在當(dāng)今由人工智能和高性能計算驅(qū)動的世界中，網(wǎng)絡(luò)性能至關(guān)重要。各種規(guī)模的企業(yè)都依賴強(qiáng)大且可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)來支持從電子商務(wù)平臺到創(chuàng)意服務(wù)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)應(yīng)用程序。

垂直封閉的供應(yīng)鏈模式

在傳統(tǒng)交換機(jī)的架構(gòu)下，網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)由各設(shè)備廠商基于芯片廠商提供的ASIC芯片及配套SDK（軟件開發(fā)包）自行設(shè)計、開發(fā)（但不開放底層細(xì)節(jié)）。設(shè)備廠商需要開發(fā)上層APP、適配層以在特定設(shè)備上完成應(yīng)用，實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能。
傳統(tǒng)交換機(jī)的軟硬件開發(fā)均由設(shè)備廠商提供，鎖定在特定芯片的生態(tài)中，系統(tǒng)完全封閉，如同“戴著鐐銬跳舞”。已經(jīng)無法適應(yīng)新功能快速開發(fā)部署的需求。

SONiC的起源

為構(gòu)建一個開放的系統(tǒng)，OCP（Open Compute Project, 開發(fā)計算項目）開始推動硬件、網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)開源與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。SONiC（Software for Open Networking in the Cloud）的誕生是云計算巨頭與封閉網(wǎng)絡(luò)設(shè)備生態(tài)博弈的必然結(jié)果，其起源可追溯至微軟 Azure 應(yīng)對超大規(guī)模數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)的“自救行動”。

“將網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)拆分為容器化微服務(wù)，并通過開放接口解耦硬件”Azure 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師 Dave Maltz

2017年3月正式開源 SONiC/SAI，并貢獻(xiàn)給OCP的項目，作為OCP網(wǎng)絡(luò)組的兩個子項目。其核心代碼托管 GitHub（Azure/SONiC / OpenComputeProject/SAI）

SONiC的所有軟件功能模塊都開源，這極大地推動了OCP社區(qū)以及其他廠商/用戶在開放網(wǎng)絡(luò)方面的創(chuàng)新。

SONiC通過將SAI作為南北向互聯(lián)的中間件，屏蔽不同ASIC之間的驅(qū)動差異，也正是由于SAI的存在，SONiC的網(wǎng)絡(luò)功能應(yīng)用才能夠支持多個廠家的ASIC。網(wǎng)絡(luò)軟件建立在SAI（交換機(jī)抽象接口，SAI接口適配ASIC的工作由各個廠家實現(xiàn)）上，使其可以運(yùn)行在各種硬件設(shè)備中，形成白盒交換機(jī)軟件生態(tài)鏈。

我們需要知道，SONiC是成長最快的開源網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，運(yùn)作在不同廠商的硬件芯片上，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商能構(gòu)建和運(yùn)營自己高效的網(wǎng)絡(luò)。

SONiC的架構(gòu)

SONiC構(gòu)建在Linux系統(tǒng)之上，并且利用鍵值數(shù)據(jù)庫（redis）、容器技術(shù)（docker）、標(biāo)準(zhǔn)化硬件接口定義等技術(shù)，使其成為一個軟硬件徹底解耦、軟件模塊松耦合（loose coupling）、高可靠、易于擴(kuò)展、開源開放的網(wǎng)絡(luò)軟件系統(tǒng)。其架構(gòu)特點主要體現(xiàn)以下幾個方面：

• SAI接口：SAI是SONiC的核心，并為SONiC提供了統(tǒng)一的API。設(shè)備廠家、網(wǎng)絡(luò)開發(fā)者可以基于芯片廠家提供的SAI接口開發(fā)應(yīng)用，而不需要關(guān)心底層硬件實現(xiàn)，加速產(chǎn)品迭代與創(chuàng)新；
• 數(shù)據(jù)庫架構(gòu)：在數(shù)據(jù)庫架構(gòu)方面，SONiC使用數(shù)據(jù)庫架構(gòu)代替原有的模塊化耦合架構(gòu)，將應(yīng)用模塊之間的傳遞數(shù)據(jù)模式變成應(yīng)用模塊之間通過數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交換的模式，從關(guān)注流程轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了功能模塊之間的解耦。數(shù)據(jù)庫成為了所有模塊的樞紐，模塊與模塊之間解耦，數(shù)據(jù)庫是穩(wěn)定的，各個模塊升級與故障不會影響其他模塊，在整個切換過程中轉(zhuǎn)發(fā)面不受到影響；
• 容器化組件：容器化使得SONiC具有極高的可擴(kuò)展性，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理人員能夠快速引入第三方、專有或開源組件，而不對原有業(yè)務(wù)造成影響；
• 與內(nèi)核交互少： 運(yùn)行在用戶空間的SONiC系統(tǒng)，只有為數(shù)很少的模塊（pmon、swss和syncd）與Linux內(nèi)核之間存在交互關(guān)系，從而保證了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

SONiC的主要優(yōu)勢

• 效益： 通過利用在其支持的100多個硬件平臺上運(yùn)行的SONiC軟件，組織可以大幅降低資本支出（CAPEX）和運(yùn)營支出（OPEX）。當(dāng)消除供應(yīng)商鎖定，允許從廣泛的供應(yīng)商中選擇兼容的硬件平臺時，資本支出就會減少。運(yùn)營支出節(jié)省是在考慮人員配置、支持資源、運(yùn)營簡化和一致性的情況下得出的。
• 靈活： SONiC使網(wǎng)絡(luò)設(shè)計人員和運(yùn)營商能夠自由定制其網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以滿足特定需求。這種靈活性在當(dāng)今動態(tài)且不斷發(fā)展的技術(shù)環(huán)境中至關(guān)重要，SONiC開發(fā)人員的大型社區(qū)確保可以輕松實現(xiàn)任何所需的特定網(wǎng)絡(luò)功能。
• 創(chuàng)新： SONiC的開源性質(zhì)培育了一個充滿活力的開發(fā)者和貢獻(xiàn)者生態(tài)系統(tǒng)，主要成員包括阿里巴巴、博通、戴爾、谷歌、英特爾、微軟、NVIDIA、星融元Asterfusion和50多家全球合作伙伴。這種協(xié)作環(huán)境推動快速而穩(wěn)健的創(chuàng)新，從而更快地采用新功能并加快生產(chǎn)可用性。
• 社區(qū)支持： 活躍的社群提供了大量基于經(jīng)驗的支持資源，包括詳細(xì)的文檔、用戶論壇和來自許多組織的專家協(xié)助。這個集體知識庫對于解決問題和應(yīng)對挑戰(zhàn)非常寶貴。
  互通：作為一種架構(gòu)，SONiC促進(jìn)了不同網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備和組件之間的互通性，簡化了網(wǎng)絡(luò)管理并降低了整合復(fù)雜性。硬件和軟件的抽象化使SONiC保持一致，無論部署的硬件類型如何。

星融元自成立之初就正式加入了SONiC社區(qū)，成為國內(nèi)最早參與SONiC社區(qū)的云網(wǎng)絡(luò)公司之一。

基于SONiC內(nèi)核的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)—AsterNOS

作為國內(nèi)第一批SONiC社區(qū)成員，圍繞開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行了長期、持續(xù)的投入，并結(jié)合各種典型應(yīng)用場景做了足夠的測試驗證和缺陷修復(fù)，所提供的SONiC企業(yè)級發(fā)行版AsterNOS目前已可穩(wěn)定兼容幾乎所有主流商業(yè)交換芯片，構(gòu)建的一系列有特色的硬件平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)從數(shù)據(jù)中心到云化園區(qū)的跨場景使用。

截至2022年底，AsterNOS已針對社區(qū)原生版本的缺陷和不足完成了大量開發(fā)工作，并切實提升了軟件的可靠性和易用性，這其中就包含了VXLAN、ARP Host Routing、BGP EVPN、VLAG、Monitor-link、STP/MSTP等網(wǎng)絡(luò)功能補(bǔ)充和增強(qiáng)，以及對思科風(fēng)格的CLI的支持。

為了更加充分地發(fā)揮開源開放的力量，AsterNOS還在SONiC云原生的架構(gòu)之上提供了強(qiáng)大的SDK能力——用戶可通過豐富的API（RESTful API和系統(tǒng)級API）在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上簡單快速地開發(fā)第三方APP，以及與各種開源運(yùn)維工具/平臺無縫集成。

SONiC商用場景擴(kuò)展

數(shù)據(jù)中心（AsterNOS-DataCenter）

主要提供 L2/L3/VXLAN/Routing/EVPN 等云數(shù)據(jù)中心所需的各種功能，以及對智算等場景的RoCE、智能路由等特性的增強(qiáng)支持（未來也將主要基于此版本平滑支持下一代以太網(wǎng)協(xié)議，例如超以太網(wǎng)）。

企業(yè)園區(qū)（AsterNOS-Campus）

將SONiC的核心原則——開放性、易用性和靈活性引入園區(qū)。提供VXLAN 和 BGP-EVPN 虛擬化，實現(xiàn)靈活的邏輯網(wǎng)絡(luò)編排；選定型號上采用 MPLS，可實現(xiàn)運(yùn)營商級場景的無縫 WAN 集成；部分型號采用 PTP（精確時間協(xié)議），為關(guān)鍵應(yīng)用提供高精度時間同步的網(wǎng)絡(luò)。
從數(shù)據(jù)中心場景到園區(qū)網(wǎng)絡(luò)，這不僅僅是“更換操作系統(tǒng)”，而是一次深度集成和系統(tǒng)級重構(gòu)。我們針對資源受限的硬件平臺（甚至是 1G 端口的接入交換機(jī)）移植并優(yōu)化了SONiC，并圍繞其他開放網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（例如OpenWiFi/OLS）提供端到端的新一代云化園區(qū)網(wǎng)整體解決方案。

邊緣路由（AsterNOS-VPP*）

從硬件角度來看，業(yè)界已有很多強(qiáng)大的基礎(chǔ)平臺如各類 DPU 網(wǎng)卡、高性能服務(wù)器或虛擬化主機(jī)；在軟件方面，VPP等數(shù)據(jù)平面解決方案也已經(jīng)顯著成熟，兩者共同為構(gòu)建開放路由平臺奠定了堅實的基礎(chǔ)。
然而，SONiC 仍難以在這些新平臺上提供完整的路由功能——市場上明顯缺乏一種能夠真正取代昂貴的封閉式黑盒路由器的商用級、成熟且用戶友好的開放式路由解決方案。
AsteNOS-VPP 則是目前我們圍繞SONiC的最新實踐。具體而言是將 SAI 接口集成到 VPP 上，使基于 SONiC 的 AsterNOS 能夠從交換機(jī) ASIC 平臺擴(kuò)展到具有完整路由功能的 DPU 和服務(wù)器平臺。

參考文獻(xiàn)
mp.weixin.qq.com

SONiC Boom: Leveraging Open Source and Merchant Silicon for Today’s Scalable Network Infrastructures