2012的故事

2012年的某天，你跟往常一樣起床，打開電腦，卻發(fā)現(xiàn)無法登錄到郵箱、無法連接到公司的VPN網(wǎng)絡(luò)、無法訂購任何東西……，你會(huì)發(fā)現(xiàn)一切都簡(jiǎn)直跟世界末日一樣，離開了網(wǎng)絡(luò)，現(xiàn)代社會(huì)根本無法正常運(yùn)行。這并不是可笑的無根據(jù)的幻想，如果世界末日真的來臨，摧毀互聯(lián)網(wǎng)無疑是最直接有效的辦法，而現(xiàn)代互聯(lián)網(wǎng)并沒有我們想象的那樣魯棒。

從上個(gè)世紀(jì)70年代初，互聯(lián)網(wǎng)在短短不到40年時(shí)間里已經(jīng)發(fā)展成為這個(gè)星球上不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。然而由于一開始的設(shè)計(jì)并沒有考慮到后來互聯(lián)網(wǎng)的規(guī)模會(huì)如此龐大、承載的應(yīng)用會(huì)如此復(fù)雜、地位會(huì)變得如此重要，現(xiàn)代的互聯(lián)網(wǎng)在過重的壓力下已經(jīng)凸顯出太多亟待解決的問題。互聯(lián)網(wǎng)太危險(xiǎn)，惡意攻擊、病毒、木馬每年造成上千億刀的損失；互聯(lián)網(wǎng)太脆弱，無標(biāo)度（Scale-free）的特性讓整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以在精心設(shè)計(jì)的少數(shù)攻擊下即告崩潰；互聯(lián)網(wǎng)太隨意，p2p等應(yīng)用的出現(xiàn)一度造成各大ISP網(wǎng)絡(luò)堵塞，嚴(yán)重影響傳統(tǒng)正常的訪問；互聯(lián)網(wǎng)太遲鈍，現(xiàn)代臃腫的路由機(jī)制不能支持快速的更新，即便發(fā)現(xiàn)問題也無法快速反應(yīng)；互聯(lián)網(wǎng)太局促，IPv4的分配地址已經(jīng)捉襟見肘……

這一切的問題都隱隱的指向了互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)龐然大物最關(guān)鍵的軟肋——可控性。缺乏有效的控制措施讓互聯(lián)網(wǎng)這個(gè)為服務(wù)人類而設(shè)計(jì)的機(jī)器，正在逐漸演變成一頭臃腫而暴躁的兇獸，掙扎著要擺脫人類所施加的脆弱枷鎖。

下一代互聯(lián)網(wǎng)和GENI

為了解決當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的問題，不少國(guó)家都紛紛提出了下一代互聯(lián)網(wǎng)計(jì)劃，代表性計(jì)劃有美國(guó)的FIND（Future Internet Network Design，未來互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)）和GENI (Global Environment for Network Innovations，全球網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新環(huán)境)，歐洲的FIRE (Future Internet Research and Experimentation，未來互聯(lián)網(wǎng)研究和實(shí)驗(yàn))，中國(guó)的CNGI-CERNET（China Next Generation Internet）。所有這些計(jì)劃參與者大都是各個(gè)國(guó)家產(chǎn)、學(xué)、研頂尖的機(jī)構(gòu)。

這三大計(jì)劃中，CNGI-CERNET主要是研究在IPv6體系下的新一代網(wǎng)絡(luò)；而NSF支持的FIND計(jì)劃計(jì)劃在不受當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的制約下提出未來互聯(lián)網(wǎng)的需求，從2006年到2014年分三個(gè)階段主要致力于五個(gè)問題：是否繼續(xù)采用分組交換、是否要改變端對(duì)端原理、是否要分開路由和包轉(zhuǎn)發(fā)、擁塞控制跟資源管理、身份認(rèn)證和路由問題。FIND計(jì)劃最主要的成果之一就是GENI——一套網(wǎng)絡(luò)研究的基礎(chǔ)平臺(tái)，同時(shí)FIRE計(jì)劃跟GENI項(xiàng)目合作也非常密切。GENI計(jì)劃的兩大任務(wù)是為最前沿的網(wǎng)絡(luò)科學(xué)工程領(lǐng)域革命性研究開路；刺激和促進(jìn)重大社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響的奠基性創(chuàng)新的出現(xiàn)；圍繞這兩大任務(wù)，GENI致力于打造下一代互聯(lián)網(wǎng)的虛擬實(shí)驗(yàn)室，為研究者提供驗(yàn)證創(chuàng)新的架構(gòu)、協(xié)議的靈活、可擴(kuò)展、可配置的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，并促進(jìn)學(xué)術(shù)界和業(yè)界的相互合作。長(zhǎng)期以來，缺乏合適的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)讓各界的專家學(xué)者們傷透了腦筋，PlanetLab的種種局限已經(jīng)不能滿足廣大researcher越來越令人fz的需求了。

毫無疑問，GENI的目標(biāo)將讓每個(gè)網(wǎng)絡(luò)研究者為之著迷和激動(dòng)，一套完全可控、可定制、大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)試驗(yàn)床，對(duì)學(xué)術(shù)界將意味著大批的頂級(jí)paper，對(duì)業(yè)界意味著大量的新標(biāo)準(zhǔn)、新協(xié)議。

OpenFlow的前世今生

GENI的好處雖多，但要部署這個(gè)平臺(tái)無疑是一件太過昂貴的事情，于是一個(gè)自然的事情就是在目前現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)下，能否省時(shí)省力的干好這個(gè)事情？

很自然的想法，如果我能控制整個(gè)Internet就好了，而網(wǎng)絡(luò)中最關(guān)鍵的節(jié)點(diǎn)就是交換設(shè)備。控制了交換設(shè)備就如同控制了城市交通系統(tǒng)中的紅綠燈一樣，所有的流量就可以乖乖聽話，為我所用。然而現(xiàn)代的交換設(shè)備被幾家巨頭壟斷，開放的接口十分有限，能做的事情也十分有限。如果能有一套開放接口、支持控制的交換標(biāo)準(zhǔn)該多好？OpenFlow應(yīng)運(yùn)而生。

最初的想法其實(shí)十分簡(jiǎn)單，無論是交換機(jī)還是路由器，最核心的信息都存放在所謂的flow table里面，用來實(shí)現(xiàn)各種各樣的功能，諸如轉(zhuǎn)發(fā)、統(tǒng)計(jì)、過濾等。flow table結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)很大程度上體現(xiàn)了各個(gè)廠家的獨(dú)特風(fēng)格。OpenFlow就是試圖提出這樣一個(gè)通用的flow table設(shè)計(jì)，能夠滿足大家不同的需求，同時(shí)這個(gè)flow table支持遠(yuǎn)程的訪問和控制，從而達(dá)到控制流量的目的。具體來說，OpenFlow的flow table中每一個(gè)entry支持3個(gè)部分：規(guī)則，操作跟狀態(tài)。規(guī)則無非是用來定義flow，OpenFlow里flow定義十分寬泛，支持10個(gè)域(除了傳統(tǒng)的7元組之外增加了交換端口、 以太網(wǎng)類型、Vlan ID)；操作就是轉(zhuǎn)發(fā)、丟棄等行為，狀態(tài)部分則是主要用來做流量的統(tǒng)計(jì)。在此基礎(chǔ)上最關(guān)鍵的特性就是支持遠(yuǎn)端的控制，試想，如果我要改變entry就必須跑到交換機(jī)前重新編程寫入得多麻煩，而且如果我想獲知網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)狀態(tài)咋辦，有了統(tǒng)一的控制機(jī)制，我們的網(wǎng)絡(luò)才變得真正智能可控起來。OpenFlow的控制機(jī)制也十分靈活，感興趣的同仁可以參考NOX。

好了，有了這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，只要大家以后生產(chǎn)的交換設(shè)備都支持，那么學(xué)術(shù)界以后能做的事情就太多了，以前YY無數(shù)次的夢(mèng)想終于開始變成了現(xiàn)實(shí)。比如我們可以在正常運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)中自己在定義一些特殊的規(guī)則，讓符合規(guī)則的流量按照我們的需求走任意的路徑，就仿佛將一張物理網(wǎng)絡(luò)切成了若干不同的虛擬網(wǎng)絡(luò)一樣，同時(shí)運(yùn)行而又各不干擾，我們可以輕而易舉的測(cè)試各種新的協(xié)議；以前要做什么處理，需要考慮到具體的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，考慮到box的先后順序，現(xiàn)在好了，通過定義不同的flow entry就可以任意改變流量的運(yùn)行策略，這也很好的為解決移動(dòng)性問題提供了便利（一個(gè)著名的demo是筆記本在不同交換機(jī)之間切換，虛擬機(jī)在兩地之間切換，運(yùn)行的游戲不受影響）。從這個(gè)意義上說，OpenFlow將傳統(tǒng)的物理固定的硬件定義互聯(lián)網(wǎng)改造成為了動(dòng)態(tài)可變的軟件定義互聯(lián)網(wǎng)（software defined networking）。而一個(gè)軟件定義的可控的互聯(lián)網(wǎng)，除了更加靈活以外，毫無疑問，通過恰當(dāng)?shù)目刂扑惴ǎ瑢⒋蟠筇岣呔W(wǎng)絡(luò)自身的魯棒性、運(yùn)行效率以及安全性。

目前學(xué)術(shù)界OpenFlow主要是stanford、berkeley、MIT等牽頭的研究組在推動(dòng)，而業(yè)界據(jù)說包括Google在內(nèi)的幾大巨頭已經(jīng)紛紛參與其中，最新的版本1.0協(xié)議已經(jīng)發(fā)布。牽頭人Nick Mckeown曾在Sigcomm08上做過專題的demo，后續(xù)這幾年仍有不少的相關(guān)工作在高水平的會(huì)議上發(fā)表。國(guó)內(nèi)據(jù)說清華大學(xué)已經(jīng)有研究機(jī)構(gòu)參與進(jìn)去。

Nick Mckeown這個(gè)人十分有意思（主頁在http://yuba.stanford.edu/~nickm），現(xiàn)任standford的AP，從他本人提供的簡(jiǎn)歷就可以看出，Nick同學(xué)跟業(yè)界關(guān)系十分緊密，phd畢業(yè)兩年就創(chuàng)辦了公司，還參與了Cisco的項(xiàng)目，后來新公司賣給Cisco（Cisco這種模式很不錯(cuò)，有興趣的同仁可以搜索過往案例）。筆者有幸在某次國(guó)際會(huì)議上碰到真人，給人感覺是十分的humorous且energetic的。Nick同學(xué)在推OpenFlow的時(shí)候明顯十分重視跟業(yè)界結(jié)合，基本上是一邊做，一邊拉生產(chǎn)商的支持，很重視做demo，很早就在stanford的校園網(wǎng)中部署了OpenFlow，做的差不多了再提標(biāo)準(zhǔn)，再做宣傳就事半功倍了。他的這種發(fā)展模式也十分為筆者所推崇。

最后的戰(zhàn)役

OpenFlow的出現(xiàn)無疑給現(xiàn)有的交換市場(chǎng)帶來了新的巨大的商機(jī)。網(wǎng)絡(luò)行業(yè)發(fā)展到今天，壟斷已經(jīng)十分的嚴(yán)重，許多年來，交換機(jī)制造商已經(jīng)麻木于每天忙碌提高性能的目標(biāo)，偶爾做點(diǎn)小工作，支持下出現(xiàn)的新的需求。而OpenFlow創(chuàng)造了一塊前所未有的大蛋糕，能否抓住這一機(jī)遇，不夸張的說是重新瓜分市場(chǎng)的生死之戰(zhàn)。目前Cisco、HP、Juniper、NEC等巨頭已經(jīng)紛紛推出了支持OpenFlow的交換設(shè)備，不僅有固網(wǎng)的，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域也相關(guān)產(chǎn)品開始試水。從另外一個(gè)角度看，市場(chǎng)的重新瓜分，新需求的出現(xiàn)，也會(huì)給小規(guī)模的生產(chǎn)商帶來一線生機(jī)，對(duì)于新出現(xiàn)的廠家來說，這也許是能爭(zhēng)得一席之地最后的戰(zhàn)役。

相關(guān)資料

官方網(wǎng)站見http://www.openflowswitch.org，目前有軟件版本、netfpga版本可供使用，支持的交換設(shè)備相信很快就可以能夠買到。