ईथरनेट नेटवर्क प्रोसेसर: हुआवेई S12700 एजाइल स्विच में SDN कार्यान्वयन के लिए वास्तुकला नवाचार

ईथरनेट नेटवर्क प्रोसेसर: हुआवेई S12700 एजाइल स्विच में SDN कार्यान्वयन के लिए वास्तुकला नवाचार

बैंडविड्थ, विलंबता, प्रबंधन क्षमता और सुरक्षा जैसे कई मीट्रिक का उपयोग नेटवर्क उपकरणों के प्रदर्शन का मूल्यांकन करने के लिए किया जाता है। अन्य संकेतकों में, सबसे महत्वपूर्ण प्रौद्योगिकी अग्रेषण है। ASIC (एप्लीकेशन स्पेसिफिक इंटिग्रेटेड सर्किट) माइक्रोक्रिस्केट्स ने स्विच की क्षमता को 10/100 Mbit / s से N Gbit / s और N x 10 Gbit / s तक बढ़ाने की अनुमति दी, हालाँकि आज नई ई-कॉमर्स सेवाएं, ऑनलाइन मीडिया, BYOD, ट्रैफिक वॉल्यूम, आवश्यकताएं बढ़ाना जारी रखती हैं कार्यक्षमता और गुणवत्ता की गारंटी के लिए। एसडीएन (सॉफ्टवेयर डिफाइंड नेटवर्किंग) आर्किटेक्चर, डेटा प्रवाह को नियंत्रित करने के लिए डिज़ाइन किया गया है और नेटवर्क, उपयोगकर्ताओं और अनुप्रयोगों की बातचीत के लिए नियंत्रण प्रणालियों के साथ एकीकृत करने के लिए इसे आधुनिक आईटी कार्यों के लिए एक प्रभावी समाधान बनने के लिए कहा जाता है।
इस लेख में, हम Huawei एंटरप्राइज के आर्किटेक्चरल डिज़ाइन - ईथरनेट ENP (ईथरनेट नेटवर्क प्रोसेसर) के बारे में बात करेंगे, जो SDN आर्किटेक्चर को लागू करते समय प्रदर्शन को बढ़ाने के लिए डिज़ाइन किया गया है। ENP समाधान Sx700 Alige स्विच की कार्यक्षमता के लिए तकनीकी नींव बन गया, जिसमें से पहला S12700 था। भविष्य में, हुआवेई S9700, S7700 और स्विच के निचले मॉडल में ENP का उपयोग करने की योजना बना रहा है।
नई कार्यक्षमता विकसित करने के लिए टूल में ASIC और NP (नेटवर्क प्रोसेसर) शामिल हैं। गति और विश्वसनीयता में एएसआईसी का लाभ, लचीलेपन और प्रोग्रामनीयता में एनपी का लाभ। हालांकि, उच्च प्रदर्शन के साथ, एएसआईसी चिप्स केवल पूर्वनिर्धारित सेवा एल्गोरिदम और प्रोटोकॉल का एक निश्चित सेट का समर्थन करता है। इसलिए, ASIC प्रौद्योगिकी में सबसे महत्वपूर्ण समस्या लचीले ढंग से कार्यक्षमता का विस्तार करने में असमर्थता है। नीचे दिए गए उदाहरण L3 स्विच में एक निश्चित हार्डवेयर अग्रेषण योजना को दर्शाता है। एमपीएलएस या एसडीएन जैसे नए एल्गोरिथ्म को जोड़ने पर श्रृंखला समायोजन की आवश्यकता होती है, हालांकि, चिप के हार्डवेयर डिज़ाइन को बदलने में वर्षों लग सकते हैं।



वाणिज्यिक एनपी को सॉफ्टवेयर ट्रैफिक प्रोसेसिंग, सुरक्षा और सेवा की गुणवत्ता की जटिल योजनाओं को लागू करने के लिए ASIC के विकल्प के रूप में तैयार किया गया है - उदाहरण के लिए, L4-L7 विश्लेषण, क्रिप्टोग्राफी, कतार प्रबंधन। ASIC हार्डवेयर लॉजिक के बजाय, NPs नए अनुप्रयोगों को शीघ्रता से लागू करने के लिए सॉफ़्टवेयर-विन्यास योग्य कंप्यूटिंग संसाधन प्रदान करते हैं।
वाणिज्यिक एनपीएस अलग-अलग नेटवर्क प्रोसेसिंग यूनिट (एनपीयू) के बीच कार्यों को विभाजित करते हैं, प्रोसेसर का एक संग्रह जो उत्पादकता बढ़ाने के लिए एक साथ बंडल किया जाता है। प्रत्येक प्रोसेसर समूह के पास प्रोग्राम कोड का उपयोग करते हुए कार्य करने के लिए एल्गोरिदम का वर्णन करने के निर्देशों के लिए एक समर्पित मेमोरी क्षेत्र है, जो कि माइक्रोक्रिस्केट के हार्डवेयर डिजाइन को बदलने की आवश्यकता के बिना नए नेटवर्क प्रोटोकॉल और डेटा प्रोसेसिंग परिदृश्यों को पेश करना संभव बनाता है। उदाहरण के लिए, IPv6 और संबंधित रूट टेबल, नए प्रकार के टनलिंग या ट्रैफिक एन्क्रिप्शन को माइक्रोकोड बदलकर एनपी में लागू किया जा सकता है, जबकि एएसआईसी तकनीक का उपयोग करने के लिए उपकरणों के प्रतिस्थापन की आवश्यकता होगी। उसी समय, अनुचित संसाधन नियोजन कुछ के डाउनटाइम और अन्य एनपीयू के अधिभार को जन्म दे सकता है, जिससे अड़चन की उपस्थिति और प्रदर्शन में गिरावट होती है। एनपी का एक और नुकसान सीमित अनुदेश आकार और एनपीयू समूह का प्रदर्शन है, खासकर जब एनपी के विकास के दौरान नियोजित की तुलना में अधिक मांग वाले कार्यों को लागू करना आवश्यक है।

एक ही मंच पर प्रोसेसर के एक सेट को संयोजित करने से एएसपी के लिए एनपी प्रदर्शन को बढ़ाना संभव हो जाता है। इसके अलावा, चिप की घड़ी आवृत्ति में हार्डवेयर वृद्धि के कारण डेटा प्रोसेसिंग गति में वृद्धि प्रदान की जाती है। हालांकि, बढ़ती कॉन्फ़िगरेशन और घड़ी की गति का फ्लिप पक्ष बिजली की खपत में वृद्धि है।
माइक्रोइलेक्ट्रॉनिक में 20 से अधिक वर्षों के अनुसंधान और विकास के अनुभव के आधार पर, हुआवेई ने अगली पीढ़ी के एनपी - ईथरनेट एनपी (ईएनपी) को विकसित किया है, जो ध्यान में रखते हैं:

• नई कार्यात्मक आवश्यकताएं, विशेष रूप से, एसडीएन वास्तुकला, जिसमें बड़ी संख्या में डेटा स्ट्रीम स्विच करना और अलग-अलग रूटिंग तालिकाओं का उपयोग करना शामिल है, जो नेटवर्क नियंत्रक द्वारा ओपनफ्लो प्रोटोकॉल का उपयोग करके निर्धारित किया जाता है;
• कम ऊर्जा की बचत, वाणिज्यिक एनपी पर आधारित उपकरणों की शक्ति में उल्लेखनीय वृद्धि के विपरीत;
• निर्देशों की मात्रा पर प्रतिबंध हटाने और स्मृति प्रदर्शन में सुधार।

हुआवेई ईएनपी के डिजाइन में अद्वितीय समाधान हैं: एक एकल अनुदेश क्षेत्र, अनुकूलित स्मार्ट मेमोरी, लाखों रिकॉर्ड और ऊर्जा की बचत के लिए एक स्थानांतरण तालिका।

एकल निर्देश क्षेत्र
वाणिज्यिक एनपी पर मानक कार्यान्वयन के विपरीत, ईएनपी अनुदेश क्षेत्र को एनपीयू समूहों में से प्रत्येक को नहीं सौंपा गया है, लेकिन प्रत्येक प्रोसेसर समूहों के लिए एक एकल। एनपीयू समूहों में से प्रत्येक हेडर विश्लेषण से डेटा संशोधन तक - निर्देशों के किसी भी सेट को निष्पादित कर सकता है। इस प्रकार, कार्यक्षमता को विभिन्न एनपीयू समूहों के बीच वितरित नहीं किया जाना चाहिए, और किसी भी कार्य को करने के लिए सभी संसाधन उपलब्ध हैं। हुआवेई समाधान प्रदर्शन की योजना के लिए कार्यों के वितरण की समस्या को समाप्त करता है, नई कार्यक्षमता को विकसित करने का समय कम करता है।
इसके अलावा, ईएनपी में कई समानांतर डेटा प्रोसेसिंग चेन हैं - यह उत्पादकता बढ़ाता है और आई / ओ इंटरफेस के संचालन का अनुकूलन करता है। विशेष रूप से:

• ईएनपी विभिन्न स्तरों L2, L3, MPLS, VPN के प्रोटोकॉल का समानांतर प्रसंस्करण कर सकता है;
• इस तथ्य के कारण कि वाणिज्यिक एनपी में एनपीयू समूहों के लिए निर्देशों का आकार सीमित है, कई एनपीयू समूहों को जटिल सेवाएं वितरित की गईं जिन्होंने अपने कार्यों को क्रमिक रूप से निष्पादित किया; ईएनपी में निर्देशों का एक एकल क्षेत्र आपको एक एनपीयू समूह पर सेवा करने की अनुमति देता है, क्योंकि निर्देशों का आकार काफी बढ़ सकता है।

स्मार्ट मेमोरी
दोनों ASIC माइक्रोप्रोसेसरों और अधिकांश वाणिज्यिक NPs डेटा प्रोसेसिंग और स्टोरेज साझा करते हैं। मेमोरी तत्वों के साथ बातचीत में देरी होती है, और अलग-अलग मॉड्यूल में निष्पादन से ऊर्जा की खपत बढ़ जाती है। इसलिए, इसके समाधान में, हुआवेई ने स्मार्ट मेमोरी तत्वों को ईएनपी में एकीकृत किया और इस तरह डेटा एक्सचेंज की गति को अनुकूलित किया।
स्मार्ट मेमोरी स्टोरिंग रूटिंग टेबल और फाइंडिंग रूट की कार्यक्षमता को जोड़ती है, और ट्रैफ़िक को संसाधित करने में भी सक्षम है, विशेष रूप से, डेटा दर सीमाओं को पूरा करने या सांख्यिकी संग्रह में भाग लेने में।
लाखों अग्रेषण प्रविष्टियां
Huawei एंटरप्राइज हाइब्रिड SDN समाधान, OpenFlow लेयर और पारंपरिक राउटिंग लेयर का उपयोग समानांतर में डेटा ट्रांसफर को नियंत्रित करने के लिए करता है। यह दृष्टिकोण मौजूदा सेवाओं के संचालन को बाधित किए बिना, एसडीएन वास्तुकला के लिए सहज प्रवास की अनुमति देता है। इसी तरह के समाधान का उपयोग अन्य बाजार सहभागियों द्वारा किया जाता है, हालांकि, ASIC समाधानों में अंतर्निहित फ्लो टेबल आकार में छोटे होते हैं। औद्योगिक समाधानों में से एक बाहरी टीसीएएम मॉड्यूल (टर्नरी कंटेंट एड्रेसेबल मेमोरी) का उपयोग होता है, जो अग्रेषण तालिका, क्यूओएस और पैकेट फिल्टर को जोड़ती है। हालांकि, ऐसे समाधान गति और तालिका आकार में भी सीमित हैं।
ईएनपी समाधान 16 मिलियन डेटा धाराओं का समर्थन करता है, जो हजारों परिसर के कर्मचारियों के लिए लचीली सेवा प्रबंधन क्षमताओं को प्रदान करता है।

ऊर्जा की बचत
एएसआईसी की बिजली की खपत तय है और आमतौर पर वाणिज्यिक एनपी की तुलना में कम है। ईएनपी समाधान यातायात और प्रसंस्करण जटिलता की मात्रा के आधार पर बिजली की खपत को कम करता है, क्योंकि ईएनपी अप्रयुक्त एनपीयू समूहों को ब्लॉक कर सकता है। जैसे-जैसे ट्रैफ़िक बढ़ता है, ईएनपी कई नैनोसेकंड के लिए संसाधनों को सक्रिय करता है। परीक्षण प्रयोगशालाओं द्वारा इस तंत्र की सफलता का परीक्षण किया गया है, जिसने यातायात में तेज उछाल के साथ हुआवेई स्विच की क्षमता को दर्ज किया।
ऊर्जा-बचत प्रौद्योगिकी के उपयोग से बिजली की खपत में 30% की कमी आती है।
चिप की बिजली की खपत घड़ी की आवृत्ति के सीधे आनुपातिक है। इसलिए, ईएनपी समाधान में, हुआवेई एकीकृत स्पीडोमीटर, वोल्टेज और तुल्यकालन नियंत्रक। स्पीडोमीटर एनपीयू समूहों को यातायात की मात्रा पर नज़र रखने के लिए डेटा देने के रास्ते पर है। डेटा चैनल की घड़ी आवृत्ति में परिवर्तन के परिणामस्वरूप डेटा दर में परिवर्तन होता है। इसी समय, पैकेट की संख्या में परिवर्तन से सक्रिय पैकेट प्रोसेसर की संख्या में समायोजन होता है। यदि एनपीयू समूह अवरुद्ध है, तो प्रोसेसर को बिजली और सिंक्रनाइज़ेशन के साथ आपूर्ति नहीं की जाती है। यदि आवश्यक हो, तो प्रोसेसर तुरंत चालू करते हैं।


ईएनपी अनुप्रयोग
Huawei एंटरप्राइज 1GE और 10GE इंटरफ़ेस मॉड्यूल में ईएनपी प्रोसेसर का उपयोग करता है, जो एक्सेस लेवल एग्रीगेटिंग स्विच को जोड़ने और उन्नत कार्यक्षमता को लागू करने के लिए अनुशंसित है। एक ही समय में, 10GE, 40GE, और 100GE ट्रंक इंटरफेस मॉड्यूल द्वारा एएसआईसी आर्किटेक्चर का उपयोग करके अधिकतम प्रदर्शन और एमपीएलएस समर्थन प्राप्त करने के लिए बनाए जाते हैं।
मौजूदा अनुप्रयोगों और नेटवर्क समाधानों के स्वास्थ्य को संरक्षित करने के लिए, हुआवेई एंटरप्राइज ने "ओपनफ्लो हाइब्रिड" नामक एक समाधान लागू किया, जो एक साथ निम्नलिखित प्रदान करता है:

• स्विचिंग और रूटिंग फ़ंक्शंस (3 मिलियन IPv4 रूटिंग एंट्रीज़, 1 मिलियन IPv6, 128 हज़ार IP मल्टीकास्ट, 1 मिलियन मैक और 256 हज़ार पैकेट फ़िल्टर)
• डेटा स्ट्रीम (16 मिलियन स्ट्रीम) के प्रबंधन के लिए SDN।

Huawei POF (प्रोटोकॉल ओब्लाइव फॉरवर्डिंग) समाधान में SDN कार्यान्वयन OpenFlow मानक पर आधारित है और अन्य निर्माताओं के साथ अंतर के लिए इसके साथ पिछड़ा हुआ है। पीओएफ तकनीक किसी भी प्रोटोकॉल और गैर-मानक पैकेज के साथ काम करने की क्षमता से अलग है, जबकि ओपनफ्लो मानक में केवल आईपी संचालन शामिल है। ENP प्रोसेसर नए प्रोटोकॉल के साथ काम करने के लिए हुआवेई की क्षमता का विस्तार करते हैं जिन्हें प्रोग्रामेटिक रूप से लागू किया जा सकता है, जबकि ASIC- आधारित SDN कार्यान्वयन लचीलेपन से वंचित करते हैं।
हुआवेई एंटरप्राइज एसडीएन समाधान का उपयोग करने का एक व्यावहारिक उदाहरण डेटा एनकैप्सुलेट करना और पैकेट हेडर में कस्टम जानकारी जोड़ना है। Miercom द्वारा इकट्ठी हुई परीक्षण योजना में, एक गैर-मानक पैकेज के गठन से प्रेषक के स्थान के बारे में जानकारी सत्यापित की गई थी। अतिरिक्त जानकारी का उपयोग बाद में डेटा स्ट्रीम की पहचान करने और इसे नेटवर्क पर निर्देशित करने के लिए किया गया था।
SDN के अलावा, ENP- आधारित इंटरफ़ेस मॉड्यूल वायरलेस एक्सेस ट्रैफ़िक को एग्रीगेट करने, क्वालिटी कंट्रोल को लागू करने और दुर्घटनाओं के स्थानीयकरण के लिए उन्नत कार्यक्षमता का समर्थन करता है। ग्राहक एकत्रीकरण समाधान में एक वितरित एक्सेस कंट्रोलर एसी (एक्सेस कंट्रोलर) और एक रिमोट एक्सेस सर्वर BRAS (ब्रॉडबैंड रिमोट एक्सेस सर्वर) शामिल है, जो Huawei S12700 स्विच को एक उच्च-प्रदर्शन वाईफाई ट्रैफ़िक हब में बदल देता है, जो 4 हज़ार एक्सेस पॉइंट AP (एक्सेस पॉइंट) की सेवा कर सकता है। 65 हजार तक एक साथ कनेक्शन। समाधान का कुल थ्रूपुट 800 Gbit / s है। समुच्चय स्विच के एपी और दूरदराज के बंदरगाहों के प्रबंधन की सुविधा के लिए, हुआवेई का फुर्तीला समाधान एकीकृत आभासी कारखाने एसवीएफ (सुपर वर्चुअल फैब्रिक) की तकनीक को लागू करता है। SVF, वर्चुअलाइज्ड S12700 पोर्ट्स के रूप में दूरस्थ APs और एक्सेस स्विच पोर्ट्स का प्रतिनिधित्व करता है, और वायरलेस एक्सेस पॉइंट्स को मैनेज और कॉन्फ़िगर करने के लिए CAPWAP (वायरलैस एक्सेस पॉइंट्स का कंट्रोल एंड प्रोविजनिंग) आपको व्यक्तिगत रूप से काम करने की आवश्यकता के बिना एपी नेटवर्क के सॉफ्टवेयर, कॉन्फ़िगरेशन और वर्तमान सेटिंग्स का प्रबंधन करने की अनुमति देता है। उपकरणों।
ग्राहक एकत्रीकरण और एसडीएन समाधानों का एकीकरण उपयोगकर्ता सेवा नीतियों को लागू करने की अनुमति देता है, और यदि आवश्यक हो, तो ऊर्ध्वाधर रूप से एकीकृत अनुप्रयोगों के ट्रैफ़िक के साथ संचालन करना, इसे आभासी सुरक्षित पहुंच वातावरण के लिए आवंटित करना। उसी समय, Huawei S12700 स्विच में कार्यान्वित डेटा प्रवाह की अवधारणा, आपको पूरे नेटवर्क में गुणवत्ता का प्रबंधन करने की अनुमति देती है। पैकेट नेटवर्क अलग-थलग धाराओं की इंटरनेट (IPCA) प्रौद्योगिकी के लिए एल्गोरिथ्म आपको परिसर नियंत्रक पर प्राथमिकता यातायात के संकेतों की पहचान करने की अनुमति देता है, और फिर सभी नेटवर्क उपकरणों के लिए आवश्यकताओं को स्थानांतरित करता है। ENP- आधारित समाधान प्राथमिकता वाले ट्रैफ़िक प्रवाह की पहचान करते हैं और नियंत्रित करते हैं कि यह प्रत्येक पारगमन नोड में नेटवर्क के माध्यम से कैसे बहता है। और गुणवत्ता नियंत्रण और दुर्घटनाओं के स्थानीयकरण के लिए, IPCA प्रत्येक ईएनपी माइक्रोप्रोसेसर के आधार पर परिचालन आँकड़े जमा करता है।

IPCA कार्यान्वयन Huawei के तकनीकी नेतृत्व और SDN के व्यावहारिक अनुप्रयोग का एक और उदाहरण है।