ホワイトボックス スイッチがネットワーク アーキテクチャをどのように変革するか

ホワイトボックススイッチ誕生の背景

ホワイトボックススイッチ誕生の背景は、ネットワークアーキテクチャの継続的な進化と革新に遡ります。

ネットワークデータ量の爆発的な増加

インターネットの普及と多様化に伴い、ネットワーク内のデータ量は飛躍的に増大します。 従来のネットワーク デバイスは、このような膨大なデータ負荷を処理するときにパフォーマンスのボトルネックに直面する可能性があります。 したがって、増大するデータ需要を満たすには、より高性能でより柔軟なネットワーク デバイスが必要です。

クラウド コンピューティングとビッグ データの台頭

クラウド コンピューティングとビッグ データ テクノロジーの台頭により、データ センターは急速に拡大しています。 従来のネットワーク デバイスは大規模データセンターのニーズに適応することが難しく、よりスケーラブルでカスタマイズ可能なソリューションが必要です。 ホワイトボックス スイッチは、プログラマビリティとカスタマイズ機能を備えており、データセンターに対するサポートを強化します。

ネットワークのプログラマビリティ要件

従来のネットワーク デバイスは通常、クローズドなハードウェアとオペレーティング システムに基づいているため、変化するネットワーク ニーズに対応することが困難です。 最新のネットワークは、新しいビジネス ニーズや技術開発に適応するために、より高度なプログラマビリティを必要とします。 ホワイトボックス スイッチはプログラム可能であるため、実際のニーズに応じて柔軟に構成および管理できます。

Software-Defined Networking (SDN) の台頭

SDN テクノロジーは、ネットワークのプログラマビリティと集中制御を重視しており、コントロール プレーンとデータ プレーンを分離することで、より柔軟なネットワーク管理と最適化を実現します。 ホワイトボックス スイッチと SDN テクノロジーを組み合わせることで、ネットワーク管理者はネットワークの動作をより適切に制御できるようになり、ホワイトボックス スイッチの開発がさらに促進されます。

オープンソースの影響

オープンソース運動の台頭により、ネットワーク分野を含むさまざまな分野でイノベーションが促進されています。 オープンソース オペレーティング システムとソフトウェア ライブラリの開発により、ホワイトボックス スイッチの出現に有利な条件が生まれました。 オープンソース ソフトウェアはカスタマイズ可能なソリューションを提供するため、ベンダーはホワイトボックス スイッチを簡単に構築できます。

ハードウェアコストの削減とサプライチェーンの多様性

従来のネットワーク デバイスは少数のベンダーによって製造されることが多く、その結果、ハードウェアのコストが比較的高くなり、サプライ チェーンが集中します。 ホワイトボックス スイッチは商用ハードウェアを使用するため、ハードウェア コストを削減し、サプライ チェーンの多様性を促進でき、より多くのベンダーがネットワーク デバイスの製造に参加できるようになります。

ホワイトボックススイッチの歴史

ホワイトボックス スイッチの歴史は、ネットワーク テクノロジーの開発と進化にまで遡ることができます。

初期のネットワークスイッチングデバイス

コンピュータ ネットワークの初期には、ハブベースのネットワーク アーキテクチャが使用されていましたが、パケット ブロードキャストの観点からは非効率的でした。 ネットワーク内のデバイスの数とデータ トラフィックが増加するにつれて、人々はより効率的なネットワーク スイッチング テクノロジを求めるようになりました。

従来の商用スイッチ

商用スイッチがネットワークで広く使用され始め、これらのスイッチは通常、一部の大手メーカーによって製造されていました。 これらのスイッチのハードウェアとソフトウェアは非公開であり、ネットワーク管理者はメーカーが提供する機能と構成オプションのみを使用できました。

オープンソースとSDNの影響

オープンソース運動の台頭により、人々はより柔軟でカスタマイズ可能なネットワーク ソリューションを求めるようになりました。 同時に、ネットワークのプログラマビリティと集中制御を提唱するソフトウェア デファインド ネットワーク (SDN) の概念も注目を集めました。

ホワイトボックススイッチの台頭

オープンソース オペレーティング システム、汎用ハードウェア、SDN の開発に伴い、ホワイト ボックス スイッチが登場しました。 ホワイト ボックス スイッチは市販のハードウェアを使用しますが、オープンソース オペレーティング システムを実行するため、ネットワーク管理者はスイッチをより柔軟に構成および管理できます。

ホワイトボックススイッチの用途拡大

ホワイト ボックス スイッチは、データ センターに適用されるだけでなく、エッジ コンピューティング、モノのインターネットなどの他の分野にも徐々に参入しています。これらの分野には、ネットワークの柔軟性とパフォーマンスに対するさまざまな要件があり、ホワイト ボックス スイッチのプログラマビリティにより、次のようなことが可能になります。これらの要件に適応します。

ホワイトボックススイッチの概要

ホワイト ボックス スイッチの概念は、ネットワーク ハードウェア ベンダーの Big Switch Networks によって最初に提案されました。 同社は 2012 年にオープン ネットワーク スイッチング アーキテクチャを立ち上げ、商用ハードウェアとオープンソース ソフトウェア オペレーティング システムを組み合わせて、より柔軟なネットワーク構成と管理を実現しました。 彼らは、ネットワーク管理者が実際のニーズに応じて構成をカスタマイズし、より高いレベルのネットワーク制御と最適化を達成できるように、ハードウェアとソフトウェアを分離することを目的として、このアーキテクチャの下でホワイト ボックス スイッチの概念を提案しました。 時間が経つにつれて、ホワイト ボックス スイッチの概念は徐々に広く認識され、応用されるようになりました。 他のメーカーやオープンソース コミュニティも、ホワイト ボックス スイッチ テクノロジの研究開発と応用に注目し、投資し始めました。 したがって、最初に提案したのは Big Switch Networks ですが、ホワイト ボックス スイッチの開発は複数の作業を伴うプロセスです。

ホワイトボックススイッチの概要

ホワイト ボックス スイッチ (ホワイト ラベル スイッチとも呼ばれます) は、ハードウェアとソフトウェアの分離、オープン性、カスタマイズ性を特徴とする革新的なネットワーク スイッチング デバイスです。 これは最新のネットワーク アーキテクチャで重要な役割を果たし、企業やデータ センターに、より柔軟でプログラム可能な高性能ネットワーク ソリューションを提供します。

ハードウェアとソフトウェアの分離

従来のネットワーク スイッチは通常、ハードウェアとソフトウェアを緊密に統合しているため、ネットワーク管理者によるデバイスのカスタマイズと制御の能力が制限されていました。 対照的に、ホワイト ボックス スイッチはハードウェアとソフトウェアを分離して設計されているため、ネットワーク管理者はハードウェアとソフトウェアを個別に構成および更新して、さまざまなネットワーク要件をより適切に満たすことができます。

オープン性とカスタマイズ性

ホワイト ボックス スイッチは通常、Linux などのオープンソース オペレーティング システムとオープン標準ハードウェアに基づいています。 これにより、ユーザーは、さまざまなネットワーク アーキテクチャやビジネス要件に合わせて特定の機能やモジュールを追加または削除することで、ニーズに合わせてカスタマイズできるようになります。 オープン性はエコシステムの発展も促進し、ユーザーにより多くの選択肢とイノベーションを提供します。

商用ハードウェアに基づく

ホワイト ボックス スイッチは通常、一般的なチップやコンポーネントなどの商用ハードウェアを使用します。 これによりハードウェアのコストが削減され、より手頃な価格のソリューションがユーザーに提供されます。 さらに、汎用ハードウェアに基づいた設計により、サプライ チェーンの多様性が促進され、特定のベンダーへの依存が軽減されます。

大規模エンタープライズ アプリケーション

Google、Microsoft、Facebook などの大企業やクラウド サービス プロバイダーは、大規模なデータ センターでホワイト ボックス スイッチを広く使用しています。 これらの企業は、複雑なネットワーク アーキテクチャとビジネス要件をサポートするために、高性能でプログラム可能、カスタマイズ可能なネットワーク デバイスを必要としています。 ホワイト ボックス スイッチのオープン性と柔軟性により、これらのニーズを満たすのに最適です。

ホワイトボックススイッチの仕組み

ホワイト ボックス スイッチが、ネットワークの交差点に位置するインテリジェントな交通司令官として、データの流れを正確にガイドし、情報が迅速かつ正確に目的地に届くようにすることを想像してください。 これは、ネットワーク化された世界をスムーズに実行し続けるために、ハードウェアとソフトウェアが連携して動作する精密ダンスのようなものです。

まず、ホワイト ボックス スイッチは、一連の高度にインテリジェントな「目」であるポートを通じて、さまざまなデバイスから受信するパケットを監視します。 それぞれのパケットは車のようなもので、港は道路への入り口です。 スイッチは、ナンバー プレート番号を調べるのと同じように、パケット内の「宛先アドレス」を調べることによって、パケットがどの出口に向かうべきかを決定します。 このプロセスは高速でほぼ瞬時に行われます。

次に、メール ソーターと同様の方法で、ホワイト ボックス スイッチはパケットを適切な「メールボックス」 (つまり、ポート) に分類します。 各メールボックスが異なる受信者に属するのと同様に、各ポートは異なるデバイスに接続されます。 パケットは、ターゲット デバイスに確実に到達するために、正確に適切なメールボックスに配信されます。

「メール仕分け機」にも独自のメモリがあり、以前のルートを記憶しているため、熟練した仕分け人が受信者を迅速に識別できるのと同じように、次に同じ「宛先アドレス」に遭遇した場合には、より迅速にパケットを仕分けることができます。

ホワイト ボックス スイッチの動作原理は、正確なポート、インテリジェントな判断、高速動作により、さまざまなデバイスからのデータ パケットを収集および分類し、それらを適切な宛先に効率的に送信して、障害のないネットワークを構築することです。これにより、情報が迅速に送信され、デジタル世界がより緊密に接続されるようになります。

上の図では、ホワイト ボックス スイッチ (Switch) によって接続された 1 つのデバイス (デバイス 2 とデバイス 1) があります。 ホワイト ボックス スイッチには 2 つのポート (ポート 1 とポート 2) があり、それぞれこれら 1 つのデバイスに接続します。 デバイス 2 がデバイス 2 にデータを送信したい場合、スイッチのポート XNUMX にデータ パケットを送信します。 スイッチはパケット内の宛先アドレスをチェックし、ポート XNUMX を介してデバイス XNUMX にパケットを送信する必要があると判断します。これは交差点に似ており、交通警察（スイッチ）が車両（データ パケット）に正しい方向に進むように指示します。ナンバープレート番号（目的地住所）に基づく方向。 このプロセスを通じて、ホワイト ボックス スイッチは、あるデバイスから別のデバイスにデータ パケットを効率的に転送し、データが正確かつ迅速に宛先に到達できるようにします。 この単純な図は、ホワイト ボックス スイッチがデータ パケット内の宛先アドレスに基づいてデータ転送を実現する方法を示しています。

ホワイトボックススイッチと従来のスイッチの比較

商用ハードウェア上に構築

ホワイト ボックス スイッチの注目すべき特徴は、商用ハードウェアをベースとして使用していることです。 従来の専用スイッチと比較して、商用ハードウェアを使用することにより、ホワイト ボックス スイッチのコスト効率が向上します。 商用ハードウェアは通常、汎用プロセッサ アーキテクチャに基づいているため、ハードウェアの製造コストが低く、入手も容易です。 ホワイト ボックス スイッチのこの機能により、ネットワーク管理者はニーズに合ったハードウェア構成を選択できるため、カスタマイズされたネットワーク アーキテクチャを実現できます。 同時に、ハードウェア サプライ チェーンの多様性も促進され、ハードウェア デバイスの調達コストが削減されます。

特定用途向け集積回路 (ASIC) を使用する

ホワイト ボックス スイッチは、成熟したサプライヤーの特定用途向け集積回路 (ASIC) を使用します。 ASIC は、特定のコンピューティング タスクを実行するために特別に使用される、カスタマイズされた集積回路チップです。 ホワイト ボックス スイッチでは、ASIC を使用して、データ パケットの転送と処理、およびネットワーク スイッチングに必要なさまざまなプロトコルと機能を実装します。 ASIC を使用することにより、ホワイト ボックス スイッチは高性能のデータ パケット処理と転送を実現し、大規模なデータ センターやネットワークのニーズを満たします。 ASIC のカスタマイズ性により、ネットワーク管理者は実際のニーズに応じて最適化することができ、ネットワークのパフォーマンスと効率が向上します。

オープン ネットワーク オペレーティング システム (ONOS) を実行する

もう XNUMX つの重要な機能は、ホワイト ボックス スイッチがオープン ネットワーク オペレーティング システム (ONOS) を実行していることです。 オープン ネットワーク オペレーティング システムは、ネットワーク デバイスの管理と制御に使用されるソフトウェア システムであり、ネットワークのプログラマビリティと柔軟性を重視しています。 ONOS を実行することにより、ホワイト ボックス スイッチはネットワークの集中制御と管理を実現できます。 ONOS を使用すると、ネットワーク管理者は集中コントローラを通じてネットワークを構成および管理できるため、ネットワークの自動化と最適化が実現します。 このプログラマビリティにより、ネットワーク管理者は実際のニーズに応じてネットワーク ポリシーを策定し、ネットワークの動作を動的に調整できるため、より効率的なデータ トラフィック管理とリソース利用が実現します。

ホワイト ボックス スイッチとソフトウェア デファインド ネットワーク (SDN)

ホワイト ボックス スイッチは、ソフトウェア定義ネットワーキング (SDN) と組み合わせて使用​​されることが多く、これが従来のスイッチとの最も大きな違いの XNUMX つです。 SDN は、プログラマビリティ、集中制御、ネットワークのデータ プレーンとコントロール プレーンの分離を重視したネットワーク アーキテクチャです。 ホワイト ボックス スイッチのプログラマビリティとオープン性により、ホワイト ボックス スイッチは SDN アーキテクチャにとって理想的な選択肢となります。

SDN では、ホワイト ボックス スイッチはデータ プレーンの一部として機能し、集中コントローラーと通信してネットワーク動作を調整および最適化します。 このアーキテクチャにより、ネットワーク管理者はネットワーク全体を集中管理できるため、より高いレベルのネットワークの自動化と最適化を実現できます。

SDN では、ホワイト ボックス スイッチはデータ プレーンの一部として機能し、集中コントローラーと通信してネットワーク動作を調整および最適化します。 このアーキテクチャにより、ネットワーク管理者はネットワーク全体を集中管理できるため、より高いレベルのネットワークの自動化と最適化を実現できます。

ホワイトボックススイッチの利点

ホワイトボックススイッチには多くの利点があります。

まず、オープン オペレーティング システムにより、ユーザーはニーズに合ったネットワーク オペレーティング システムを選択できるため、ネットワーク パフォーマンスが最大限に最適化されます。 たとえば、実際のニーズに応じてさまざまなプロトコルをサポートするオペレーティング システムを選択することで、より優れたパフォーマンスと互換性を実現できます。

第 XNUMX に、ホワイト ボックス スイッチのハードウェア コストは比較的低く、中小企業にとって手頃な価格のネットワーク ソリューションを提供します。 従来の独自のスイッチと比較して、ホワイト ボックス スイッチは標準化されたハードウェア コンポーネントを使用するため、調達コストとメンテナンス コストが削減されます。

さらに、その柔軟性とプログラム可能性により、ネットワーク管理者は変化するビジネス ニーズにうまく適応できます。 デバイスの追加であっても、ネットワーク ポリシーの調整であっても、ホワイト ボックス スイッチはソフトウェア構成を通じてこれを実現し、ネットワーク管理のプロセスを大幅に簡素化します。

ホワイト ボックス スイッチの利点を要約すると、次のようになります。

o シンプルさ

o 柔軟性

o 信頼性

o スケーラビリティ

o カスタマイズ性

o 自動化

o高性能

o 費用対効果

ホワイトボックススイッチの適用事例

クラウドコンピューティング環境でのアプリケーション

ホワイト ボックス スイッチは、クラウド コンピューティング環境で重要な役割を果たします。 クラウド データセンターは、大規模な仮想化とマルチテナント サービスをサポートする必要があります。ホワイト ボックス スイッチのプログラマビリティにより、さまざまな仮想ネットワークのニーズに応じて柔軟に構成でき、リソースの効率的な利用とネットワークの最適化が実現します。

エッジコンピューティングネットワーク

エッジ コンピューティングの台頭により、エッジ デバイス間の通信とデータ処理をサポートするために、低遅延で高帯域幅のネットワークを構築する必要があります。 ホワイト ボックス スイッチは、さまざまなエッジ シナリオに応じてカスタマイズでき、エッジ デバイス間の効率的な接続を確保します。

大規模データセンター相互接続

大規模なデータセンターでは、複数のデータセンター間の高帯域幅、低遅延の相互接続が必要です。 ホワイト ボックス スイッチは、高性能ハードウェアとプログラム可能な機能を通じてデータ センター間の高速データ送信のニーズを満たし、データ センターの相互接続とリソース共有をサポートします。

ホワイトボックススイッチに関与するベンダー

海外ベンダー

ビッグ スイッチ ネットワーク: ホワイト ボックス スイッチ コンセプトの提案者の 2010 つとして、Big Switch Networks は XNUMX 年以来、ホワイト ボックス スイッチ テクノロジーの開発を研究および推進してきました。彼らのイノベーションにより、ソフトウェア デファインド ネットワーク (SDN) とオープンソース ネットワークの運用が進歩しました。システム。

積雲ネットワーク: Cumulus Networks は 2010 年に設立され、ホワイト ボックス スイッチ向けのネットワーク オペレーティング システムの提供に重点を置いています。 彼らは Linux ベースのネットワーク オペレーティング システムを発表し、ネットワーク管理者に高いプログラム可能性と柔軟性を提供しました。

ピカ8：Pica8は2012年に設立され、 offホワイトボックススイッチに基づいたネットワークオペレーティングシステムを構築します。 同社の製品は、ネットワークのオープン性とプログラマビリティの実現を目指しています。

中国のベンダー

Huawei社：中国の大手ネットワーク機器メーカーとして、ファーウェイはホワイトボックススイッチの分野にも取り組んでいます。 同社の製品は主にクラウド データ センターやエンタープライズ ネットワークで使用され、大規模なデータ トラフィック処理をサポートします。

ZTE: ZTE は国内の重要なネットワーク機器サプライヤーでもあり、ホワイト ボックス スイッチの分野に携わっています。 同社の製品は、さまざまな規模のネットワーク ニーズを対象としています。

UNISOC：UNISOCはチップ分野で豊富な経験を持っており、ホワイトボックススイッチの研究開発でも一定の役割を果たす可能性があります。

瑞街ネットワークス: Ruijie Networks は、国内ネットワーク機器メーカーの XNUMX つとして、ホワイト ボックス スイッチの分野にも取り組んでいます。

ホワイトボックススイッチの開発動向と課題

Google や Amazon などの大手クラウド プロバイダーは、自社のデータセンター ネットワークにホワイト ボックス スイッチを広く導入しています。 これらのプロバイダーは、大規模なクラウド サービスをサポートするために、高性能で高度にプログラム可能なネットワーク デバイスを必要としています。 ホワイト ボックス スイッチは、カスタマイズされた構成とより柔軟なネットワーク管理を提供し、クラウド プロバイダーが急速に変化するビジネス ニーズに適切に適応できるようにします。

大規模クラウド プロバイダー市場での競争が激化するにつれ、ホワイト ボックス スイッチ ベンダーは、セカンダリ クラウド プロバイダー、大企業、通信サービス プロバイダーなどのニッチ市場に注目し始めています。 これにより、さまざまな業界におけるホワイトボックススイッチの適用範囲が拡大し、市場の発展がさらに促進されます。

ホワイト ボックス スイッチの台頭は、特にデータセンター スイッチ分野で、従来のネットワーク機器メーカーの市場シェアにある程度の影響を与えています。 これらのメーカーは、新しい市場力学に適応し、イノベーションを通じて競争力を維持する必要があります。 データセンター スイッチにおける Cisco の市場シェアは低下していますが、これはホワイト ボックス スイッチの影響も反映しています。 シスコやその他の従来のネットワーク機器メーカーも、よりプログラム可能で柔軟なデバイスの提供など、市場の変化に適応するために製品戦略を常に調整しています。

要約すると、革新的なネットワーク デバイスとしてのホワイト ボックス スイッチは、データセンター ネットワークの急速な成長と市場シェアへの影響を通じて、ネットワーク テクノロジーの進化を促進する上で重要な役割を果たしていることを示しています。 この傾向は、ネットワーク分野が今後も変化と革新に直面していることを示しています。

以下に、ホワイト ボックス スイッチが直面するいくつかの課題を簡単にリストします。

適用範囲が限定されている: 現在、ホワイトボックス スイッチは、大規模なクラウド データ センターなどの特定のシナリオで広く使用されています。 メトロポリタン エリア ネットワークやワイド エリア ネットワークなどの他のシナリオでは、ホワイトボックス スイッチの適用はまだ初期段階にあります。 これにより、その広範な適用範囲が制限されます。

低い市場シェア: ホワイトボックス スイッチ市場は成長していますが、従来のスイッチと比較すると市場シェアはまだ低いです。 ほとんどの場合、ホワイトボックス スイッチは従来のスイッチと一緒に導入されるため、パフォーマンス上の利点が制限される可能性があります。

互換性と安定性: 一部のホワイトボックス スイッチは、さまざまなベンダーのハードウェア、オペレーティング システム、またはコントローラーと統合するときに互換性の問題が発生する可能性があります。 さらに、オープンソースのソフトウェアとハ​​ードウェアを使用すると、さらなるテストと最適化が必要となる安定性の課題が生じる可能性があります。

技術サポートとトレーニング: 一部の企業やネットワーク管理者にとって、従来のクローズド ソリューションからホワイトボックス スイッチに切り替えるには、一定の学習と適応プロセスが必要です。 トレーニングや技術サポートが不足しているため、一部の教育機関はホワイトボックス スイッチの導入に対して様子見の姿勢をとっている可能性があります。

セキュリティと管理: オープン性とプログラマビリティは、ネットワークの脆弱性につながる可能性のある不適切な構成など、セキュリティ上の課題を引き起こす可能性があります。 さらに、ホワイトボックス スイッチの管理では、ネットワーク管理者がその可能性を最大限に活用するためのより高度な技術スキルを必要とする場合があります。

エコシステムの開発: ホワイトボックス スイッチには、オペレーティング システム、コントローラー、アプリケーションなどを含む健全なエコシステムが必要です。ユーザーに完全なソリューションを提供するには、このエコシステムの構築に時間がかかる場合があります。

まとめ

ホワイトボックス スイッチは、ネットワークの舞台において、オープン性、カスタマイズ性、革新性という特徴を備え、デジタル時代のネットワーク革命をリードします。 これらはハードウェアをソフトウェアから切り離し、ネットワーク管理者がニーズに応じてカスタマイズできるようにし、ネットワークに対する私たちの理解を再定義します。 ハードウェアとソフトウェアを組み合わせたホワイトボックス スイッチは、データ センター、企業、大規模なクラウド サービス プロバイダーなどの分野で急速に登場します。 ただし、ホワイトボックス スイッチがもたらす無限の可能性にもかかわらず、アプリケーション シナリオの制限や市場シェアの拡大などの課題にも直面しています。 テクノロジーの継続的な進化に伴い、ホワイトボックス スイッチはより幅広いネットワーク環境で役割を果たし、デジタル変革の原動力となることが期待されています。 オープン性によるイノベーションの観点からでも、高度にカスタマイズされたネットワーク エクスペリエンスの観点からでも、ホワイトボックス スイッチはネットワークの新たな章をリードし、デジタル世界でより多くの可能性を探求できるようにします。 たとえ未来がどう変化しても、ホワイトボックススイッチはネットワークの舞台でまばゆいばかりの輝きを放ち続け、より多彩で多様なネットワーク時代を迎えていきます。