揭开全球第一颗SDN交换芯片的神秘面纱

编者按：全球第一颗SDN交换芯片一直被一层神秘的面纱包围着，小编近日采访了一下盛科网络的张卫峰张总，为您揭开全球第一颗SDN交换芯片神秘的面纱,以下是采访内容。

 SDN是一个很泛泛的概念，它可以有很多不同的实现方式，而OpenFlow技术是发展最早的，最广为人知的，并且唯一标准化的SDN实现。但是由于一直没有针对OpenFlow的网络交换芯片问世，所有做OpenFlow交换机的设备商都做得很郁闷，用现有的传统交换芯片做出来的OpenFlow交换机，限制都太多，甚至业内有人说，SDN之所以落地缓慢，一个很重要的原因是没有专门的SDN/OpenFlow交换芯片。ONF组织还专门成立了一个芯片顾问委员会（CAB，Chipmaker Advisory Board），想推动一颗专门的OpenFlow芯片的问世，但是一直进展不顺，不得已采用了一些折衷的办法，如TTP。前不久，国内芯片厂商盛科网络推出的全球第一颗OpenFlow交换芯片打破了这一局面，SDNLAB君试图带领大家一起来看看这颗芯片都取得了哪些突破。在了解这些突破之前，我们先请张总为我们介绍一下OpenFlow对交换芯片有什么样的要求以及现有的芯片为什么无法满足OpenFlow的要求。

OpenFlow对网络交换芯片的要求

    OpenFlow相对于传统芯片来说，它的一些理念是颠覆性的，具体表现在以下几个方面：

 ■总体上，它要求所有的报文解析、报文匹配查找、报文编辑、报文转发都必须是可编程的

 ■在报文解析上，它要求既能识别所有已知的报文类型，也要能识别未来可能出现的而当前还不存在的未知报文类型

 ■在报文匹配查找上，它要求能够针对2-4层任意的字段组合进行匹配查找，而且可以查完一张表之后再进入下面一张，即能够支持多级流表

 ■在报文编辑上，它要求能够对任意报文字段进行修改，不受任何模式的限制

 ■在报文转发上，它要求能够将报文转发到任意的单个或者多个目的地，包括物理端口，逻辑端口（如tunnel），控制器，本地CPU等，还包括丢弃。

    它的流水线处理（Pipeline）看起来类似下图所示，看得出来，这完全是协议无关的。

传统交换芯片的处理流程

    在传统芯片设计中，所有的行为都是协议相关的。特定的协议有自己特定的处理模式和处理过程，某个协议处理过程中要编辑什么字段，做什么动作都是确定的，比如路由处理过程中，是使用目的IP加上掩码去做匹配查找，查到之后会去替换二层头，会去减TTL，可能会去修改DSCP，但是不会去改IP地址。再比如普通二层转发，可能会去修改vlan tag，但是绝对不会去修改IP地址，也不会去修改Mac地址。从理念上，它就跟OpenFlow截然相反。它的流水线处理类似下图所示。

 从两者的对比就可以看出来，要使用传统交换芯片来支持OpenFlow，必然是限制多多。要支持任意字段匹配，只能用TCAM，而传统芯片中通常只是ACL用TCAM，而ACL能执行的动作也有限（如丢弃、统计、重定向等），无法做到任意的编辑和任意的转发，而且表项大小也很有限（因为TCAM是昂贵的资源），至于多级流表，就更是不支持。

全球第一颗SDN交换芯片GoldenGate全方位解析

    位于苏州的盛科网络，是国内唯一一家核心交换芯片和白牌交换机提供商。3月底他们面向全球发布了全球首颗SDN交换芯片，全面支持OpenFlow，同时还兼容传统交换芯片功能。关于这颗芯片的情况，已经由多家媒体的深度新闻稿进行了详细报道。但是，关于这颗芯片到底对SDN支持到了什么程度，为什么会号称是业界第一颗全面支持SDN的芯片，我们能获得的资料仍然不多，SDNLAB君最近有机会跟盛科SDN云计算CTO张卫峰做了深入交流，具体了解到了该芯片对SDN支持的一些细节信息。在此做一个详细披露，以飨读者。

第一，灵活的架构和表项共享

    这颗芯片沿袭了盛科前几代芯片FTM（Flexible Table Management）的技术，所有的内置eDRAM和eTCAM都可以多级流表之间共享，这样可以根据场景需要，把内置memory的利用率做到最大。而不像很多传统芯片，每个表项都有自己固定memory，彼此之间不共享。

第二，可编程的报文解析

    除了硬编码之外，这颗芯片还引入可编程的解析器寄存器，允许通过用户自定义的方式，来支持未来新的报文类型。

第三，灵活的报文匹配和动作执行

    在流表里面，将2-4层所有可能匹配的字段全部做成了匹配可选项，可以支持任意的匹配组合。最重要的，也是最区别于传统芯片的一个创新在于，在每个流表项里面，可以直接出一个动作组合，在这个组合里面，可以直接对任何一个字段进行任意的编辑，转发到任意的端口，包括物理的和逻辑的（如vxlan/nvgre端口）。这一点是要完美支持OpenFlow所必须的，也是目前其它芯片都做不到的。

第四，大容量的多级流表

    表项大小是OpenFlow芯片的一个硬伤，因为你如果用TCAM，想把表项做大，一定意味着成本的上升，这是一个矛盾。GoldenGate芯片利用盛科专利的N-Flow技术，用一个折衷的方案解决了这一矛盾。其实N-Flow技术在上一代芯片里面就有了，还因此夺得了ONS全球峰会的第一届SDN IDOL大奖。GoldenGate芯片进一步改进了N-Flow技术，在继续使用eDRAM做hash的基础上，引入更灵活的表项控制，可以做到接近于TCAM的灵活性，但是在基本上不增加成本的基础上，将表项大小做到64K。

    除此之外，GoldenGate还设计了两级真正的TCAM流表，以及另外的两级hash流表，理论上可以支持到4级流表，而且流表之间可以传递真正的metadata。相比较而言，使用传统芯片封装，最多只有一级真正的TCAM流表。

第五，对网络虚拟化的支持

    用SDN来实现网络虚拟化，是SDN的一大应用场景。除了使用VxLan/NvGRE来做Tunnel Overlay之外，还包括通过SDN来对service chain的动态支持。这就对交换机芯片提出了一些特殊的要求。而这些要求，当前的传统芯片支持得并不好。一方面，很多芯片不支持VxLan routing或者支持起来有很多限制，另外一方面，很多芯片都不支持识别封装在Tunnel里面的原始报文，这样在使用SDN交换机做service chain引流的时候就不好做。

    那问题来了，基于这套芯片方案做的SDN交换机什么时候能面世了？根据SDNLAB君的了解，目前国内一些设备商已经开始使用这颗芯片做设计，相信在年内，基于GoldenGate芯片的交换机产品以及盛科自己的白牌交换机就会在市场上销售，小伙伴们翘首以待吧！

本文转自