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面向未來網(wǎng)絡(luò)的白盒交換機(jī)體系綜述

信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全 3期

張成林1，宋玲玲2

(1.東南大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，江蘇南京211189；2.網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京211111)

摘要： 摘要：面向2030的未來網(wǎng)絡(luò)需要承載自動(dòng)駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)等新型復(fù)雜業(yè)務(wù)，云技術(shù)發(fā)展倒逼現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)云化升級(jí)，要求網(wǎng)絡(luò)設(shè)備具備可編程性并能夠開放化。而傳統(tǒng)封閉固定的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備難以滿足需求，亟需開放可編程的白盒交換機(jī)。通過概述白盒交換機(jī)體系的發(fā)展歷程和主要架構(gòu)，圍繞設(shè)備開放化和網(wǎng)絡(luò)可編程兩大原則，梳理和比較白盒交換機(jī)在體系架構(gòu)方面的研究，分析白盒交換機(jī)當(dāng)前面臨的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)挑戰(zhàn)，并指出白盒交換機(jī)未來可能的發(fā)展方向，以期對(duì)白盒交換機(jī)以及未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

關(guān)鍵詞： 白盒交換機(jī) 設(shè)備開放化網(wǎng)絡(luò)可編程未來網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)： TP393
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
DOI： 10.19358/j.issn.2096-5133.2022.03.001
引用格式：張成林，宋玲玲. 面向未來網(wǎng)絡(luò)的白盒交換機(jī)體系綜述[J].信息技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)安全，2022，41(3)：2-8.

A review on architecture of white box switches for future networks

Zhang Chenglin1，Song Lingling2

(1.School of Cyber Science and Engineering，Southeast University，Nanjing 211189，China； 2.Purple Mountain Laboratories，Nanjing 211111，China)

Abstract： According to the forecast, future networks for 2030 need to carry new complex services such as autonomous driving and virtual reality, while the development of cloud technology forces the current network to be upgraded in the cloud, which requires network devices with programmability and openness. However, the traditional closed and fixed network devices can no longer meet the demand, so there is an urgent need for open and programmable white box switches. This paper summarizes the development history and main structures of white box switch architecture, combs and compares the research conducted on the architecture of white box switches around two major principles, analyzes the current technical and industrial challenges faced by white box switches, and points out the possible future directions of white box switches, excepting to contribute to the development of white box switches and future networks.

Key words : white box switch；device opening；network programming；future network

0 引言

根據(jù)預(yù)測，至2030年，未來網(wǎng)絡(luò)將需要承載自動(dòng)駕駛、虛擬現(xiàn)實(shí)、全息通信、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能制造、智慧城市等新型復(fù)雜業(yè)務(wù)[1]。這些業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)滿足不同用戶的差異化服務(wù)、數(shù)據(jù)傳輸?shù)母呔韧ㄐ乓约胺?wù)器的高帶寬響應(yīng)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備要滿足可編程、確定性、高性能等需求。同時(shí)，隨著近十年來用戶規(guī)模和流量的爆炸式增長，云計(jì)算、云原生等云化技術(shù)獲得充分發(fā)展，使得數(shù)據(jù)中心應(yīng)用的服務(wù)器、存儲(chǔ)器等資源逐漸虛擬化，倒逼應(yīng)用通信相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備也進(jìn)行虛擬化，網(wǎng)絡(luò)需要云化升級(jí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備需要開放化。然而，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)依然采用封閉的、供應(yīng)商壟斷式的專用交換機(jī)，這種交換機(jī)采用一體化的設(shè)計(jì)：定制的專用集成電路(Application-Specific Integrated Circuit，ASIC)芯片、特定于ASIC芯片的軟件開發(fā)工具包(Software Development Kit，SDK)、特定于設(shè)備的閉源操作系統(tǒng)，交換機(jī)的各軟件和硬件組件緊密地捆綁在一起，只能提供指定的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與功能。顯然，這些設(shè)備既無法滿足未來網(wǎng)絡(luò)靈活業(yè)務(wù)的需求，又難以適應(yīng)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)云化的要求，嚴(yán)重阻礙著未來網(wǎng)絡(luò)的創(chuàng)新發(fā)展。

作為未來網(wǎng)絡(luò)開放創(chuàng)新的關(guān)鍵設(shè)備，白盒交換機(jī)采用支持設(shè)備開放化以及網(wǎng)絡(luò)可編程的開放架構(gòu)，契合了新型業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的亟需。白盒交換機(jī)突破傳統(tǒng)設(shè)備的軟硬件一體化設(shè)計(jì)，解耦底層網(wǎng)絡(luò)硬件與上層操作軟件，同時(shí)控制平面支持網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的軟件可編程，數(shù)據(jù)平面支持轉(zhuǎn)發(fā)芯片的硬件可編程，從而提升了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的開放性以及可編程性，對(duì)未來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和研究具有重要意義。

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作者信息：

張成林1，宋玲玲2

(1.東南大學(xué) 網(wǎng)絡(luò)空間安全學(xué)院，江蘇南京211189；2.網(wǎng)絡(luò)通信與安全紫金山實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京211111)

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