白盒交換機：實現網絡可編程性的三種方式
哪怕是最苛刻的IT專業人員，有一個詞也會很吸引他注意：節約成本。當市場中出現白盒交換機時——即一種預安裝第三方網絡操作系統的消費類交換機硬件，網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約成本。
但是，隨著網絡可編程性的概念變得越來越受到關注，節約成本已經不是白盒交換機中最受關注的方面了。除了節約金錢，它們還可以增加網絡自動化、可編程性和靈活性，這些改進也有其實際價值。
根據波士頓Doyle Research首席分析師Lee Doyle的觀點，包含軟件和硬件在內的白盒交換機市場預計將在2018年增長到5億美元。但是，現在仍然是軟件定義網絡(SDN)的發展早期，因為白盒交換機與網絡操作系統市場目前還很小。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網級別公司、更多考慮綠地部署風險的數據中心運營商和一些基于云但未達到互聯網級別的公司。然而，大多數企業和服務提供商并不滿足于任何一個網絡操作系統。對于大多數公司而言，他們的操作系統選擇最終取決于作出采購決策的負責人的專業技術背景。
Gartner公司杰出分析師Joe Skorupa說：“服務人員會選擇Cumulus Networks或Pica8，而網絡人員則會選擇Big Switch或Pica8。Cumulus Networks有適用于數據中心的白盒交換機。人們通常會用它來支持SDN堆疊網絡，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網絡可編程性的用例。
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網絡操作系統來高效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網絡操作系統，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。”
這與DreamHost的遺留交換機有很大的區別，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絡環境變成一種不那么特殊的通用環境。”
Cumulus白盒交換機采用的方法將來自大型傳統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DreamHost提升Linux平臺的性能和實現網絡可見性，同時讓它的工程師能夠使用現有的Linux服務器管理工具實現網絡自動化。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的網絡要求。這個網絡包括客戶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：“雖然網絡工程師現在可以通過自動化、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。”
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量。一個Linux服務器可能只有2~4個2層和3層連接以太網端口，而Cumulus白盒交換機則有48個10GB端口。
DreamHost使用DevOps工具Opscode Chef實現服務器與網絡編制。由于每一個交換機都運行著版本2和版本3的開放最短路徑優先(Open Shortest Path First)協議，因此從配置到故障修復等所有網絡操作都變得非常簡單。DreamHost工程師根據Chef手冊和秘訣(一組可重用配置說明)編程實現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來監控交換機。
交換機會出現故障，而當它們出現故障時，Cumulus Linux會讓DreamHost的網絡保存路由數據并保持正常運行，直到交換機完成更換，即從網絡移除故障交換機，然后使用剩余交換機自動重建網絡結構。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，與所有網絡平臺一樣，Cumulus Linux也不是完美的。
LaCour說：“在一些復雜特性上，網絡操作系統仍然無法與傳統交換機架構相媲美。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絡的簡單性，同時在SDN堆疊網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絡分流器
為了監控流量或修復網絡問題，企業網絡工程師通常會使用到網絡分流器，如嗅探器或數據包分析器。此外，服務提供商也會使用網絡分流器保證服務交付和服務質量，使用這些工具來確保流量的質量和交付，或者提前測量實際網絡性能是否符合服務水平協議。
此外，網絡工程師可以使用分流器查找網絡擁塞的根源。
白盒交換機供應商Pica8的銷售副總裁Steve Garrison說：“如果有人在觀看網絡視頻，造成核心網絡擁擠，那么就可能影響SaaS應用或VoIP系統的性能。”網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，傳統的網絡分流器方法可能會有一定的問題，特別是在大規模環境中，必須將物理分流器插入到所有出現流量問題的設備中，才能實現完全可見性。
白盒交換機的可編程性提供了一個替代方案。例如，Pica8的軟件使網絡工程師能夠通過API和控制器編寫在操作系統中使用的分流器——這種分流器可以映射來自一個端口、子網或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絡。
Garrison說：“編寫一個動態可編程分流器，就可以集中管理網絡監控。你可以附加測試工具到一個端口上，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。”
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現造成流量淹沒問題的根源。”
創建滿足需求的網絡
美國圣安東尼奧德克薩斯大學(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，這是北美第一個云與大數據研究實驗室。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，它的網絡運行在基于開放網絡安裝環境(Open Network Install Environment, ONIE)的Cumulus Linux上，它是目前最好的白盒交換機開放網絡啟動加載程序。
為了支持實驗室關于開源技術的支持研究和工作，它的數據中心必須能夠快速擴展和調整。實驗室選擇在白盒交換機上運行Cumulus Linux，使用一種標準Linux操作系統和Linux工具來實現網絡各個部分的自動化。
UTSA實驗室的大多數網絡基礎架構基于OCP認證的網絡技術，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絡的其余部分，用同樣運行Cumulus Linux的OCP認證網絡技術和交換機去搭建網絡。這種網絡可以適應新開源研究項目的增長需求。
將Cumulus Linux作為網絡操作系統，實驗室網絡就可以支持大量不同開源服務器軟件包的輕松訪問。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。由于和在傳統網絡設備一樣，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。管理員只需要懂Linux，可以編程管理交換機。”
實驗室在網絡基礎架構上使用的大規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使工程師能夠根據需要用熟悉的腳本和API編程控制網絡。因為網絡操作系統是基于Linux的，所以網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絡操作系統。
Cardenas說：“ONIE能夠發現操作系統并將它安裝到硬件上。”
白盒交換機不僅允許實驗室自行選擇硬件和網絡操作系統，也允許實驗室的IT團隊選擇可編程網絡上運行的Linux版本及兼容Linux的軟件應用程序。這種方法可以實現比傳統交換架構風險更小和人為錯誤更少的自動化網絡。
