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 哪怕是苛刻的IT專業(yè)人員，有一個詞也會很吸引他注意：節(jié)約成本。當市場中出現(xiàn)白盒交換機時——即一種預安裝第三方網(wǎng)絡操作系統(tǒng)的消費類交換機硬件，網(wǎng)絡工程師一般首先聽到或了解到的是這種新方法有可能節(jié)約成本。

        但是，隨著網(wǎng)絡可編程性的概念變得越來越受到關注，節(jié)約成本已經(jīng)不是白盒交換機中受關注的方面了。除了節(jié)約金錢，它們還可以增加網(wǎng)絡自動化、可編程性和靈活性，這些改進也有其實際價值。

        根據(jù)波士頓Doyle Research分析師Lee Doyle的觀點，包含軟件和硬件在內(nèi)的白盒交換機市場預計將在2018年增長到5億美元。但是，現(xiàn)在仍然是軟件定義網(wǎng)絡(SDN)的發(fā)展早期，因為白盒交換機與網(wǎng)絡操作系統(tǒng)市場目前還很小。Doyle指出，作為對比，像Cumulus Networks和Big Switch Networks這樣的白盒交換機供應商現(xiàn)在的“收益可能只有200萬美元”。

        他補充說，目前主攻白盒交換機的公司主要有三類：有資源部署和維護這些交換機的互聯(lián)網(wǎng)級別公司、更多考慮綠地部署風險的數(shù)據(jù)中心運營商和一些基于云但未達到互聯(lián)網(wǎng)級別的公司。然而，大多數(shù)企業(yè)和服務提供商并不滿足于任何一個網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。對于大多數(shù)公司而言，他們的操作系統(tǒng)選擇終取決于作出采購決策的負責人的專業(yè)技術背景。

        Gartner公司杰出分析師Joe Skorupa說：“服務人員會選擇Cumulus Networks或Pica8，而網(wǎng)絡人員則會選擇Big Switch或Pica8。Cumulus Networks有適用于數(shù)據(jù)中心的白盒交換機。人們通常會用它來支持SDN堆疊網(wǎng)絡，但是它本身并不是SDN。”

        下面將針對這個特點來介紹三個使用拍盒交換機實現(xiàn)網(wǎng)絡可編程性的用例。

像管理服務器一樣管理交換機

        DreamHost LLC是洛杉磯一家網(wǎng)站托管公司和云提供商，它在白盒交換機上使用Cumulus Networks的Cumulus Linux網(wǎng)絡操作系統(tǒng)來地擴展和管理自己的開源多租賃公共云服務：DreamCompute。

        DreamHost負責云的副總裁Jonathan LaCour說：“由于運行著Cumulus Linux網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，所以我們將交換機看作是另一種Linux服務器。我們也用相同的團隊、工具和流程去管理我們的Linux服務器上的Cumulus Linux?！?/p>

        這與DreamHost的遺留交換機有很大的區(qū)別，后者運行著預安裝的私有軟件和工具，與IT團隊用于管理和監(jiān)控計算與存儲設備的Linux工具完全不同。

        LaCour說：“Cumulus Linux幫助我們將一種特殊的網(wǎng)絡環(huán)境變成一種不那么特殊的通用環(huán)境。”

        Cumulus白盒交換機采用的方法將來自大型傳統(tǒng)交換機供應商的私有交換機接口更換為所有Linux服務器管理員都能理解的通用Linux接口。

        在白盒交換機上運行Cumulus Linux可以幫助DreamHostLinux平臺的性能和實現(xiàn)網(wǎng)絡可見性，同時讓它的工程師能夠使用現(xiàn)有的Linux服務器管理工具實現(xiàn)網(wǎng)絡自動化。采用與Linux服務器自動配置安裝過程的相同方法，除了一些小更新和修改之外 ，完全不需要更多的特殊考慮，Cumulus Linux控制器會自動配置其白盒交換機安裝設置，以滿足DreamHost的網(wǎng)絡要求。這個網(wǎng)絡包括客戶Pod(自包含硬件單元，表示DreamHost云的一個可用域)和用于管理用途的命令與控制Pod，它們運行著Cumulus Linux和40GbE葉脊架構。

        LaCour說：“雖然網(wǎng)絡工程師現(xiàn)在可以通過自動化、CPI(命令行接口)和API編程控制交換機，Cumulus Linux的特別之處是它的CLI和API與每一位系統(tǒng)工程師和云工程師長期使用的Linux工具完全相同，如路由器命令和ipconfig等。他們完全不需要學習新東西，所有東西都由硬件加速?！?/p>

        Linux服務器與運行Cumulus Linux的交換機之間并沒有很大的差別——主要差別就是每一臺設備上的端口數(shù)量。一個Linux服務器可能只有2~4個2層和3層連接以太網(wǎng)端口，而Cumulus白盒交換機則有48個10GB端口。

        DreamHost使用DevOps工具Opscode Chef實現(xiàn)服務器與網(wǎng)絡編制。由于每一個交換機都運行著版本2和版本3的開放短路徑(Open Shortest Path First)，因此從配置到故障修復等所有網(wǎng)絡操作都變得非常簡單。DreamHost工程師根據(jù)Chef手冊和秘訣(一組可重用配置說明)編程實現(xiàn)Cumulus Linux交換機的目錄管理和配置。它的IT團隊使用基于Python編寫的工具Graphite來監(jiān)控交換機。

        交換機會出現(xiàn)故障，而當它們出現(xiàn)故障時，Cumulus Linux會讓DreamHost的網(wǎng)絡保存路由數(shù)據(jù)并保持正常運行，直到交換機完成更換，即從網(wǎng)絡移除故障交換機，然后使用剩余交換機自動重建網(wǎng)絡結構。然后，控制器會配置新交換機，然后自動將它添加到網(wǎng)絡中。這樣就可以將平均修復時間從幾小時減少為幾分鐘。

        但是，與所有網(wǎng)絡平臺一樣，Cumulus Linux也不是的。

        LaCour說：“在一些復雜特性上，網(wǎng)絡操作系統(tǒng)仍然無法與傳統(tǒng)交換機架構相媲美。但是，這與我們的情況沒有關系，因為我們更愿意保持底層網(wǎng)絡的簡單性，同時在SDN堆疊網(wǎng)絡上添加白盒交換機所缺少的更多特性?！?/p>

用白盒交換機簡化網(wǎng)絡分流器

        為了監(jiān)控流量或修復網(wǎng)絡問題，企業(yè)網(wǎng)絡工程師通常會使用到網(wǎng)絡分流器，如嗅探器或數(shù)據(jù)包分析器。此外，服務提供商也會使用網(wǎng)絡分流器服務交付和服務質量，使用這些工具來流量的質量和交付，或者測量實際網(wǎng)絡性能是否符合服務水平。

        此外，網(wǎng)絡工程師可以使用分流器查找網(wǎng)絡擁塞的根源。

        白盒交換機供應商Pica8的銷售副總裁Steve Garrison說：“如果有人在觀看網(wǎng)絡視頻，造成核心網(wǎng)絡擁擠，那么就可能影響SaaS應用或VoIP系統(tǒng)的性能?！本W(wǎng)絡工程師需要診斷這些問題，然后才能尋找出應對方法，如應用策略等。

        但是，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡分流器方法可能會有一定的問題，特別是在大規(guī)模環(huán)境中，必須將物理分流器插入到所有出現(xiàn)流量問題的設備中，才能實現(xiàn)完全可見性。

        白盒交換機的可編程性提供了一個替代方案。例如，Pica8的軟件使網(wǎng)絡工程師能夠通過API和控制器編寫在操作系統(tǒng)中使用的分流器——這種分流器可以映射來自一個端口、子網(wǎng)或VLAN，或者讓通過一個交換機的所有HTTP流量聚集在一個采集端口上。

        這種方法的好處是，工程師不需要在每一個交換機上部署物理分流器。他們可以在一個交換機上部署分流器，然后給它們配置一些需要檢測的邏輯網(wǎng)絡。

        Garrison說：“編寫一個動態(tài)可編程分流器，就可以集中管理網(wǎng)絡監(jiān)控。你可以附加工具到一個端口上，然后就可以使用可編程功能檢測整個網(wǎng)絡的所有虛擬或物理端口。你可以轉到不同的端口，檢查來自任意指定端口的不同流量流?！?/p>

        他補充說：“此外，你還應該過濾特定的流量，查看過濾后的結果，用這種方式來隔離和發(fā)現(xiàn)造成流量淹沒問題的根源?！?/p>

創(chuàng)建滿足需求的網(wǎng)絡

        美國圣安東尼奧德克薩斯(UTSA)是開放計算項目(Open Compute Project, OCP)認證與解決方案實驗室所在地，這是北美個云與大數(shù)據(jù)研究實驗室。這個實驗室負責認證開放計算技術和大型企業(yè)的關鍵工作，同時也向學生講授開源技術。UTSA云計算應用研究副主管Carlos Cardenas指出，它的網(wǎng)絡運行在基于開放網(wǎng)絡安裝環(huán)境(Open Network Install Environment, ONIE)的Cumulus Linux上，它是目前好的白盒交換機開放網(wǎng)絡啟動加載程序。

        為了支持實驗室關于開源技術的支持研究和工作，它的數(shù)據(jù)中心必須能夠擴展和調(diào)整。實驗室選擇在白盒交換機上運行Cumulus Linux，使用一種標準Linux操作系統(tǒng)和Linux工具來實現(xiàn)網(wǎng)絡各個部分的自動化。

        UTSA實驗室的大多數(shù)網(wǎng)絡基礎架構基于OCP認證的網(wǎng)絡技術，包括來自Edge-Core Networks的交換機和運行Cumulus Linux的Quanta Computer。其目標是將這種架構擴展到網(wǎng)絡的其余部分，用同樣運行Cumulus Linux的OCP認證網(wǎng)絡技術和交換機去搭建網(wǎng)絡。這種網(wǎng)絡可以適應新開源研究項目的增長需求。

        將Cumulus Linux作為網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，實驗室網(wǎng)絡就可以支持大量不同開源服務器軟件包的訪問。這意味著通常安裝在Linux服務器的軟件一樣可以用在Cumulus Linux上，如OpenSSH、OpenNTPD、isc-dhcp-server、DNSMasq和Quagga。由于和在傳統(tǒng)網(wǎng)絡設備一樣，所以這些軟件包不需要特殊版本，而是和Debian和Ubuntu等Linux發(fā)行版本的軟件包完全一樣。交換機接口的用法與原先在Linux服務器上一樣——只是現(xiàn)在有48個端口了。

        Cardenas說：“我們在交換機上使用與所有服務器完全相同的配置管理接口。管理員要懂Linux，可以編程管理交換機?！?/p>

        實驗室在網(wǎng)絡基礎架構上使用的大規(guī)模軟件更新和重新配置機制與在Linux服務器上使用的機制完全相同。Cumulus Linux使工程師能夠根據(jù)需要用熟悉的腳本和API編程控制網(wǎng)絡。因為網(wǎng)絡操作系統(tǒng)是基于Linux的，所以網(wǎng)絡工程師可以使用他們喜歡的自動化工具(Ansible)管理白盒交換機的網(wǎng)絡配置。而且，有了ONIE之后，實驗室可以在硬件上安裝自己想要的網(wǎng)絡操作系統(tǒng)。

        Cardenas說：“ONIE能夠發(fā)現(xiàn)操作系統(tǒng)并將它安裝到硬件上?！?/p>

        白盒交換機不僅允許實驗室自行選擇硬件和網(wǎng)絡操作系統(tǒng)，也允許實驗室的IT團隊選擇可編程網(wǎng)絡上運行的Linux版本及兼容Linux的軟件應用程序。這種方法可以實現(xiàn)比傳統(tǒng)交換架構風險更小和人為錯誤更少的自動化網(wǎng)絡。

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