Как коммутаторы белого ящика меняют сетевую архитектуру

Предыстория появления коммутаторов белого ящика

Истоки появления коммутаторов «белого ящика» можно проследить в непрерывной эволюции и инновациях сетевой архитектуры.

Взрывной рост объема сетевых данных

С популяризацией и диверсификацией Интернета объем данных в сети растет в геометрической прогрессии. Традиционные сетевые устройства могут столкнуться с проблемами производительности при работе с такой огромной нагрузкой данных. Поэтому для удовлетворения растущего спроса на данные необходимы более производительные и более гибкие сетевые устройства.

Рост популярности облачных вычислений и больших данных

Развитие облачных вычислений и технологий больших данных приводит к быстрому расширению центров обработки данных. Традиционные сетевые устройства сложно адаптировать к потребностям крупных центров обработки данных, поэтому необходимы более масштабируемые и настраиваемые решения. Коммутаторы «белого ящика» с их возможностями программирования и настройки обеспечивают лучшую поддержку центров обработки данных.

Требования к программируемости сети

Традиционные сетевые устройства обычно основаны на закрытом оборудовании и операционных системах, что затрудняет удовлетворение меняющихся потребностей сети. Современные сети требуют более высокой программируемости, чтобы адаптироваться к новым потребностям бизнеса и технологическим разработкам. Программируемость переключателей «белого ящика» позволяет гибко настраивать их и управлять ими в соответствии с реальными потребностями.

Развитие программно-определяемых сетей (SDN)

Технология SDN подчеркивает программируемость и централизованное управление сетью, разделяя плоскости управления и плоскости данных, обеспечивая более гибкое управление и оптимизацию сети. Сочетание коммутаторов «белого ящика» и технологии SDN позволяет сетевым администраторам лучше контролировать поведение сети и способствует дальнейшему развитию коммутаторов «белого ящика».

Влияние открытого исходного кода

Рост движения за открытый исходный код способствовал развитию инноваций в различных областях, включая сетевую. Развитие операционных систем и программных библиотек с открытым исходным кодом создало благоприятные условия для появления коммутаторов «белого ящика». Программное обеспечение с открытым исходным кодом предоставляет настраиваемые решения, упрощая производителям создание коммутаторов «белого ящика».

Снижение затрат на оборудование и разнообразие цепочек поставок

Традиционные сетевые устройства часто производятся несколькими поставщиками, что приводит к относительно высоким затратам на оборудование и концентрации цепочек поставок. В коммутаторах «белого ящика» используется коммерческое оборудование, которое может снизить затраты на оборудование и способствовать разнообразию цепочек поставок, позволяя большему количеству поставщиков участвовать в производстве сетевых устройств.

История переключателей белого ящика

Историю коммутаторов «белого ящика» можно проследить до развития и эволюции сетевых технологий.

Ранние сетевые коммутационные устройства

На заре компьютерных сетей использовались сетевые архитектуры на основе концентраторов, которые были неэффективны с точки зрения пакетной широковещательной передачи. По мере увеличения количества устройств и трафика данных в сети люди начали искать более эффективные технологии сетевой коммутации.

Традиционные коммерческие переключатели

Коммерческие коммутаторы стали широко использоваться в сетях, и эти коммутаторы обычно производились какими-то крупными производителями. Аппаратное и программное обеспечение этих коммутаторов было закрытым, и сетевые администраторы могли использовать только функции и возможности конфигурации, предоставленные производителями.

Влияние открытого исходного кода и SDN

С ростом движения за открытый исходный код люди начали искать более гибкие и настраиваемые сетевые решения. В то же время концепция программно-определяемых сетей (SDN) также привлекла внимание, пропагандируя программируемость и централизованное управление сетью.

Распространение переключателей «белого ящика»

С развитием операционных систем с открытым исходным кодом, универсального оборудования и SDN появились коммутаторы «белого ящика». Коммутаторы «белого ящика» используют коммерческое оборудование, но работают под управлением операционных систем с открытым исходным кодом, что позволяет сетевым администраторам более гибко настраивать коммутаторы и управлять ими.

Расширение применения переключателей белого ящика

Коммутаторы «белого ящика» применяются не только в центрах обработки данных, но постепенно проникают и в другие области, такие как периферийные вычисления, Интернет вещей и т. д. Эти области предъявляют разные требования к гибкости и производительности сети, а программируемость коммутаторов «белого ящика» позволяет им адаптироваться к этим требованиям.

Введение в переключатели белого ящика

Концепция коммутаторов «белого ящика» была впервые предложена поставщиком сетевого оборудования Big Switch Networks. В 2012 году компания запустила архитектуру открытой сетевой коммутации, сочетающую коммерческое оборудование с операционными системами с открытым исходным кодом для достижения более гибкой конфигурации сети и управления ею. Они предложили концепцию коммутаторов «белого ящика» в рамках этой архитектуры, намереваясь разделить аппаратное и программное обеспечение, чтобы сетевые администраторы могли настраивать конфигурацию в соответствии с фактическими потребностями и достигать более высоких уровней управления и оптимизации сети. Со временем концепция выключателей «белого ящика» постепенно получила более широкое признание и применение. Другие производители и сообщества с открытым исходным кодом также начали обращать внимание и инвестировать в исследования и применение технологии переключателей белого ящика. Таким образом, хотя разработка коммутаторов «белого ящика» была впервые предложена компанией Big Switch Networks, это процесс, требующий множества усилий.

Обзор переключателя белого ящика

White Box Switch, также известный как White Label Switch, представляет собой инновационное сетевое коммутационное устройство, отличающееся аппаратной и программной развязкой, открытостью и возможностью настройки. Он играет важную роль в современной сетевой архитектуре, предоставляя более гибкие, программируемые и высокопроизводительные сетевые решения для предприятий и центров обработки данных.

Аппаратное и программное разделение

Традиционные сетевые коммутаторы обычно тесно интегрируют аппаратное и программное обеспечение, что ограничивает возможности сетевых администраторов настраивать и контролировать устройства. Напротив, коммутаторы «белого ящика» разработаны с разделенным аппаратным и программным обеспечением, что позволяет сетевым администраторам независимо настраивать и обновлять аппаратное и программное обеспечение для лучшего удовлетворения различных требований сети.

Открытость и настраиваемость

Коммутаторы белого ящика обычно основаны на операционных системах с открытым исходным кодом, таких как Linux, и оборудовании открытого стандарта. Это позволяет пользователям настраивать его в соответствии со своими потребностями, добавляя или удаляя определенные функции и модули в соответствии с различными сетевыми архитектурами и бизнес-требованиями. Открытость также способствует развитию экосистемы, предоставляя пользователям больше выбора и инноваций.

На основе коммерческого оборудования

В переключателях белого ящика обычно используется коммерческое оборудование, такое как обычные микросхемы и компоненты. Это снижает затраты на оборудование и предоставляет пользователям более доступное решение. Кроме того, конструкции, основанные на универсальном оборудовании, способствуют разнообразию цепочки поставок и уменьшают зависимость от конкретных поставщиков.

Крупные корпоративные приложения

Крупные предприятия и поставщики облачных услуг, такие как Google, Microsoft и Facebook, широко используют коммутаторы «белого ящика» в своих крупных центрах обработки данных. Этим предприятиям требуются высокопроизводительные, программируемые и настраиваемые сетевые устройства для поддержки сложных сетевых архитектур и бизнес-требований. Открытость и гибкость переключателей «белого ящика» делают их идеальными для удовлетворения этих потребностей.

Как работают переключатели белого ящика

Представьте себе коммутатор «белого ящика» как интеллектуального диспетчера трафика, сидящего на перекрестке сети, точно направляющего поток данных и гарантирующего, что информация быстро и точно достигнет места назначения. Это немного похоже на точный танец, состоящий из аппаратного и программного обеспечения, работающих в тандеме, чтобы обеспечить бесперебойную работу сетевого мира.

Во-первых, коммутатор «белого ящика» наблюдает за пакетами, поступающими от разных устройств, через набор высокоинтеллектуальных «глаз» — портов. Каждый пакет подобен машине, а порт — въезду на дорогу. Коммутатор решает, к какому выходу должен идти пакет, проверяя «адрес назначения» в пакете так же, как он смотрит на номерной знак. Этот процесс быстрый и почти мгновенный.

Затем, аналогично сортировщику почты, коммутатор белого ящика сортирует пакеты по соответствующим «почтовым ящикам» (т. е. портам). Каждый порт подключен к разным устройствам, так же как каждый почтовый ящик принадлежит разному получателю. Пакет доставляется точно в нужный почтовый ящик, чтобы гарантировать, что он достигнет целевого устройства.

«Сортировщик почты» также имеет собственную память, он запомнит предыдущий маршрут, чтобы при следующей встрече с тем же «адресом назначения» можно было быстрее сортировать пакеты, так же, как опытный сортировщик может быстро идентифицировать получателя.

Принцип работы коммутатора «белого ящика» таков: благодаря точным портам, интеллектуальному распознаванию и высокоскоростной работе он собирает и классифицирует пакеты данных с разных устройств, а затем эффективно отправляет их в нужные пункты назначения, чтобы построить беспрепятственную сеть. система трафика, которая позволяет быстро передавать информацию и более тесно связывать наш цифровой мир.

На схеме выше показаны два устройства (Устройство 1 и Устройство 2), соединенные переключателем белого ящика (Switch). Коммутатор «белый ящик» имеет два порта (порт 1 и порт 2), которые подключаются к этим двум устройствам соответственно. Когда Устройство 1 хочет отправить данные на Устройство 2, оно отправляет пакет данных в порт 1 коммутатора. Коммутатор проверяет адрес назначения в пакете и определяет, что он должен отправить пакет на Устройство 2 через Порт 2. Это похоже на перекрёсток, где ГИБДД (Коммутатор) дает указание транспортному средству (пакету данных) ехать в правильном направлении. направление по номерному знаку (адресу назначения). Благодаря этому процессу коммутатор «белого ящика» может эффективно передавать пакеты данных с одного устройства на другое, гарантируя, что данные смогут достичь места назначения точно и быстро. Эта простая диаграмма помогает проиллюстрировать, как коммутаторы белого ящика обеспечивают пересылку данных на основе адреса назначения в пакете данных.

Сравнение переключателей белого ящика и традиционных переключателей

Создано на коммерческом оборудовании

Примечательной особенностью коммутаторов «белого ящика» является то, что в качестве основы они используют коммерческое оборудование. По сравнению с традиционными специализированными коммутаторами такое использование коммерческого оборудования делает коммутаторы «белого ящика» более экономичными. Коммерческое оборудование обычно основано на общих архитектурах процессоров, что означает, что стоимость производства оборудования низкая, а также его легче приобрести. Эта особенность коммутаторов «белого ящика» позволяет сетевым администраторам выбирать конфигурацию оборудования, соответствующую их потребностям, тем самым создавая индивидуальную сетевую архитектуру. В то же время это также способствует разнообразию цепочки поставок оборудования, снижая затраты на закупку аппаратных устройств.

Используйте специализированные интегральные схемы (ASIC)

В переключателях «белого ящика» используются специализированные интегральные схемы (ASIC) от проверенных поставщиков. ASIC — это специализированные интегральные микросхемы, которые специально используются для выполнения конкретных вычислительных задач. В коммутаторах «белого ящика» ASIC используются для реализации пересылки и обработки пакетов данных, а также различных протоколов и функций, необходимых для коммутации сети. Используя ASIC, коммутаторы «белого ящика» могут обеспечить высокопроизводительную обработку и пересылку пакетов данных, отвечая потребностям крупномасштабных центров обработки данных и сетей. Возможность настройки ASIC также позволяет сетевым администраторам оптимизировать работу в соответствии с фактическими потребностями, повышая производительность и эффективность сети.

Запустите открытую сетевую операционную систему (ONOS)

Еще одна важная особенность заключается в том, что коммутаторы «белого ящика» работают под управлением открытой сетевой операционной системы (ONOS). Операционная система открытой сети — это программная система, используемая для управления и контроля сетевых устройств, которая подчеркивает программируемость и гибкость сети. Используя ONOS, коммутаторы «белого ящика» могут обеспечить централизованный контроль и управление сетью. ONOS позволяет сетевым администраторам настраивать сеть и управлять ею через централизованный контроллер, тем самым обеспечивая автоматизацию и оптимизацию сети. Эта возможность программирования позволяет сетевым администраторам формулировать сетевые политики в соответствии с фактическими потребностями и динамически корректировать поведение сети, тем самым достигая более эффективного управления трафиком данных и использования ресурсов.

Коммутаторы белого ящика и программно-конфигурируемые сети (SDN)

Коммутаторы белого ящика часто используются в сочетании с программно-определяемыми сетями (SDN), что является одним из наиболее существенных отличий от традиционных коммутаторов. SDN — это сетевая архитектура, в которой особое внимание уделяется программируемости, централизованному управлению и разделению плоскости данных и плоскости управления сетью. Программируемость и открытость коммутаторов «белого ящика» делают их идеальным выбором для архитектур SDN.

В SDN коммутаторы «белого ящика» действуют как часть плоскости данных, взаимодействуя с централизованным контроллером для настройки и оптимизации поведения сети. Эта архитектура позволяет сетевым администраторам централизованно управлять всей сетью, тем самым достигая более высокого уровня автоматизации и оптимизации сети.

В SDN коммутаторы «белого ящика» действуют как часть плоскости данных, взаимодействуя с централизованным контроллером для настройки и оптимизации поведения сети. Эта архитектура позволяет сетевым администраторам централизованно управлять всей сетью, тем самым достигая более высокого уровня автоматизации и оптимизации сети.

Преимущества переключателей белого ящика

Выключатели белого ящика имеют много преимуществ.

Во-первых, благодаря открытой операционной системе пользователи могут выбирать сетевую операционную систему, соответствующую их потребностям, тем самым максимально оптимизируя производительность сети. Например, они могут выбирать операционные системы, поддерживающие различные протоколы в соответствии с реальными потребностями, тем самым обеспечивая лучшую производительность и совместимость.

Во-вторых, стоимость аппаратного обеспечения коммутаторов «белого ящика» относительно невелика, что обеспечивает доступное сетевое решение для малых и средних предприятий. По сравнению с традиционными коммутаторами собственной разработки, в переключателях «белого ящика» используются стандартизированные аппаратные компоненты, что снижает затраты на приобретение и обслуживание.

Кроме того, их гибкость и программируемость также позволяют сетевым администраторам лучше адаптироваться к меняющимся потребностям бизнеса. Будь то добавление устройств или настройка сетевых политик, коммутаторы «белого ящика» могут добиться этого посредством настройки программного обеспечения, что значительно упрощает процесс управления сетью.

Подводя итог преимуществам переключателей белого ящика:

о Простота

о Гибкость

о Надежность

о Масштабируемость

о Настраиваемость

о Автоматизация

o Высокая производительность

o Экономическая эффективность

Случаи применения переключателей белого ящика

Приложение в среде облачных вычислений

Коммутаторы белого ящика играют важную роль в среде облачных вычислений. Облачные центры обработки данных должны поддерживать крупномасштабную виртуализацию и мультитенантные услуги, а программируемость коммутаторов «белого ящика» позволяет гибко настраивать их в соответствии с различными потребностями виртуальной сети, обеспечивая эффективное использование ресурсов и оптимизацию сети.

Сеть периферийных вычислений

С развитием периферийных вычислений возникла необходимость в построении сети с низкой задержкой и высокой пропускной способностью для поддержки связи и обработки данных между периферийными устройствами. Коммутаторы белого ящика можно настроить в соответствии с различными периферийными сценариями, обеспечивая эффективное соединение между периферийными устройствами.

Объединение крупномасштабных центров обработки данных

В крупных центрах обработки данных существует потребность в высокоскоростном соединении с малой задержкой между несколькими центрами обработки данных. Коммутаторы «белого ящика» могут удовлетворить потребности в быстрой передаче данных между центрами обработки данных благодаря своему высокопроизводительному аппаратному обеспечению и программируемым функциям, поддерживающим соединение центров обработки данных и совместное использование ресурсов.

Поставщики, участвующие в разработке коммутаторов «белого ящика»

Международные поставщики

Сети с большими коммутаторами: Являясь одним из инициаторов концепции коммутатора «белого ящика», компания Big Switch Networks с 2010 года исследует и продвигает разработку технологии коммутатора «белого ящика». Их инновации позволили добиться прогресса в области программно-определяемых сетей (SDN) и эксплуатации сетей с открытым исходным кодом. системы.

Кучевые сети: Компания Cumulus Networks была основана в 2010 году и специализируется на предоставлении сетевых операционных систем для коммутаторов «белого ящика». Они запустили сетевую операционную систему на базе Linux, предоставляющую сетевым администраторам более высокую программируемость и гибкость.

Пика8: Pica8 была основана в 2012 году, offСоздание сетевой операционной системы на основе коммутаторов «белого ящика». Их продукты направлены на достижение открытости и программируемости сети.

Китайские поставщики

Huawei: Являясь ведущим производителем сетевого оборудования в Китае, компания Huawei также занимается производством коммутаторов «белого ящика». Их продукты в основном используются в облачных центрах обработки данных и корпоративных сетях для поддержки крупномасштабной обработки трафика данных.

ZTE: ZTE также является важным отечественным поставщиком сетевого оборудования, занимающимся производством коммутаторов «белого ящика». Их продукты ориентированы на различные масштабы сетевых потребностей.

UNISOC: UNISOC имеет богатый опыт в области производства микросхем и может также сыграть определенную роль в исследованиях и разработках переключателей «белого ящика».

Сети Руиджи: Являясь одним из отечественных производителей сетевого оборудования, компания Ruijie Networks также занимается производством коммутаторов «белого ящика».

Тенденции развития и проблемы коммутаторов белого ящика

Крупные поставщики облачных услуг, такие как Google и Amazon, широко развернули коммутаторы «белого ящика» в сетях своих центров обработки данных. Этим провайдерам нужны высокопроизводительные, легко программируемые сетевые устройства для поддержки крупномасштабных облачных сервисов. Коммутаторы «белого ящика» обеспечивают индивидуальную конфигурацию и более гибкое управление сетью, что позволяет поставщикам облачных услуг лучше адаптироваться к быстро меняющимся потребностям бизнеса.

Поскольку конкуренция на рынке крупных облачных провайдеров становится все более интенсивной, поставщики коммутаторов «белого ящика» начинают присматриваться к нишевым рынкам, таким как вторичные облачные провайдеры, крупные предприятия и поставщики телекоммуникационных услуг. Это помогает расширить сферу применения переключателей «белого ящика» в различных отраслях и способствует дальнейшему развитию рынка.

Рост популярности коммутаторов «белого ящика» в некоторой степени повлиял на долю рынка традиционных производителей сетевого оборудования, особенно в области коммутаторов для центров обработки данных. Этим производителям необходимо адаптироваться к новой динамике рынка и поддерживать конкурентоспособность за счет инноваций. Доля Cisco на рынке коммутаторов для центров обработки данных снизилась, что также отражает влияние коммутаторов «белого ящика». Cisco и другие производители традиционного сетевого оборудования также постоянно корректируют свои продуктовые стратегии, чтобы адаптироваться к изменениям рынка, включая предоставление более программируемых и гибких устройств.

Таким образом, коммутаторы белого ящика, как инновационное сетевое устройство, показали свою важную роль в содействии развитию сетевых технологий благодаря быстрому росту сетей центров обработки данных и их влиянию на долю рынка. Эта тенденция указывает на то, что сетевая сфера будет продолжать сталкиваться с изменениями и инновациями.

Ниже мы кратко перечислим некоторые проблемы, с которыми сталкиваются переключатели белого ящика:

Ограниченная сфера применения. В настоящее время коммутаторы «белого ящика» широко используются в конкретных сценариях, таких как крупномасштабные облачные центры обработки данных. В других сценариях, таких как городские сети и глобальные сети, применение коммутаторов «белого ящика» все еще находится на ранней стадии. Это ограничивает сферу их широкого применения.

Низкая доля рынка. Хотя рынок коммутаторов «белого ящика» растет, его доля на рынке все еще низка по сравнению с традиционными коммутаторами. В большинстве случаев коммутаторы «белого ящика» развертываются вместе с традиционными коммутаторами, что может ограничивать их преимущества в производительности.

Совместимость и стабильность. Некоторые коммутаторы «белого ящика» могут столкнуться с проблемами совместимости при интеграции с оборудованием, операционными системами или контроллерами разных производителей. Кроме того, использование программного и аппаратного обеспечения с открытым исходным кодом может создать некоторые проблемы со стабильностью, которые потребуют дополнительного тестирования и оптимизации.

Техническая поддержка и обучение. Для некоторых предприятий и сетевых администраторов переход от традиционных закрытых решений к коммутаторам «белого ящика» требует определенного процесса обучения и адаптации. Отсутствие обучения и технической поддержки может заставить некоторые учреждения занять выжидательную позицию в отношении внедрения переключателей «белого ящика».

Безопасность и управление. Открытость и программируемость могут создать некоторые проблемы с безопасностью, например, неправильная конфигурация, которая может привести к уязвимостям сети. Более того, управление коммутаторами «белого ящика» может потребовать от сетевых администраторов более высоких технических навыков, чтобы полностью раскрыть их потенциал.

Развитие экосистемы. Для коммутаторов «белого ящика» требуется здоровая экосистема, включая операционные системы, контроллеры, приложения и т. д. Создание этой экосистемы может занять время, чтобы предоставить пользователям комплексные решения.

Заключение

На уровне сети коммутаторы «белого ящика» возглавляют сетевую революцию в эпоху цифровых технологий благодаря своим характеристикам открытости, настройки и инноваций. Они отделяют аппаратное обеспечение от программного обеспечения, позволяя сетевым администраторам выполнять настройку в соответствии со своими потребностями, переопределяя наше понимание сети. Коммутаторы «белого ящика», представляющие собой комбинацию аппаратного и программного обеспечения, быстро появляются в таких областях, как центры обработки данных, предприятия и крупные поставщики облачных услуг. Однако, несмотря на безграничные возможности, предоставляемые коммутаторами «белого ящика», они также сталкиваются с проблемами, такими как ограничение сценариев применения и увеличение доли рынка. Ожидается, что благодаря постоянному развитию технологий коммутаторы «белого ящика» будут играть роль в более широком спектре сетевых сред, становясь движущей силой цифровой трансформации. Будь то с точки зрения инноваций, открытости или с точки зрения гибкой настройки сети, коммутаторы «белого ящика» открывают новую главу в сети, позволяя нам исследовать больше возможностей в цифровом мире. Независимо от того, как изменится будущее, коммутаторы «белого ящика» продолжат демонстрировать свое ослепительное великолепие на сцене сети, приводя нас в более яркую и разнообразную сетевую эпоху.