2017年P4中国峰会北京站 会议小结

2017 P4 中国峰会 北京

本次会议依然侧重介绍P4，并highlight P4的benifit，大体分为如下几类：

1.学术界 - 将来网络的发展，为什么提出P4技术？

• 将来网络和实体经济、其余学科相结合

• P4是可编程网络的助力器，其做用是将网络功能、协议设计交付给广大设计者而不是传统的网络设备厂商，从而

  • 最大化地加速网络创新

  • 缩短协议部署周期

  • 开发者自顶向下网络设计，拥有完整的创新实验平台

2.互联网公司 - P4能为咱们带来什么？

构建需求、业务驱动网络：

• DC网络数据实时收集

• 承载大流量、多类型业务流

• 可编程带来的优点

3.解决方案供应商 - P4应用于DC解决方案的优点

• 客户需求定制网络，差别化服务

• 技术支撑产品创新、服务质量

• 可编程为生态注入新活力

4.芯片厂商 - P4体系架构及技术介绍

• Tofino

Details

刘韵洁

• 1.将来网络技术的发展趋势

• 2.中国在将来网络领域的研究状况

• 3.结束语

Ch1.将来网络技术的发展趋势

互联网面临严重挑战，将来网络迎来发展机遇。

• 网络功能：科研型 => 消费型 => 生产型

  • 第一代互联网：军事与科研网

  • 第二代互联网：万维网 电子商务

  • 第三代互联网：与实体经济深度融合

将来网络已成为业界关注焦点

• 将来网络基础研究

• 将来网络试验网

全球将来网络发展的多个候选方向

• SDN 软件

• CCN 信息

• Cloud 数据中心

• MobilityFirst 泛在移动

• XIA 内生安全

• ChoiceNet 经济模式

技术发展趋势 - 软件定义网络

• 开放、软件为主、智能控制

技术发展趋势 - 基于数据中心云架构重构网络

• 以数据中心为中心组网

技术发展趋势 - 云

• 云计算 => 边缘计算/雾计算

技术发展趋势 - CP => open source

• ODL

• ONOS

• 开源网络操做系统成为全球制高点

技术发展趋势 - 数据平面向硬件开源方向转变

• 软件开源 => 软件开源、硬件开源

技术发展趋势 - 人工智能(AI)应用于将来网络

• “傻瓜型网络” => 智能型网络

产品成熟度Gartner曲线

Ch2.研究现状

1.将来网络体系结构 - 服务定制网络(SCN)

• 简单、开放、可拓展

• 安全可靠

• 融合

• 高效、灵活调度网络及信息资源

交通运输体系带来的启示

• 按需

• 服务质量

• 差别化服务

服务定制网络SCN - 系统架构

• 服务可定制

• 服务可迁移

• 服务可感知

中国首个小型将来网络试验网

2.将来网络试验设施项目 - CENI: China Environment for Network Innovations

全面提高网络创新能力，加强网络产业核心竞争力，保证网络空间安全，确保网络可持续发展。

主要目标

• 具有验证新型网络架构、核心技术实验的能力

• 验证新型网络架构和系统适应新业务、需求的能力

• 具有针对现有网络问题解决方案的创新试验能力

基于SDN白牌设备的试验网组网方案

重要研究方向与突破：

• 运营商网络SDN平滑演进和部署实验验证

  • 第一阶段：Underlay层不变，重点在Overlay层进行改造，优化网络性能；

  • 第二阶段：Underlay逐步SDN/NFV化

• 超大规模数据中心网络实验验证

  • 采用PI的P4交换机

• 基于P4的DB网络协议创新

  • 自研协议验证

  • 结合AI进行协议自动优化

• 光网和IP网融合

  • 光层和IP层融合与协同组网

  • 信息共享、链路保护、故障快速恢复、链路利用率优化

• 5G

  问题：移动通讯网络利用率低、没法定制化服务、不能支撑物联网场景

  • 重构端局网络

  • DP用白牌设备，厂商解耦

  • CP的OS融合网络控制、云平台、业务编排

• 4K/8K视频、AR/VR业务分发实验验证

  问题：网络流量冗余、带宽压力大

  • SDN/NFV技术实现计算、存储、网络多维资源的统一管理，融入内容分发能力，实现云网一体化

• 基于云网一体化的产业互联网

  • 为地方产业转型、制造业升级改造提供网络支撑

• 空天地海一体化网络实验验证

• 基于AI的网络优化学习实验验证

  问题：指数级增加的网络状态数量，有限AI输入模型之间的错配，如何运用AI来优化网络管控、简化网络运维？

为我国网络领域的基础科研创新提供环境

支撑运营商、设备商、互联网公司面向新型应用的各种创新实验

将来网络在中国有巨大的前景

3.结束语

1.将来网络与实体经济结合，将有十分巨大的市场前景

2.将来网络与AI是时代双擎

3.CENI将成为网络领域的科研和产品研究的重要支撑

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 - 数据中心解决方案生态建设

数据中心网络面临的挑战是什么？ - 解决根本问题须要新思路

• 客户需求

  • 应用策略驱动组网 => 云部署/迁移

  • 零配置部署/自动化变动

• 技术

  • 快速市场投资/最佳端口密度 => 带宽大爆炸

  • 芯片方案多元化/光互联创新 => 最近产品创新

  • 业务流量分析/可视化 => 统计分析

• 商业模型

  • 全面虚拟化 => 开放式解决方案

  • 高可用基础设备/ISSU => 网络 = 业务收入

老思路是什么？ - 芯片迭代 + 热点跟随

将来可否持续？ - 摩尔定律褪色

• 芯片技术成本

• 晶体管数量/单位成本

• 半导体行业市场份额整合趋势

可编程价值是什么？ - 生态合做新内涵

• 资源灵活分配？ - 交付优化，定制领先

• 新转发功能？ - 投资保护，运营优化

• 新业务场景？ - 成熟可靠，稳定创造价值

可编程方向是什么？ - 专业化+标准化

• 可维护

• 安全

• 高可用

• 标准化

H3C理念是什么？

• 专业 Professional

• 可靠 dePendability

• 开放 Platform oPen

H3C新思路新行动是什么？ - 应用驱动 云领将来

• 云化

• 软件定义同质化硬件

• 场景化应用驱动

• 开放解决方案

构建 自主创新+OEM+转售 生态体系，提供最完整的新IT生态解决方案

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