自2023年ucloud成立起，虛擬網路始終是iaas產品的乙個核心元件，也經過了多次演進。演進中我們始終思考的是：如何在不增加使用者成本的情況下為使用者提供更可靠、更快速的網路。而答案則是要求技術團隊不斷採用新技術，來同時滿足租戶隔離、**能力、穩定性等多種需求。
我們最早的sdn方案在**面是採用open vswitch（以下簡稱ovs）來實現，控制面是自研的控制器。期間亦首先採用盛科的sdn交換機，來解決物理機（bare metal）和公有雲之間的互訪需求。為解決sdn交換機openflow流表條目有限的問題，ucloud開始採用dpdk技術的閘道器集群來替代sdn交換機。經過實踐檢驗的各種dpdk閘道器，越來越多地出現在ucloud的雲平台中，為使用者提供更快速的網路能力。
隨著2023年25g網路開始迅速被採用，對ucloud的虛擬網路又提出了更高的挑戰。在此背景下，dpdk也逐漸暴露出了一些不足：
2023年中ucloud開始對新的sdn硬體解除安裝方案做評估：
首先進入我們視野的是基於vxlan vtep的解決方案。此類方案通常由交換機廠商提供包括sdn controller在內的整套解決方案，比較適合私有雲的環境部署。但缺點也很顯而易見：封閉、非標準化、無法定製。通常使用者只能通過北向廠商特有的api方式和此類方案進行互動。且此類方案通常只支援10w左右的虛擬網路mac位址，很難滿足ucloud的業務需要。此外ucloud對基於ethernet over gre（linux gretap）的overlay封裝有需求，但沒有一家硬體交換機支援該overlay協議。
接下來我們又把目光投向了支援openflow 1.3協議的硬體交換機。經過一番預研和測試，我們發現支援openflow 1.3協議的硬體交換機和ovs間存在著巨大的gap。實際上不可能把我們的openflow流表移植到硬體交換機上。除了同樣不支援ethernet over gre協議外，我們ovs上使用的flow based tunneling特性也沒有硬體交換機支援。
2023年q4，我們開始預研barefoot的支援p4的可程式設計交換機（tofino晶元），很快發現了它能夠很好地滿足我們的需求。
提到p4和barefoot就不能不提nick mckeown教授。2023年nick和夥伴們一起創立了nicira networks公司，也幾乎標誌著「軟體定義網路(sdn)」這個產業的誕生。nicira作為openflow的大本營，接連發布了nox和open vswitch作為openflow的重要元件。
2023年vmware收購nicira後，nick認為sdn的第二步則是發展為它專門優化的硬體裝置，又和同伴共同發起了對資料報進行處理的程式語言p4（programming protocol-independent packet processors），幫助網路使用者擺脫被晶元硬體廠商各種協議的制約。
– p4在設計上具備如下優點：
– 可靈活定義**裝置資料處理流程，且可以做到**無中斷的重配置。
– **裝置協議無關**。
– 裝置無關性。
2023年nick成立了barefoot networks公司，致力於開發基於p4的網路晶元tofino和軟體開發套件capilano，並幫助p4社群發展壯大。
barefoot支援p4的可程式設計交換機（基於tofino晶元），具備如下優點：
– 相對dpdk更高的**效能
– 1.8t ~ 6.5t線速**
– 更低時延
– 單線最高100g，避免單線擁塞
– **效能可預期，dpdk的**效能隨業務模型可能變化
– 相對其他硬體交換機，更開放
– 可程式設計能力強，**面p4lang定製開發
– 完美解決ethernet over gre和flow based tunneling的問題
– 開發效率高
– 控制面可通過apache thrift、grpc介面遠端管理
– 作業系統採用 open network linux（基於debian）
– 生態圈：p4 runtime、stratum
1.控制面實現
最初我們準備修改barefoot提供的switch.p4來實現我們的功能，但嘗試閱讀**後發現switch.p4雖然完整的包含交換機所需要的功能，但很多特性我們並不需要，所以我們沒有選擇修改、裁剪switch.p4，而是自己從頭開始寫乙個更符合自身需求的控制面。
2.sharding
p4可程式設計交換機的pps或者bps效能很強能夠線速**，對比dpdk，制約單機效能的瓶頸主要出現在交換機的dram和tcam上。畢竟dpdk跑在x86伺服器上記憶體64g起步，512g也不稀奇，而交換機晶元上的記憶體資源就相對要少很多。
為了突破單台交換機的資源瓶頸，我們設計了將資料按租戶分片的方案，從而實現了水平擴充套件的目標。
首先採用64口p4可程式設計交換機作為接入層，主要實現資料分片和灰度發布的能力。例如採用vni的後6位分為64個分片，為每個分片指定乙個下一跳位址，從而達到整個集群的資源水平擴充套件的能力。
3.強灰度能力
傳統上網路裝置通常採用主備、或者主主的方式部署，當需要公升級的時候將全部流量切到一半裝置上，另外一半裝置下線公升級，公升級完成後再重新加入集群分擔一半的流量。這種公升級方式簡單粗放，在ucloud我們提出了更高的要求。我們軟體行業的現狀就是不論花多大的成本去測試，真正的使用者行為總是不可能被窮盡的，缺陷總是會有的，這時我們最後的安全網就是「灰度發布」。在現網真實環境作為終極測試的同時，通過控制變更範圍盡可能的減少風險；一旦真的有缺陷快速回滾，最大程度的降低影響面。在ucloud我們堅定的在每個產品上採用按賬號灰度發布，即使是在虛擬網路裝置上。
我們將灰度發布交換機軟體的能力buildin在access層：
1. 當需要公升級交換機軟體時，將預留灰度交換機安裝新版本軟體；
2. 按照灰度賬號定義新的資料分片，指定灰度交換機同步新的資料分片；
3. 按照vni+源位址或vni+目的位址配置灰度規則按vm的粒度將流量切換到灰度交換機處理；
4. 切換完成後立刻自動回歸測試，ping檢測各種場景下的網路互通性是否正常；
5. 測試通過則逐步增加灰度的vm位址，直到整個vpc的流量全部切換到灰度交換機；
6. 再切換乙個新的vpc，直到所有分片內的vpc都切換到新的交換機下；
7. 舊的交換機下線清洗，安裝新版本軟體，直到整個集群完成公升級。
通過這種傳統網路裝置完全不同的公升級方式，在sdn軟體快速迭代的背景下，有力地保障了sdn網路的可靠性。
p4可程式設計交換機在ucloud規劃的使用場景包括：
– 支援租戶的增強交換和路由
– 物理機接入虛擬網路
– 一致性雜湊ecmp負載均衡
– 流量限速與計費
– arp**
– 等等
目前ucloud已經採用p4可程式設計交換機完成了新一代交換閘道器uxr的開發和測試工作，同時部署了乙個地域並切換灰度流量進行驗證。
barefoot的tofino晶元在2023年初量產後，p4可程式設計交換機開始逐漸出現在市場上，但仍是乙個新興事物。不可否認目前確實還有一些不足之處，但ucloud確實看到它和之前的交換機相比，能給軟體工程師無與倫比的自由度。
在6月27日barefoot ceo craig barratt先生一行來ucloud總部的技術交流中，大家也認為通過緊密合作，能夠產生更加貼切需求、切實解決痛點的可定製解決方案。我們相信憑藉持續的技術演進，可以不斷為雲平台使用者提供更快速更強大的網路能力，就像barefoot主頁所說，we can now finally say 「software is eating the network」。
新華三交換機基於MAC的vlan劃分
經常會有這樣的案例，一會議室內只有一條網線且這條網線接入了交換機的d1 0 41埠，財務部 vlan10 行政部 vlan20 攜帶筆記本來開會，我們希望財務部能獲取到192.168.10.0 網段的位址，而行政部獲取到192.168.20.0網段的位址。這是一種基於mac vlan劃分的方式，請看...
華為交換機學習指南基於埠劃分VLAN的四種方案
拓撲圖 方案一 使用者埠採用access型別，而交換機連線的埠採用trunk型別 方案二 使用者埠採用access型別，而交換機連線的埠採用帶標籤的hybrid型別。switcha配置 inte ce gigabitethernet0 0 1 port hybrid tagged vlan 2 to...
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以下內容摘自筆者2009年度巨作，獲得多項大獎，並在半年內成功重印的圖書 cisco h3c交換機配置與管理完全手冊 當當網 卓越網和互動出版網上都有得銷售。18.2.6 基於埠vlan的配置示例 為了幫助大家對以上vlan建立和基於埠vlan的配置方法有乙個全面的掌握，現例舉兩個典型的h3c交換機...