extreme Networks)，在将SDN产品推入市场方面，英特尔将帮助他们节省时间和金钱。

综上所述，无论是目前全部采用开放式的标准化SDN网络，还是兼顾开放与私有标准的SDN网络，归根到底都离不开硬件的有力支撑，而这种硬件的支持必须建立在对所有主流SDN技术及标准的基础上，才能为更多的企业在未来部署SDN奠定通用性基础，这样做的好处也是显而易见的，不光是对于设备兼容性，还有后期维护及二次开发中提供尽可能大的便捷和成本优化。更重要的是其可以在现有数据中心的通用架构上轻松实现部署应用。考虑到X86占据了数据中心市场80%左右的份额（ IDC：2013年Q4全球服务器市场营收报告），因此基于X86平台优化的SDN底层基础设施将更容易被企业所接受，也将进一步降低技术层面的复杂性，为企业简单快速部署SDN提供有力保障。更值得一提的是，在未来的X86市场中对SDN功能的支持甚至将成为一种默认方式，而在几乎没有技术成本的前提下，企业大规模部署SDN势必会成为现实。