Como os switches de caixa branca transformam a arquitetura de rede

O pano de fundo do nascimento dos switches de caixa branca

O pano de fundo do nascimento dos switches de caixa branca remonta à contínua evolução e inovação da arquitetura de rede.

Crescimento explosivo do volume de dados de rede

Com a popularização e diversificação da Internet, o volume de dados na rede cresce exponencialmente. Os dispositivos de rede tradicionais podem enfrentar gargalos de desempenho ao lidar com uma carga de dados tão grande. Portanto, são necessários dispositivos de rede mais flexíveis e de maior desempenho para atender à crescente demanda de dados.

A ascensão da computação em nuvem e do Big Data

A ascensão da computação em nuvem e das tecnologias de big data leva à rápida expansão dos data centers. Os dispositivos de rede tradicionais são difíceis de adaptar às necessidades dos centros de dados de grande escala e são necessárias soluções mais escaláveis ​​e personalizáveis. Os switches de caixa branca, com seus recursos de programação e personalização, oferecem melhor suporte para data centers.

O requisito de programabilidade da rede

Os dispositivos de rede tradicionais geralmente são baseados em hardware e sistemas operacionais fechados, o que dificulta o atendimento às mudanças nas necessidades da rede. As redes modernas exigem maior programabilidade para se adaptarem às novas necessidades empresariais e aos desenvolvimentos tecnológicos. A programabilidade dos switches de caixa branca permite que eles sejam configurados e gerenciados de forma flexível de acordo com as necessidades reais.

A ascensão da rede definida por software (SDN)

A tecnologia SDN enfatiza a programabilidade e o controle central da rede, ao separar o plano de controle e o plano de dados, alcançando gerenciamento e otimização de rede mais flexíveis. A combinação de switches de caixa branca e tecnologia SDN permite que os administradores de rede controlem melhor o comportamento da rede e promove ainda mais o desenvolvimento de switches de caixa branca.

O impacto do código aberto

A ascensão do movimento de código aberto promoveu a inovação em vários campos, incluindo o campo das redes. O desenvolvimento de sistemas operacionais e bibliotecas de software de código aberto criou condições favoráveis ​​para o surgimento de switches de caixa branca. O software de código aberto fornece soluções personalizáveis, facilitando aos fornecedores a construção de switches de caixa branca.

Custos mais baixos de hardware e diversidade na cadeia de suprimentos

Os dispositivos de rede tradicionais são frequentemente produzidos por poucos fornecedores, resultando em custos de hardware relativamente elevados e cadeias de abastecimento concentradas. Os switches de caixa branca utilizam hardware comercial, o que pode reduzir os custos de hardware e promover a diversidade da cadeia de fornecimento, permitindo que mais fornecedores participem na produção de dispositivos de rede.

A história dos switches de caixa branca

A história dos switches de caixa branca remonta ao desenvolvimento e evolução da tecnologia de rede.

Primeiros dispositivos de comutação de rede

Nos primórdios das redes de computadores, eram utilizadas arquiteturas de rede baseadas em hubs, que eram ineficientes em termos de transmissão de pacotes. À medida que o número de dispositivos e o tráfego de dados na rede aumentaram, as pessoas começaram a procurar tecnologias de comutação de rede mais eficientes.

Switches Comerciais Tradicionais

Os switches comerciais começaram a ser amplamente utilizados em redes, e esses switches geralmente eram produzidos por alguns grandes fabricantes. O hardware e software desses switches foram fechados e os administradores de rede só puderam utilizar as funções e opções de configuração fornecidas pelos fabricantes.

O impacto do código aberto e do SDN

Com a ascensão do movimento de código aberto, as pessoas começaram a buscar soluções de rede mais flexíveis e personalizáveis. Ao mesmo tempo, o conceito de rede definida por software (SDN) também atraiu a atenção, defendendo a programabilidade e o controle central da rede.

A ascensão dos interruptores de caixa branca

Com o desenvolvimento de sistemas operacionais de código aberto, hardware genérico e SDN, surgiram switches de caixa branca. Os switches de caixa branca usam hardware comercial, mas executam sistemas operacionais de código aberto, permitindo que os administradores de rede configurem e gerenciem os switches com mais flexibilidade.

A expansão da aplicação dos switches de caixa branca

Os switches de caixa branca não são aplicados apenas em data centers, mas também entram gradualmente em outros campos, como computação de ponta, Internet das Coisas, etc. Esses campos têm requisitos diferentes para flexibilidade e desempenho de rede, e a programabilidade dos switches de caixa branca permite que eles adaptar-se a esses requisitos.

Introdução aos interruptores de caixa branca

O conceito de switches de caixa branca foi proposto pela primeira vez pelo fornecedor de hardware de rede Big Switch Networks. A empresa lançou uma arquitetura de comutação de rede aberta em 2012, combinando hardware comercial com sistemas operacionais de software de código aberto, para obter configuração e gerenciamento de rede mais flexíveis. Eles propuseram o conceito de switches caixa branca sob esta arquitetura, pretendendo separar hardware e software para que os administradores de rede possam personalizar a configuração de acordo com as necessidades reais e alcançar níveis mais elevados de controle e otimização da rede. Com o tempo, o conceito de interruptores de caixa branca ganhou gradualmente reconhecimento e aplicação mais amplos. Outros fabricantes e comunidades de código aberto também começaram a prestar atenção e investir no desenvolvimento de pesquisas e na aplicação da tecnologia de switch de caixa branca. Portanto, embora tenha sido proposto inicialmente pela Big Switch Networks, o desenvolvimento de switches de caixa branca é um processo que envolve múltiplos esforços.

Visão geral do interruptor de caixa branca

White Box Switch, também conhecido como White Label Switch, é um dispositivo de comutação de rede inovador com desacoplamento de hardware e software, abertura e personalização. Ela desempenha um papel importante na arquitetura de rede moderna, fornecendo soluções de rede mais flexíveis, programáveis ​​e de alto desempenho para empresas e data centers.

Desacoplamento de hardware e software

Os switches de rede tradicionais geralmente integram hardware e software, limitando a capacidade dos administradores de rede de personalizar e controlar os dispositivos. Por outro lado, os switches de caixa branca são projetados com hardware e software desacoplados, permitindo que os administradores de rede configurem e atualizem hardware e software de forma independente para melhor atender aos diferentes requisitos de rede.

Abertura e personalização

Os switches de caixa branca geralmente são baseados em sistemas operacionais de código aberto, como Linux, e hardware de padrão aberto. Isso permite que os usuários o personalizem de acordo com suas necessidades, adicionando ou removendo recursos e módulos específicos para atender a diferentes arquiteturas de rede e requisitos de negócios. A abertura também incentiva o desenvolvimento de um ecossistema, proporcionando assim aos utilizadores mais escolhas e inovação.

Baseado em Hardware Comercial

Os switches de caixa branca normalmente usam hardware comercial, como chips e componentes comuns. Isso reduz os custos de hardware e fornece aos usuários uma solução mais acessível. Além disso, os designs baseados em hardware genérico promovem a diversidade na cadeia de abastecimento e reduzem a dependência de fornecedores específicos.

Aplicativos empresariais de grande porte

Grandes empresas e provedores de serviços em nuvem, como Google, Microsoft e Facebook, utilizam amplamente switches de caixa branca em seus data centers de grande escala. Essas empresas exigem dispositivos de rede de alto desempenho, programáveis ​​e personalizáveis ​​para dar suporte a arquiteturas de rede e requisitos de negócios complexos. A abertura e flexibilidade dos switches de caixa branca os tornam ideais para atender a essas necessidades.

Como funcionam os interruptores de caixa branca

Imagine um switch de caixa branca como um comandante de tráfego inteligente situado na encruzilhada da rede, orientando com precisão o fluxo de dados e garantindo que as informações cheguem ao seu destino com rapidez e precisão. Funciona um pouco como uma dança de precisão, consistindo em hardware e software trabalhando em conjunto para manter o mundo em rede funcionando perfeitamente.

Primeiro, o switch de caixa branca observa os pacotes provenientes de diferentes dispositivos através de um conjunto de “olhos” altamente inteligentes – as portas. Cada pacote é como um carro e o porto é a entrada para a estrada. O switch decide para qual saída o pacote deve ir examinando o “endereço de destino” no pacote, da mesma forma que verifica o número da placa do veículo. Este processo é rápido e quase instantâneo.

Então, de maneira semelhante a um classificador de correspondência, o switch de caixa branca classifica os pacotes nas “caixas de correio” apropriadas (isto é, portas). Cada porta está conectada a um dispositivo diferente, assim como cada caixa de correio pertence a um destinatário diferente. O pacote é entregue exatamente na caixa de correio correta para garantir que chegue ao dispositivo de destino.

O “classificador de correio” também possui memória própria, ele lembrará a rota anterior, para que no próximo encontro com o mesmo “endereço de destino” possam ser classificados mais rapidamente os pacotes, assim como um classificador habilidoso pode identificar rapidamente o destinatário.

O princípio de funcionamento do switch de caixa branca é: com portas precisas, julgamento inteligente e operação em alta velocidade, ele coleta e classifica pacotes de dados de diferentes dispositivos e, em seguida, os envia com eficiência para os destinos certos, de modo a construir uma rede desobstruída sistema de tráfego, que permite que a informação seja transmitida rapidamente e que o nosso mundo digital esteja mais estreitamente ligado.

No diagrama acima, existem dois dispositivos (Dispositivo 1 e Dispositivo 2) conectados por um switch de caixa branca (Switch). O switch de caixa branca possui duas portas (Porta 1 e Porta 2), que se conectam a esses dois dispositivos respectivamente. Quando o Dispositivo 1 deseja enviar dados para o Dispositivo 2, ele envia o pacote de dados para a Porta 1 do Switch. O Switch verifica o endereço de destino no pacote e determina que deve enviar o pacote para o Dispositivo 2 através da Porta 2. É como em um cruzamento, onde a polícia de trânsito (Switch) instrui o veículo (pacote de dados) a ir na direção correta. direção com base no número da placa (endereço de destino). Através deste processo, o switch de caixa branca pode transferir eficientemente pacotes de dados de um dispositivo para outro, garantindo que os dados possam chegar ao seu destino com precisão e rapidez. Este diagrama simples ajuda a ilustrar como os switches de caixa branca realizam o encaminhamento de dados com base no endereço de destino do pacote de dados.

Comparação de switches de caixa branca e switches tradicionais

Construído em Hardware Comercial

Uma característica notável dos switches de caixa branca é que eles usam hardware comercial como base. Em comparação com os switches dedicados tradicionais, esse uso de hardware comercial torna os switches de caixa branca mais econômicos. O hardware comercial geralmente é baseado em arquiteturas de processador genéricas, o que significa que o custo de fabricação do hardware é baixo e também mais fácil de obter. Esse recurso dos switches de caixa branca permite que os administradores de rede escolham a configuração de hardware que atenda às suas necessidades, obtendo assim arquiteturas de rede personalizadas. Ao mesmo tempo, também promove a diversidade da cadeia de abastecimento de hardware, reduzindo o custo de aquisição de dispositivos de hardware.

Use circuitos integrados específicos de aplicação (ASICs)

Os switches de caixa branca usam circuitos integrados específicos de aplicação (ASICs) de fornecedores maduros. ASICs são chips de circuito integrado personalizados usados ​​especialmente para executar tarefas de computação específicas. Nos switches de caixa branca, os ASICs são usados ​​para implementar o encaminhamento e processamento de pacotes de dados, bem como vários protocolos e funções necessários para a comutação de rede. Ao usar ASICs, os switches de caixa branca podem obter processamento e encaminhamento de pacotes de dados de alto desempenho, atendendo às necessidades de data centers e redes de grande escala. A personalização dos ASICs também permite que os administradores de rede otimizem de acordo com as necessidades reais, melhorando o desempenho e a eficiência da rede.

Execute o sistema operacional de rede aberta (ONOS)

Outra característica importante é que os switches de caixa branca executam um sistema operacional de rede aberto (ONOS). Um sistema operacional de rede aberta é um sistema de software usado para gerenciar e controlar dispositivos de rede, que enfatiza a programabilidade e flexibilidade da rede. Ao executar o ONOS, os switches de caixa branca podem obter controle e gerenciamento centralizados de rede. ONOS permite que administradores de rede configurem e gerenciem a rede através de um controlador centralizado, conseguindo assim automação e otimização da rede. Essa programabilidade permite que os administradores de rede formulem políticas de rede de acordo com as necessidades reais e ajustem dinamicamente o comportamento da rede, alcançando assim um gerenciamento mais eficiente do tráfego de dados e utilização de recursos.

Switches de caixa branca e redes definidas por software (SDN)

Os switches de caixa branca são frequentemente usados ​​em combinação com redes definidas por software (SDN), que é uma das diferenças mais significativas dos switches tradicionais. SDN é uma arquitetura de rede que enfatiza a programabilidade, o controle central e a separação do plano de dados e do plano de controle da rede. A programabilidade e a abertura dos switches de caixa branca os tornam a escolha ideal para arquiteturas SDN.

No SDN, os switches de caixa branca atuam como parte do plano de dados, comunicando-se com o controlador centralizado para ajustar e otimizar o comportamento da rede. Esta arquitetura permite que os administradores de rede gerenciem toda a rede a partir de um local centralizado, alcançando assim níveis mais elevados de automação e otimização da rede.

No SDN, os switches de caixa branca atuam como parte do plano de dados, comunicando-se com o controlador centralizado para ajustar e otimizar o comportamento da rede. Esta arquitetura permite que os administradores de rede gerenciem toda a rede a partir de um local centralizado, alcançando assim níveis mais elevados de automação e otimização da rede.

Vantagens dos interruptores de caixa branca

Os interruptores de caixa branca trazem muitas vantagens.

Primeiro, devido ao seu sistema operacional aberto, os usuários podem escolher o sistema operacional de rede que atenda às suas necessidades, otimizando ao máximo o desempenho da rede. Por exemplo, podem escolher sistemas operativos que suportem diferentes protocolos de acordo com as necessidades reais, conseguindo assim melhor desempenho e compatibilidade.

Em segundo lugar, o custo de hardware dos switches de caixa branca é relativamente baixo, o que fornece uma solução de rede acessível para pequenas e médias empresas. Em comparação com os switches proprietários tradicionais, os switches white box usam componentes de hardware padronizados, reduzindo os custos de aquisição e manutenção.

Além disso, sua flexibilidade e programabilidade também permitem que os administradores de rede se adaptem melhor às mudanças nas necessidades dos negócios. Seja adicionando dispositivos ou ajustando políticas de rede, os switches de caixa branca podem conseguir isso por meio da configuração de software, simplificando bastante o processo de gerenciamento de rede.

Para resumir as vantagens dos switches de caixa branca:

o Simplicidade

o Flexibilidade

o Confiabilidade

o Escalabilidade

o Personalização

o Automação

o Alto desempenho

o Custo-benefício

Casos de aplicação de interruptores de caixa branca

Aplicação em ambiente de computação em nuvem

Os switches de caixa branca desempenham um papel importante no ambiente de computação em nuvem. Os data centers em nuvem precisam suportar virtualização em grande escala e serviços multilocatários, e a programabilidade dos switches de caixa branca permite que eles sejam configurados de forma flexível de acordo com as diferentes necessidades da rede virtual, alcançando uma utilização eficiente dos recursos e otimização da rede.

Rede de computação de borda

Com o surgimento da computação de ponta, há a necessidade de construir uma rede com baixa latência e alta largura de banda para suportar a comunicação e o processamento de dados entre dispositivos de ponta. Os switches caixa branca podem ser personalizados de acordo com diferentes cenários de borda, garantindo uma conexão eficiente entre dispositivos de borda.

Interconexão de data centers em grande escala

Em data centers de grande escala, há necessidade de interconexão de alta largura de banda e baixa latência entre vários data centers. Os switches de caixa branca podem atender às necessidades de transmissão rápida de dados entre data centers por meio de seu hardware de alto desempenho e recursos programáveis, suportando a interconexão de data centers e o compartilhamento de recursos.

Fornecedores envolvidos em switches de caixa branca

fornecedores internacionais

Grandes redes de comutação: Como um dos proponentes do conceito de switch de caixa branca, a Big Switch Networks vem pesquisando e promovendo o desenvolvimento da tecnologia de switch de caixa branca desde 2010. Suas inovações fizeram progresso em redes definidas por software (SDN) e operação de rede de código aberto sistemas.

Redes Cumulus: A Cumulus Networks foi fundada em 2010, com foco no fornecimento de sistemas operacionais de rede para switches de caixa branca. Eles lançaram um sistema operacional de rede baseado em Linux, proporcionando aos administradores de rede maior programabilidade e flexibilidade.

Pica8: Pica8 foi fundada em 2012, offcriar um sistema operacional de rede baseado em switches de caixa branca. Seus produtos visam alcançar abertura e programabilidade de rede.

Fornecedores chineses

Huawei: Como fabricante líder de equipamentos de rede na China, a Huawei também está envolvida na área de switches de caixa branca. Seus produtos são usados ​​principalmente para data centers em nuvem e redes corporativas, para oferecer suporte ao processamento de tráfego de dados em grande escala.

ZTE: A ZTE também é um importante fornecedor nacional de equipamentos de rede, envolvido na área de switches de caixa branca. Seus produtos atendem a diferentes escalas de necessidades de rede.

UNISOC: A UNISOC tem vasta experiência na área de chips e também pode desempenhar um determinado papel na pesquisa e desenvolvimento de switches de caixa branca.

Redes Ruijie: Como um dos fabricantes nacionais de equipamentos de rede, a Ruijie Networks também está envolvida na área de switches de caixa branca.

Tendências de desenvolvimento e desafios de switches de caixa branca

Grandes provedores de nuvem, como Google e Amazon, implantaram amplamente switches de caixa branca em suas redes de data centers. Esses provedores precisam de dispositivos de rede altamente programáveis ​​e de alto desempenho para oferecer suporte a serviços em nuvem em grande escala. Os switches de caixa branca fornecem configuração personalizada e gerenciamento de rede mais flexível, permitindo que os provedores de nuvem se adaptem melhor às necessidades de negócios em rápida mudança.

À medida que a concorrência no mercado de grandes provedores de nuvem se torna mais intensa, os fornecedores de switches de caixa branca começam a olhar para nichos de mercado, como provedores de nuvem secundária, grandes empresas e provedores de serviços de telecomunicações. Isso ajuda a expandir o escopo de aplicação dos interruptores de caixa branca em diferentes setores e promove ainda mais o desenvolvimento do mercado.

A ascensão dos switches de caixa branca afetou até certo ponto a participação de mercado dos fabricantes tradicionais de equipamentos de rede, especialmente no campo de switches para data centers. Estes fabricantes precisam de se adaptar às novas dinâmicas do mercado e manter a competitividade através da inovação. A participação de mercado da Cisco em switches para data centers diminuiu, o que também reflete o impacto dos switches de caixa branca. A Cisco e outros fabricantes tradicionais de equipamentos de rede também estão constantemente ajustando suas estratégias de produtos para se adaptarem às mudanças do mercado, incluindo o fornecimento de dispositivos mais programáveis ​​e flexíveis.

Em resumo, os switches de caixa branca, como dispositivos de rede inovadores, demonstraram o seu importante papel na promoção da evolução da tecnologia de rede através do seu rápido crescimento nas redes de centros de dados e do seu impacto na quota de mercado. Esta tendência indica que o campo das redes continuará a enfrentar mudanças e inovações.

Listaremos brevemente alguns dos desafios enfrentados pelos interruptores de caixa branca abaixo:

Escopo de aplicação limitado: Atualmente, os switches de caixa branca são amplamente utilizados em cenários específicos, como data centers em nuvem de grande escala. Em outros cenários, como redes metropolitanas e redes de longa distância, a aplicação de switches de caixa branca ainda está em um estágio inicial. Isto limita o âmbito da sua aplicação generalizada.

Baixa quota de mercado: Embora o mercado de switches de caixa branca esteja a crescer, a sua quota de mercado ainda é baixa em comparação com os switches tradicionais. Na maioria dos casos, os switches de caixa branca são implantados junto com os switches tradicionais, o que pode limitar suas vantagens de desempenho.

Compatibilidade e estabilidade: alguns switches de caixa branca podem encontrar problemas de compatibilidade ao se integrarem a hardware, sistemas operacionais ou controladores de diferentes fornecedores. Além disso, o uso de software e hardware de código aberto pode representar alguns desafios de estabilidade que exigem mais testes e otimização.

Suporte técnico e treinamento: Para algumas empresas e administradores de rede, a mudança de soluções tradicionais fechadas para switches de caixa branca requer um certo processo de aprendizagem e adaptação. A falta de formação e de apoio técnico pode fazer com que algumas instituições adoptem uma atitude de esperar para ver no que diz respeito à adopção de opções de caixa branca.

Segurança e gerenciamento: A abertura e a programabilidade podem trazer alguns desafios de segurança, como configuração incorreta que pode levar a vulnerabilidades de rede. Além disso, a gestão de switches de caixa branca pode exigir que os administradores de rede tenham competências técnicas mais elevadas para explorar plenamente o seu potencial.

Desenvolvimento de ecossistemas: Os switches de caixa branca exigem um ecossistema saudável, incluindo sistemas operacionais, controladores, aplicativos, etc. A construção desse ecossistema pode levar algum tempo para fornecer soluções completas aos usuários.

Conclusão

No palco da rede, os switches de caixa branca lideram a revolução da rede na era digital com suas características de abertura, personalização e inovação. Eles separam o hardware do software, permitindo que os administradores de rede personalizem de acordo com suas necessidades, redefinindo nossa compreensão da rede. Como uma combinação de hardware e software, os switches de caixa branca surgem rapidamente em áreas como data centers, empresas e provedores de serviços em nuvem em grande escala. Porém, apesar das infinitas possibilidades trazidas pelos switches white-box, eles também enfrentam desafios, como a limitação de cenários de aplicação e o aumento da participação de mercado. Com a evolução contínua da tecnologia, espera-se que os switches de caixa branca desempenhem um papel numa gama mais ampla de ambientes de rede, tornando-se uma força motriz para a transformação digital. Seja na perspectiva da inovação a partir da abertura ou na perspectiva da experiência de rede altamente personalizada, os switches de caixa branca estão liderando um novo capítulo da rede, permitindo-nos explorar mais possibilidades no mundo digital. Não importa como o futuro mude, os switches de caixa branca continuarão a mostrar seu brilho deslumbrante no palco da rede, levando-nos a uma era de rede mais colorida e diversificada.