在當(dāng)今由人工智能和高性能計(jì)算驅(qū)動(dòng)的世界中，網(wǎng)絡(luò)性能至關(guān)重要。各種規(guī)模的企業(yè)都依賴(lài)強(qiáng)大且可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)來(lái)支持從電子商務(wù)平臺(tái)到創(chuàng)意服務(wù)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用程序。

垂直封閉的供應(yīng)鏈模式

在傳統(tǒng)交換機(jī)的架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)由各設(shè)備廠商基于芯片廠商提供的ASIC芯片及配套SDK（軟件開(kāi)發(fā)包）自行設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)（但不開(kāi)放底層細(xì)節(jié)）。設(shè)備廠商需要開(kāi)發(fā)上層APP、適配層以在特定設(shè)備上完成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能。
傳統(tǒng)交換機(jī)的軟硬件開(kāi)發(fā)均由設(shè)備廠商提供，鎖定在特定芯片的生態(tài)中，系統(tǒng)完全封閉，如同“戴著鐐銬跳舞”。已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)新功能快速開(kāi)發(fā)部署的需求。

SONiC的起源

為構(gòu)建一個(gè)開(kāi)放的系統(tǒng)，OCP（Open Compute Project, 開(kāi)發(fā)計(jì)算項(xiàng)目）開(kāi)始推動(dòng)硬件、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)開(kāi)源與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。SONiC（Software for Open Networking in the Cloud）的誕生是云計(jì)算巨頭與封閉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生態(tài)博弈的必然結(jié)果，其起源可追溯至微軟 Azure 應(yīng)對(duì)超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)的“自救行動(dòng)”。

“將網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)拆分為容器化微服務(wù)，并通過(guò)開(kāi)放接口解耦硬件”Azure 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師 Dave Maltz

2017年3月正式開(kāi)源 SONiC/SAI，并貢獻(xiàn)給OCP的項(xiàng)目，作為OCP網(wǎng)絡(luò)組的兩個(gè)子項(xiàng)目。其核心代碼托管 GitHub（Azure/SONiC / OpenComputeProject/SAI）

SONiC的所有軟件功能模塊都開(kāi)源，這極大地推動(dòng)了OCP社區(qū)以及其他廠商/用戶在開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)方面的創(chuàng)新。

SONiC通過(guò)將SAI作為南北向互聯(lián)的中間件，屏蔽不同ASIC之間的驅(qū)動(dòng)差異，也正是由于SAI的存在，SONiC的網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用才能夠支持多個(gè)廠家的ASIC。網(wǎng)絡(luò)軟件建立在SAI（交換機(jī)抽象接口，SAI接口適配ASIC的工作由各個(gè)廠家實(shí)現(xiàn)）上，使其可以運(yùn)行在各種硬件設(shè)備中，形成白盒交換機(jī)軟件生態(tài)鏈。

我們需要知道，SONiC是成長(zhǎng)最快的開(kāi)源網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，運(yùn)作在不同廠商的硬件芯片上，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商能構(gòu)建和運(yùn)營(yíng)自己高效的網(wǎng)絡(luò)。

SONiC的架構(gòu)

SONiC構(gòu)建在Linux系統(tǒng)之上，并且利用鍵值數(shù)據(jù)庫(kù)（redis）、容器技術(shù)（docker）、標(biāo)準(zhǔn)化硬件接口定義等技術(shù)，使其成為一個(gè)軟硬件徹底解耦、軟件模塊松耦合（loose coupling）、高可靠、易于擴(kuò)展、開(kāi)源開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)。其架構(gòu)特點(diǎn)主要體現(xiàn)以下幾個(gè)方面：

• SAI接口：SAI是SONiC的核心，并為SONiC提供了統(tǒng)一的API。設(shè)備廠家、網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)者可以基于芯片廠家提供的SAI接口開(kāi)發(fā)應(yīng)用，而不需要關(guān)心底層硬件實(shí)現(xiàn)，加速產(chǎn)品迭代與創(chuàng)新；
• 數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)：在數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)方面，SONiC使用數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)代替原有的模塊化耦合架構(gòu)，將應(yīng)用模塊之間的傳遞數(shù)據(jù)模式變成應(yīng)用模塊之間通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的模式，從關(guān)注流程轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了功能模塊之間的解耦。數(shù)據(jù)庫(kù)成為了所有模塊的樞紐，模塊與模塊之間解耦，數(shù)據(jù)庫(kù)是穩(wěn)定的，各個(gè)模塊升級(jí)與故障不會(huì)影響其他模塊，在整個(gè)切換過(guò)程中轉(zhuǎn)發(fā)面不受到影響；
• 容器化組件：容器化使得SONiC具有極高的可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)管理人員能夠快速引入第三方、專(zhuān)有或開(kāi)源組件，而不對(duì)原有業(yè)務(wù)造成影響；
• 與內(nèi)核交互少： 運(yùn)行在用戶空間的SONiC系統(tǒng)，只有為數(shù)很少的模塊（pmon、swss和syncd）與Linux內(nèi)核之間存在交互關(guān)系，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

SONiC的主要優(yōu)勢(shì)

• 效益： 通過(guò)利用在其支持的100多個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行的SONiC軟件，組織可以大幅降低資本支出（CAPEX）和運(yùn)營(yíng)支出（OPEX）。當(dāng)消除供應(yīng)商鎖定，允許從廣泛的供應(yīng)商中選擇兼容的硬件平臺(tái)時(shí)，資本支出就會(huì)減少。運(yùn)營(yíng)支出節(jié)省是在考慮人員配置、支持資源、運(yùn)營(yíng)簡(jiǎn)化和一致性的情況下得出的。
• 靈活： SONiC使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)人員和運(yùn)營(yíng)商能夠自由定制其網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足特定需求。這種靈活性在當(dāng)今動(dòng)態(tài)且不斷發(fā)展的技術(shù)環(huán)境中至關(guān)重要，SONiC開(kāi)發(fā)人員的大型社區(qū)確保可以輕松實(shí)現(xiàn)任何所需的特定網(wǎng)絡(luò)功能。
• 創(chuàng)新： SONiC的開(kāi)源性質(zhì)培育了一個(gè)充滿活力的開(kāi)發(fā)者和貢獻(xiàn)者生態(tài)系統(tǒng)，主要成員包括阿里巴巴、博通、戴爾、谷歌、英特爾、微軟、NVIDIA、星融元Asterfusion和50多家全球合作伙伴。這種協(xié)作環(huán)境推動(dòng)快速而穩(wěn)健的創(chuàng)新，從而更快地采用新功能并加快生產(chǎn)可用性。
• 社區(qū)支持： 活躍的社群提供了大量基于經(jīng)驗(yàn)的支持資源，包括詳細(xì)的文檔、用戶論壇和來(lái)自許多組織的專(zhuān)家協(xié)助。這個(gè)集體知識(shí)庫(kù)對(duì)于解決問(wèn)題和應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)非常寶貴。
  互通：作為一種架構(gòu)，SONiC促進(jìn)了不同網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備和組件之間的互通性，簡(jiǎn)化了網(wǎng)絡(luò)管理并降低了整合復(fù)雜性。硬件和軟件的抽象化使SONiC保持一致，無(wú)論部署的硬件類(lèi)型如何。

星融元自成立之初就正式加入了SONiC社區(qū)，成為國(guó)內(nèi)最早參與SONiC社區(qū)的云網(wǎng)絡(luò)公司之一。

基于SONiC內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)—AsterNOS

作為國(guó)內(nèi)第一批SONiC社區(qū)成員，圍繞開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了長(zhǎng)期、持續(xù)的投入，并結(jié)合各種典型應(yīng)用場(chǎng)景做了足夠的測(cè)試驗(yàn)證和缺陷修復(fù)，所提供的SONiC企業(yè)級(jí)發(fā)行版AsterNOS目前已可穩(wěn)定兼容幾乎所有主流商業(yè)交換芯片，構(gòu)建的一系列有特色的硬件平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)從數(shù)據(jù)中心到云化園區(qū)的跨場(chǎng)景使用。

截至2022年底，AsterNOS已針對(duì)社區(qū)原生版本的缺陷和不足完成了大量開(kāi)發(fā)工作，并切實(shí)提升了軟件的可靠性和易用性，這其中就包含了VXLAN、ARP Host Routing、BGP EVPN、VLAG、Monitor-link、STP/MSTP等網(wǎng)絡(luò)功能補(bǔ)充和增強(qiáng)，以及對(duì)思科風(fēng)格的CLI的支持。

為了更加充分地發(fā)揮開(kāi)源開(kāi)放的力量，AsterNOS還在SONiC云原生的架構(gòu)之上提供了強(qiáng)大的SDK能力——用戶可通過(guò)豐富的API（RESTful API和系統(tǒng)級(jí)API）在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上簡(jiǎn)單快速地開(kāi)發(fā)第三方APP，以及與各種開(kāi)源運(yùn)維工具/平臺(tái)無(wú)縫集成。

SONiC商用場(chǎng)景擴(kuò)展

數(shù)據(jù)中心（AsterNOS-DataCenter）

主要提供 L2/L3/VXLAN/Routing/EVPN 等云數(shù)據(jù)中心所需的各種功能，以及對(duì)智算等場(chǎng)景的RoCE、智能路由等特性的增強(qiáng)支持（未來(lái)也將主要基于此版本平滑支持下一代以太網(wǎng)協(xié)議，例如超以太網(wǎng)）。

企業(yè)園區(qū)（AsterNOS-Campus）

將SONiC的核心原則——開(kāi)放性、易用性和靈活性引入園區(qū)。提供VXLAN 和 BGP-EVPN 虛擬化，實(shí)現(xiàn)靈活的邏輯網(wǎng)絡(luò)編排；選定型號(hào)上采用 MPLS，可實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)商級(jí)場(chǎng)景的無(wú)縫 WAN 集成；部分型號(hào)采用 PTP（精確時(shí)間協(xié)議），為關(guān)鍵應(yīng)用提供高精度時(shí)間同步的網(wǎng)絡(luò)。
從數(shù)據(jù)中心場(chǎng)景到園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，這不僅僅是“更換操作系統(tǒng)”，而是一次深度集成和系統(tǒng)級(jí)重構(gòu)。我們針對(duì)資源受限的硬件平臺(tái)（甚至是 1G 端口的接入交換機(jī)）移植并優(yōu)化了SONiC，并圍繞其他開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（例如OpenWiFi/OLS）提供端到端的新一代云化園區(qū)網(wǎng)整體解決方案。

邊緣路由（AsterNOS-VPP*）

從硬件角度來(lái)看，業(yè)界已有很多強(qiáng)大的基礎(chǔ)平臺(tái)如各類(lèi) DPU 網(wǎng)卡、高性能服務(wù)器或虛擬化主機(jī)；在軟件方面，VPP等數(shù)據(jù)平面解決方案也已經(jīng)顯著成熟，兩者共同為構(gòu)建開(kāi)放路由平臺(tái)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
然而，SONiC 仍難以在這些新平臺(tái)上提供完整的路由功能——市場(chǎng)上明顯缺乏一種能夠真正取代昂貴的封閉式黑盒路由器的商用級(jí)、成熟且用戶友好的開(kāi)放式路由解決方案。
AsteNOS-VPP 則是目前我們圍繞SONiC的最新實(shí)踐。具體而言是將 SAI 接口集成到 VPP 上，使基于 SONiC 的 AsterNOS 能夠從交換機(jī) ASIC 平臺(tái)擴(kuò)展到具有完整路由功能的 DPU 和服務(wù)器平臺(tái)。

參考文獻(xiàn)
mp.weixin.qq.com

SONiC Boom: Leveraging Open Source and Merchant Silicon for Today’s Scalable Network Infrastructures