简介： XGW是洛神云网络平台硬件传输层的核心，提供高性能的网络传输能力，负责公共网、专线和Region之间的流量聚合和分发，用户大带宽、大单流、稳定性、流量2020年12月19日，首届中国云网络峰会上，AlibabaCloud (阿里巴巴云)展位挤满了人，里三层外三层，是什么引起了这么多人的兴趣？
为什么需要采用软硬件一体化架构
随着云在企业中的发展，网络带宽进一步扩大，虽然最初采用的是使用物理服务器和DPDK构建的方式，但服务器摩尔定律已经失效，需要更多的服务器来应对不断增长的流量诉求虽然也对配送运输、成本、电力消耗等产生了不良影响，但采用可编程硬件芯片对增加的流量诉求有效。 从一台服务器160G到当前可编程单芯片3.2T/6.4T，再到下一代12.8T，传输能力提高了几十倍，传输延迟更低，整体Capex和Opex大幅下降。 因此，硬件化是必然的选择。
软硬件一体化网关XGW应用场景
XGW是洛神云网络平台的硬件传输层核心，提供高性能的网络传输能力，基于英特尔可编程芯片进行开发
XGW负责公共网、专线和Region之间的流量聚合和分发，如下图所示
典型场景如下：
1 )用户通过互联网访问Alibaba云(阿里巴巴云)，典型产品是EIP和共享带宽
2 )用户IDC接入Alibaba云(阿里巴巴云)，使用高速公路(专线)作为典型产品
3 )云上的区域通信，如北京区域ECS访问深圳区域ECS，使用的典型产品是CEN
通过采用软硬件一体化的XGW，可以满足用户在上述场景中的巨大带宽和高质量需求
1 )大带宽)例如，天猫双11或某大客户数10Tbps专线上的云业务。
2 )大单流)例如，在IoT场景的GRE tunnel中，用单流计算Gbps。
3 )稳定性)无软传输的CPU充满风险。
4 )低时延/低抖动)硬件网关管道足够粗，客户处光滑如云，无卡顿，高速公路车道似乎足够多，车辆行驶平稳，无排/无堵塞。
客户案例
1 )客户信息)客户是世界知名的网络科技企业，拥有视频、信息、教育等多种知名的APP应用。
2 )业务诉求：客户采用混合云体系结构，带宽规模双向达到51.2Tbps，IDC机房和云上的网络全堆栈支持IPv6。
业务压力：规模巨大，IPv4地址资源耗尽，需要从全堆栈切换到IPv6
3 )解决方案：阿里巴巴云(AlibabaCloud )通过XGW硬件软件一体化网关，提供超宽带和混合云全栈IPv6支持
4 )规划价值)1)超宽带支持、独立3.2Tbps、水平可扩展2 )全堆栈IPv6、云IPv6和在线IPv6网络无缝连接
软硬件一体化网关XGW技术实践
XGW乍一看像2U服务器，但主要部件包括负责传输大流量的P4可编程交换芯片、负责传输大条目的自研网卡芯片，以及负责业务组织和智能调度的CPU模块
1）芯片选择
选择了程控交换芯片的途径，首先遇到的问题是芯片选择AlibabaCloud (阿里巴巴云)有多种选择，首先是使用传统的AISC卡。 这是因为传统网络设备交换机的AISC已经非常成熟。 二是P4可编程AISC芯片——可编程能力越来越高的芯片。 另一个FPGA，从传统意义上讲，也是硬件芯片。
最终的Alibaba云(阿里巴巴云)选择了P4可编程的AISC芯片。 因为，虽然业务有快速迭代的诉求，但传统的AISC芯片功能已经固化，没有完全一致的诉求。 此外，许多传输行为是定制的，传统的AISC芯片无法支持，因此需要灵活、可编程的硬件芯片。
在可编程硬件芯片上，传统的FPGA非常灵活，但其功耗和成本相对较高，在相同传输能力的情况下，其功耗和成本都比p4可编程AISC芯片高很多，所以AlibabaCloud (阿里巴巴云)
2）芯片表项的优化
可编程芯片也带来了挑战。 处于芯片表项目的限制。 因为硬件芯片的显示项目有限，所以必须考虑芯片的面积、功耗和成本。 原始软转发条目存在于存储器中，基本上可以变大。 因此，APP应用芯片作为传输网元最大的挑战是表项的规模。 与此相对，AlibabaCloud (阿里巴巴云)也进行了很多优化。
首先，AlibabaCloud (阿里巴巴云)充分挖掘了芯片的能力。 传输芯片包括多个pipeline，通过多个pipeline共同实现高速传输性能。 最简单的编程方式是为每个pipeline分发相同的条目，所有处理逻辑都是对称的，整体传输模型非常简单。 但是，这种方式也有相应的代价，每个pipeline中存储的同一条目是整个芯片的对外能力。
考虑到芯片传输模型的特点，阿里巴巴云(AlibabaCloud )采用不对称的传输方式，处理逻辑分布在不同的pipeline上，将不同的pipeline条目重叠，从而提高传输条目的能力
然后，Alibaba云(阿里巴巴云)优化了整个软件的表项格式。 在软传输的转换模型中，为了清楚和简单，很多表是独立的。 例如，一个简单的产品可能使用多个表，每个表都有不同的属性，但如果多个表是在硬件中实现的，则表项的空间会相对较大。 考虑进行合并表，可以有效提高整个芯片表项目的利用率。
3）实现网络QoS
ng>利用可编程芯片数据平面，实现网络QoS的能力。大规模租户的应用较复杂，部门较多，不同应用的优先级不一样，对于带宽的要求也不一样，如果每个应用都按照它最大带宽来购买，成本会非常高。所以，许多超大规模客户希望购买一定带宽，然后在发生堵塞的时候先丢弃优先级低的报文，保证高优先级的报文通过。通过可编程数据平面可以实现了这样的QoS的功能。
综合来看，通过数据平面的可编程能力，和软硬一体化的架构，洛神平台数据平面提供了超高的转发性能，大大提升了芯片的表项规模，并且硬件芯片在云计算网络里已经规模化应用。
软硬件一体化未来优化
云网络未来将从以下几个方面进行优化：
1）异构芯片。当前阿里云使用的Barefoot P4可编程芯片，未来阿里云可能会使用多厂商的异构芯片，比如阿里自研芯片、Broadcom芯片等。通过芯片适配层，可以有效的屏蔽芯片的差异，做到快速上线。
2）网络安全。随着大量不同行业的租户上云，对网络加密安全有了更高的要求。通过可编程的数据平面提供加密的功能，来支撑不同的客户的诉求。
3）网络可视化。网络往往是一个黑盒，未来通过可编程的数据面，可将网络里面转发的信息携带到网络的处理系统里，实现网络可视化，帮助网络更有效的支撑业务系统，同时增强网络的运维能力。
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