2017年P4中國峯會北京站 會議小結

2017 P4 中國峯會 北京

本次會議依然側重介紹P4，並highlight P4的benifit，大體分爲如下幾類：

1.學術界 - 將來網絡的發展，爲什麼提出P4技術？

• 將來網絡和實體經濟、其餘學科相結合

• P4是可編程網絡的助力器，其做用是將網絡功能、協議設計交付給廣大設計者而不是傳統的網絡設備廠商，從而

  • 最大化地加速網絡創新

  • 縮短協議部署週期

  • 開發者自頂向下網絡設計，擁有完整的創新實驗平臺

2.互聯網公司 - P4能爲咱們帶來什麼？

構建需求、業務驅動網絡：

• DC網絡數據實時收集

• 承載大流量、多類型業務流

• 可編程帶來的優點

3.解決方案供應商 - P4應用於DC解決方案的優點

• 客戶需求定製網絡，差別化服務

• 技術支撐產品創新、服務質量

• 可編程爲生態注入新活力

4.芯片廠商 - P4體系架構及技術介紹

• Tofino

Details

劉韻潔

• 1.將來網絡技術的發展趨勢

• 2.中國在將來網絡領域的研究狀況

• 3.結束語

Ch1.將來網絡技術的發展趨勢

互聯網面臨嚴重挑戰，將來網絡迎來發展機遇。

• 網絡功能：科研型 => 消費型 => 生產型

  • 第一代互聯網：軍事與科研網

  • 第二代互聯網：萬維網 電子商務

  • 第三代互聯網：與實體經濟深度融合

將來網絡已成爲業界關注焦點

• 將來網絡基礎研究

• 將來網絡試驗網

全球將來網絡發展的多個候選方向

• SDN 軟件

• CCN 信息

• Cloud 數據中心

• MobilityFirst 泛在移動

• XIA 內生安全

• ChoiceNet 經濟模式

技術發展趨勢 - 軟件定義網絡

• 開放、軟件爲主、智能控制

技術發展趨勢 - 基於數據中心雲架構重構網絡

• 以數據中心爲中心組網

技術發展趨勢 - 雲

• 雲計算 => 邊緣計算/霧計算

技術發展趨勢 - CP => open source

• ODL

• ONOS

• 開源網絡操做系統成爲全球制高點

技術發展趨勢 - 數據平面向硬件開源方向轉變

• 軟件開源 => 軟件開源、硬件開源

技術發展趨勢 - 人工智能(AI)應用於將來網絡

• 「傻瓜型網絡」 => 智能型網絡

產品成熟度Gartner曲線

Ch2.研究現狀

1.將來網絡體系結構 - 服務定製網絡(SCN)

• 簡單、開放、可拓展

• 安全可靠

• 融合

• 高效、靈活調度網絡及信息資源

交通運輸體系帶來的啓示

• 按需

• 服務質量

• 差別化服務

服務定製網絡SCN - 系統架構

• 服務可定製

• 服務可遷移

• 服務可感知

中國首個小型將來網絡試驗網

2.將來網絡試驗設施項目 - CENI: China Environment for Network Innovations

全面提高網絡創新能力，加強網絡產業核心競爭力，保證網絡空間安全，確保網絡可持續發展。

主要目標

• 具有驗證新型網絡架構、核心技術實驗的能力

• 驗證新型網絡架構和系統適應新業務、需求的能力

• 具有針對現有網絡問題解決方案的創新試驗能力

基於SDN白牌設備的試驗網組網方案

重要研究方向與突破：

• 運營商網絡SDN平滑演進和部署實驗驗證

  • 第一階段：Underlay層不變，重點在Overlay層進行改造，優化網絡性能；

  • 第二階段：Underlay逐步SDN/NFV化

• 超大規模數據中心網絡實驗驗證

  • 採用PI的P4交換機

• 基於P4的DB網絡協議創新

  • 自研協議驗證

  • 結合AI進行協議自動優化

• 光網和IP網融合

  • 光層和IP層融合與協同組網

  • 信息共享、鏈路保護、故障快速恢復、鏈路利用率優化

• 5G

  問題：移動通訊網絡利用率低、沒法定製化服務、不能支撐物聯網場景

  • 重構端局網絡

  • DP用白牌設備，廠商解耦

  • CP的OS融合網絡控制、雲平臺、業務編排

• 4K/8K視頻、AR/VR業務分發實驗驗證

  問題：網絡流量冗餘、帶寬壓力大

  • SDN/NFV技術實現計算、存儲、網絡多維資源的統一管理，融入內容分發能力，實現雲網一體化

• 基於雲網一體化的產業互聯網

  • 爲地方產業轉型、製造業升級改造提供網絡支撐

• 空天地海一體化網絡實驗驗證

• 基於AI的網絡優化學習實驗驗證

  問題：指數級增加的網絡狀態數量，有限AI輸入模型之間的錯配，如何運用AI來優化網絡管控、簡化網絡運維？

爲我國網絡領域的基礎科研創新提供環境

支撐運營商、設備商、互聯網公司面向新型應用的各種創新實驗

將來網絡在中國有巨大的前景

3.結束語

1.將來網絡與實體經濟結合，將有十分巨大的市場前景

2.將來網絡與AI是時代雙擎

3.CENI將成爲網絡領域的科研和產品研究的重要支撐

Nick McKeown - Programmable Forwarding

OSPF BGP ... VxLAN

Switch OS 

Driver ... specific driver

Hardware ... configuration

New Feature => several years => Deployed:

Enterprise Network <-> Network Equipment Vendor <-> Software Team | ASIC Team

When you need an upgrade

• 1.A switch vendor can't just send a software upgrade

• 2.It takes years to add new features

• 3.By then, you've figured out a kludge to work around it

• 4.Your network gets more complicated, more brittle

• 5.Eventually, when the upgrade is available, it either

  • No longer solves your problem, or

  • You need a fork-lift upgrade, at huge expense

Network systems are built "bottom-up"

Network systems will be programmed "top-down"

Why aren't all network systems built this way?

"Programmable switches are 10-100x slower than fixed-function switches. They cost more and consume more power"

This is changing...

• Performance

• Cost and power

• Easy to program

Domain Specific Processors

• Computers: Java -> Compiler -> CPU

• Graphics: OpenCL -> Compiler -> GPU

• Signal Processing: Matlab -> Compiler -> DSP

• Machine Learning: TensorFlow -> Compiler -> TPU

• Networking: P4 -> Compiler -> PISA(Tofino)

Fixed-Function Switch -> PISA: Protocol Independent Swicth Architecture

• My super secret Source-Routing -> P4 Program -> P4 Compiler -> Programmbale Switch

Protocols and table complexity 20 years ago => Datacenter ToR today(public switch.p4)

P4 Program Demo

An example: Telemetry

The network should answer these questions

• "Which path dide my packet take?"

• "Which rules did my packet follow?"

• "How long did my packet queue at each switch?"

• "Who did my packet share the queue with?"

INT can answer all four questions for the first time. At full line rate. Without generating any additional packets!

Alibaba - Build the Ecosystem for Hyper scale DC Network Visibility

11.11 Global Shopping Festival

Big traffic, lots of kinds

Alibaba Network Infrastructure Overview

Mobile | Wire -> CDN -> WAN -> MAN -> IDC -> Application | Virtual OS | NIC

The size does matter!

Self-driving Network: You can't manage what you can't see!

DC Network Visibility - the System Requirements

Layer1: Data Present

Layer2: Data Analyze

Layer3: Data Collect

DC Network Visibility - The Ecosystem

Low-level => High-level

Chip capability => Swicth Software capability => Channel/API => Network Monitoring System

Benifits of a Programmable Forwarding Plane

Programmability:

• Easily Add New Features - New protocols and Apps

• Increase Network Reliability - Remove unused protocols

• Efficient use of Resources - Flexiable use of tables

• Greater Visibility - New diagnostics telemetry, OAM

  • Critical for Self-driving DC Networke => what P4 can bring

H3C - 數據中心解決方案生態建設

數據中心網絡面臨的挑戰是什麼？ - 解決根本問題須要新思路

• 客戶需求

  • 應用策略驅動組網 => 雲部署/遷移

  • 零配置部署/自動化變動

• 技術

  • 快速市場投資/最佳端口密度 => 帶寬大爆炸

  • 芯片方案多元化/光互聯創新 => 最近產品創新

  • 業務流量分析/可視化 => 統計分析

• 商業模型

  • 全面虛擬化 => 開放式解決方案

  • 高可用基礎設備/ISSU => 網絡 = 業務收入

老思路是什麼？ - 芯片迭代 + 熱點跟隨

將來可否持續？ - 摩爾定律褪色

• 芯片技術成本

• 晶體管數量/單位成本

• 半導體行業市場份額整合趨勢

可編程價值是什麼？ - 生態合做新內涵

• 資源靈活分配？ - 交付優化，定製領先

• 新轉發功能？ - 投資保護，運營優化

• 新業務場景？ - 成熟可靠，穩定創造價值

可編程方向是什麼？ - 專業化+標準化

• 可維護

• 安全

• 高可用

• 標準化

H3C理念是什麼？

• 專業 Professional

• 可靠 dePendability

• 開放 Platform oPen

H3C新思路新行動是什麼？ - 應用驅動 雲領將來

• 雲化

• 軟件定義同質化硬件

• 場景化應用驅動

• 開放解決方案

構建 自主創新+OEM+轉售 生態體系，提供最完整的新IT生態解決方案

Barefoot - Barefoot Technology Intro

The Barefoot Solution

New OpenSource Ecosystem + Barefoot Software + Barefoot Hardware = New NF + Differentiation + Network Analytics + Rapid Innovation

"Programmability without Compromise"

PISA: Protocol Independent Switch Architechture

All stages are identical - makes PISA a good "compiler target"

Barefoot Tofino - 6.5T Tofino Block Diagram

Each pipe has 16x100G MACs Packet Generator, CPU

Programmability without compromises

same power, same cost, same or better performance of a fixed-function switch chip

Barefoot and Switch OS Integration Model

switch.p4 & switchAPI Features

Programmability with P4 Advanced Apps

• Security & Compliance

• Scalable LB

• Real-Time Telemetry

• Enhanced Routing

• Enhanced Switching

• Physical to Virtual

Benifits of a Programmable Forwarding Plane - same with ali

2017.5.9