协议无关交换机架构技术与应用白皮书发布（文末附下载链接）

10月22日-24日，“GNTC 2019 全球网络技术大会”在南京香格里拉大酒店正式拉开帷幕。当前，全球互联网发展已进入“大航海时代”，网络的触角和边际不断被拓宽，用户需求空前膨胀，而这都得益于网络技术的强大支撑。网络技术的创新发展，是推动数字化经济发展的核心力量，更是推动着人类社会不断向前的动力源泉。

在今天下午的CORD&Open Edge Innovation Workshop上，中国联通网络技术研究院, 网络通信与安全紫金山实验室联合北京邮电大学和 Barefoot Networks 共同发布了《协议无关交换机架构技术与应用白皮书》。

该白皮书从 P4 语言的诞生伊始为出发点，依次介绍了协议无关可编程芯片的理念和架构，其在网络遥测、云网性能优化、5G 承载、网络自动化测试等方面的应用，以及开源和产业生态合作等相关内容，旨在为业界同仁提供协议无关交换机架构多角度全覆盖的技术与应用介绍。（下图为白皮书目录）

SDN 最初起源于美国斯坦福大学的实验室，2008 年，McKeown 教授等人在 ACM SIGCOMM 发表文献首次详细地介绍了 OpenFlow 的概念。基于 OpenFlow 为网络带来的可编程特性，McKeown 教授提出了 SDN 的概念。SDN 是一种数据平面与控制平面分离，并可直接对控制平面编程的新型网络架构。数控分离将有助于底层网络设施资源的抽象和管理视图的集中，从而以虚拟资源的形式支持上层应用与服务，实现更好的灵活性与可控性。

SDN 自提出以来，一直受到来自各界的关注，许多标准化组织，如 ONF 和 IETF 等，都围绕 SDN 开展了相关工作，讨论 SDN 在各自相关领域的发展及应用。当前，SDN 技术的发展趋向于更加开放灵活的数据平面、更高性能的开源网络硬件、更加智能的网络操作系统、功能虚拟化的网络设备、高度自动化的业务编排等五个方面。SDN 产业发展趋势主要趋向数据中心场景下的创新应用、运营商场景下的创新应用、产业界大规模的商用部署等三个方面。近年来，产生了众多与 SDN 相关的网络新技术，包括 SR、IBN、P4 技术、SD-WAN 技术、基于SDN 的 IP+光技术、软件定义光网络技术、智能网卡技术等。近年，SDN 与多种网络架构融合，在内容中心网络、移动边缘计算、IBN、P4、SD-WAN 等领域开展了广泛的研究，也得到了持续的发展。

2013 年，McKeown 教授和一些研究 P4 的同事成立了 Barefoot Networks 公司（已于 2019 年 7 月被 Intel 收购），致力于开发基于 P4 的网络芯片 Tofino 和软件开发套件（现更名为 P4 Studio），并帮助 P4 社区发展壮大。P4 是对数据包进行处理的编程语言，帮助网络用户摆脱来自芯片硬件厂商的各种协议制约。未来 SDN 的研究与应用仍有很大的空间。根据 IDC 预测， SDN 应用预计到 2020 年将实现 66%的年复合增长率，届时市场规模将超过 35 亿美元。

本白皮书将在 3 至 6 章依次介绍 P4 可编程语言、协议无关可编程芯片设计理念与架构、可编程芯片的主要应用领域、行业生态合作等内容，并在第 7 章进行总结与展望。

以下为白皮书部分内容节选

3 P4 可编程语言

2014 年，由 McKeown 教授等联合发布了一篇论文《P4: Programming Protocol-Independent Packet Processors》，该论文在 SDN 界引起了极大的反响和关注度。 随后，Nick 教授等人又发布了《The P4 Language Specification》、《Barefoot 白皮书》等文件。目前，P4 已经在国外引起了足够的重视，ONF 成立了协议无关转发的开源项目，该项目目前的工作重点就是为 P4 提供配套的 IR，而项目的工作成果也将被用来设计下一代的 OpenFlow 协议。

P4 是一种专用的编程语言，其目标为协议无关性、目标无关性以及现场可重配置能力，它能够解决 OpenFlow 编程能力不足以及其设计本身所带来的可拓展性差的难题。首先 P4 定义数据包的处理流程，然后利用编译器在不受限于具体协议的交换机或网卡上生成具体的配置，从而实现用 P4 表达的数据包处理逻辑。

4 协议无关可编程芯片设计理念与架构

PISA 模型 ：PISA，指协议无关交换机架构，这是一种在用户完全程序控制下以最高速度处理数据包的新范例。实践证明，PISA 用户可以使用开源编程语言自行编程网络，而不会降低其性能。PISA 体系结构把数据平面全部控制权都交给网络所有者。为了做到这一点，PISA 确定了一个用于处理数据包的小的原始指令集，以及一个非常统一的可编程流水线，用以快速连续地处理数据包头。程序是用高级域特定语言（P4）编写的，经由 P4 语言编译器进行编译，并在 PISA 设备上以全速率运行。

5 可编程芯片的主要应用领域

带内网络遥测：INT，即带内网络遥测，可以直接在数据路径中收集端到端的实时状态信息。源端点在包中嵌入指令，列出要从网络元素收集的网络状态类型。每个网络元素在数据包通过网络时在数据包中插入请求的网络状态。P4 程序可以作为一种自然的方式来表示 INT 所需的包头解析和修改。

6 行业生态合作-开源生态

Stratum ：2018 年 3 月，ONF 发布了下一代 SDN 接口战略，并在谷歌的支持下推出了Stratum 项目，同 Openflow 仅仅定义控制转发的行为机制不同，该开源项目的目标是提供一个白盒交换机和开放软件系统，通过使用可编程芯片以及包含 P4 和P4 Runtime 的工具箱，来实现真正的软件定义的数据平面参考平台，并基于此支持包括配置、控制、操作、可选流水线可编程性等在内的全生命周期的控制和管理。与此同时 Stratum 创始成员计划采用尽可能广泛的网络芯片以及来自多厂商的白盒交换机来提供 Stratum 解决方案，作为 Stratum 首个版本的代码贡献者，谷歌即将在其生产网络中部署 Stratum。2019 年 9 月，ONF 宣布 Stratum 项目正式开源化，目前已获得 Apache 2.0 开源许可证。

《协议无关交换机架构技术与应用白皮书》完整内容下载：
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