В фокусе Саммита: стандартные альтернативы чипам Broadcom, единый API для Ethernet-коммутаторов, SDN-сеть Espresso в Google, White-box коммутаторы в AT&T.

«Переход на единый API позволит добавлять и выводить Ethernet-коммутаторы из-под нагрузки так же просто, как подключать обычные серверы, — заявил Амин Вахдат (Amin Vahdat), технический руководитель Службы поддержки собственной сети Google в интервью изданию EE Times на недавней конференции Open Networking Summit. — Это позволит начать выпуск нового ряда процессоров для Ethernet и окажет давление на компанию Broadcom, оборудование которой занимает сейчас главенствующее положение на рынке. Сейчас, когда нет единого стандарта для API коммутаторов, установка нового оборудования требует крайне кропотливой, ручной настройки».

Создание API — это только один из элементов, отсутствие которых сдерживает сетевых операторов и крупные интернет-компании начать миграцию их собственных сетей на архитектуру SDN.

Новые игроки на рынке оборудования сетевых коммутаторов

Недавно две крупные компании, бизнес которых тесно связан с обслуживанием сетей — поисковый гигант Google и телеком-оператор AT&T — обнародовали результаты своих долгосрочных разработок, направленных на постепенный отказ от использования сетевой поддержки на базе специализированных микросхем (ASICs) и проприетарных протоколов. Целью развития этих компаний является создание новой программной надстройки, позволяющей осуществлять поддержку сети на базе типовых серверов и коммутаторов.

Микросхемы Broadcom занимают сейчас доминирующее положение в этом сегменте рынка. Они применяются приблизительно на 90% установленных Ethernet-коммутаторов в мире. Но их монополии уже угрожают новые игроки, которые недавно появились на рынке. Среди последних открытий — компания Cavium, выпускающая процессор XPliant, который можно использовать взамен традиционных Broadcom Trident и Tomahawk. Это уже нашло отражение в новых моделях коммутаторов, выпуск которых освоили Arista и Brocade.

AT&T объявила о своем интересе к разработкам недавнего стартапа Barefoot Networks, освоившего выпуск собственных чипсетов для коммутаторов. Кроме него, все большую активность на рынке проявляют стартап Innovium и компания Nephos — бывшее сетевое подразделение Mediatek. Свою долю рынка Ethernet-коммутаторов готовы заполучить также китайская компания Centec Networks, Marvell и Mellanox.

Оживленная конкуренция, по мнению участников рынка, должна привести к снижению цен от нынешнего максимума. В 2016 г. они составляли около 60 долл. на порт 100 Гбит/с (в пересчете на процессор это почти 2000 долл.). По мнению Боба Уиллера (Bob Wheeler), главного сетевого аналитика Linley Group, к 2020 г. стоимость одного порта упадет до 36 долл. Но чтобы это произошло, требуется создание единого API для коммутаторов, на чем настаивает Google.

Установка новых процессоров в коммутаторах немыслима без соответствующей аппаратной поддержки на уровне сети для выявления и обработки сетевых ошибок. «Хотя появление новых моделей процессоров открывает заманчивые перспективы наращивания сетевой производительности, их внедрение нельзя рассматривать отдельно от общей системы коммутации, — подчеркнул Вахдат. — Это заставляет заказчиков выбирать только те сетевые процессоры, которые могут сосуществовать в рамках общей экосистемы, представленной различными коммутаторами от всевозможных вендоров».

SDN в Google: четвертый этап развития — сеть Espresso

На Open Networking Summit Амин Вахдат рассказал о реализации SDN во внутренней сети Google и построении однорангового (пирингового) края на ее границе, где происходят соединения с внешними клиентами. Теперь этот сетевой сегмент выстроен на базе серверов и коммутаторов, которые заменили прежнюю сеть, построенную на базе маршрутизаторов. Эта новая сетевая конфигурация получила название Espresso, она находится в промышленной эксплуатации уже около двух лет.

В настоящее время на долю Espresso приходится приблизительно 20% общего интернет-трафика Google, причем эта составляющая продолжает расти. Смысл использования Espresso состоит в том, чтобы обслужить перенаправление трафика в пределах пирингового края, сделав это так, чтобы обеспечить повышение производительности, гибкости и эффективности при его обработке.

Управление трафиком перестает быть простым обслуживанием подключений между компьютерами. Выстраивание оптимального пути позволяет качественно повысить уровень реализации прикладных систем, работающих в ЦОДе.

Применительно к Google это проявляется, например, при реализации функций поддержки голосового поиска. Чтобы клиент мог быстро получить ответ, ему необходимо обеспечить быструю обратную связь от пользовательского устройства до границы сети Google, а затем провести трафик через один из дата-центров. Внутри ЦОДа работают одновременно сотни, а подчас и тысячи серверов, которые осуществляют декомпозицию голосового запроса на распознаваемые фрагменты речи с учетом того или иного языка и диалекта. После распознавания запрос передается в другой кластер, где производится веб-поиск и создается ответ на базе интернет-контента, поддерживаемого в актуальном состоянии в реальном времени. Результаты собираются из разных источников, после чего они ранжируются по нужному критерию и возвращаются на пиринговый край для передачи на устройство клиента.

«Благодаря отказу от использования маршрутизаторов нам удалось избавиться от многих традиционных проблем. Их учет приводил к усложнению обработки, это в свою очередь сдерживало рост производительности, требовало дополнительных затрат, — уточнил Вахдат. — Теперь вместо маршрутизаторов мы применяем высокопроизводительные коммутаторы, добавляя в их программную надстройку совсем немного новых функций».

Система Espresso способна динамически выбирать оптимальную локацию для обслуживания каждого конкретного пользователя, что позволяет отказаться от статического подключения пользователей на основе их IP-адресв. В результате выдача результатов на поисковые запросы Google ускоряется, число повторных буферизаций сокращается, а пользователи получают возможность просматривать ролики на YouTube с более высоким разрешением.

Используя Espresso взамен сложной конфигурации одноранговых подключений маршрутизаторов, Google выводит логику обслуживания трафика и его администрирование на качественно иной уровень, устраняя прежние ограничения. Благодаря наращиванию объема ОЗУ в серверах Espresso теперь может обрабатывать более объемные таблицы маршрутизации, чем допускалось раньше.

«Вместо того, чтобы зависеть от тысяч маршрутизаторов, — поясняет Вахдат, — оценка и контроль пакетных потоков передаются в распределенную систему. Серверы начинают работать как контроллеры».

Следует напомнить, что Espresso — это уже четвертый этап развития сети SDN — новой концепции, которую осваивает Google, отлаживая ее в рамках собственной внутренней сети. Пиринговый край сети, относящийся к Google, является крупнейшим в мире. Через него осуществляется обмен трафиком с интернет-провайдерами 70 крупнейших мегаполисов (через городские территориальные Metro-сети). Здесь у Google генерируется в общей сложности более 25% всего мирового интернет-трафика.

Развитие SDN в Google началось в 2013 г. с развертывания высокоскоростной сети WAN B4, где был исследован переход от использования специализированных маршрутизаторов к серверам и коммутаторам, на которые возлагались их традиционные функции. Второй этап развития SDN в Google начался в 2014 г. со строительством сети Andromeda, в рамках которой проходило изучение особенностей виртуализации сетевых функций. Третий этап начался в 2015 г. и был связан с выстраиванием сети Jupiter для изучения работы межсетевых соединений в ЦОДах. В том же году началась и эксплуатация системы Espresso.

AT&T возводит SDN-сеть на базе White-box коммутаторов

Третьей темой Open Networking Summit, которая привлекла наибольшее внимание участников, стал отчет AT&T, ведущей телеком-компании США, о развитии собственной SDN-сети.

«Согласно нашим планам, к концу нынешнего года 55% всех сетевых услуг будут предоставляться средствами SDN, — заявил Джон Донован, директор компании по стратегическим вопросам. — В прошлом году на ее долю приходилось 30%, а два года назад доля SDN составляла только 2%».

Как заявил Андре Футч (Andre Fuetsch), технический директор AT&T, развитие SDN в компании во многом объясняется ее потребностью адекватно реагиовать на колоссальный рост мобильного сетевого трафика. «За прошедшие 10 лет он вырос в 2500 раз», — уточнил он.

«Опора на аппаратные решения уже не позволяет добиться нужной оптимизации, — заявил Футч. — Выход надо искать в программных решениях. Необходима новая архитектура и программная платформа. Поскольку на рынке нет подходящих решений, нам пришлось создавать собственное решение».

В результате в AT&T была создана система ECOMP (Enhanced Control, Orchestration, Management & Policy), позволяющая реализовать около 100 различных виртуализованных функций, связанных с поддержкой нескольких десятков миллионов клиентов компании. В начале 2017 г. оператор сделал этот проект открытым (Open Source) и предоставил другим телеком-компаниям возможность использовать его для разработки собственных программных реализаций и создания открытой платформы сетевой автоматизации ONAP (Open Network Automation Platform).

«Использование открытой модели для оборудования имеет сейчас первостепенное значение», — заявил Футч. В AT&T расширяется использование так называемых White-box коммутаторов и серверов, предусматривающих установку процессоров от различных вендоров — Broadcom, Intel и Barefoot Networks. Выпуск сетевых устройств такого типа запущен сегодня в ряде производственных компаний. Например, их выпуск освоен в Foxconn.

Концепция White-box коммутаторов имеет прямую связь с SDN. В ней реализуется модель разделения оборудования на «железную» (Bare-metal) часть и программную надстройку. Первая часть позволяет использовать оборудование на основе схемотехники не только Broadcom, но и других производителей чипсетов, вторая часть касается применения сетевой ОС, которая может как предустанавливаться при выпуске устройства, так и устанавливаться заказчиком отдельно.

Суть концепции White-box — это предоставление заказчикам недорогого и небрендированного оборудования (коммутаторов, серверов), которые не имеют тесной интеграции чипсета и сетевых приложений, но при этом позволяют администраторам этих систем модифицировать ОС под свои нужды, используя огромное количество бесплатных приложений, доступных на рынке.

«В декабре 2016 г. AT&T получил коммутатор на чипсете Barefoot, и уже через три месяца началась его эксплуатация в сети. Это — очень короткий срок, — заявил Футч. — В этом реальное достоинство нового оборудования».

Внедрения новых SDN-систем несет с собой и еще один эффект. Благодаря их развитию размывается сложившаяся экосистема сетевого оборудования, связанная с преимущественным использованием устройств традиционных производителей — Cisco, Ericsson и Nokia, которые ориентированы на применение собственных аппаратных и программных решений. SDN привносит гибкость заказчикам, и они постепенно начинают применять ее все шире и шире