FPGA的可编程COTS NIC对NFV软件应用性能的优化

基于赛灵思 FPGA 的可编程COTS NIC 可将 NFV 软件应用性能提升 50 倍。

向网络功能虚拟化 (NFV) 和软件定义网络 (SDN) 的转变代表了近 20 年来最具变革性的架构网络发展趋势。由于 NFV 和 SDN 承诺系统开放性和网络中立性，因此有望给未来的通信网络和业务的成形造成深远影响。

我们 Ethernity Networks 公司正在利用赛灵思器件，率先向市场推出真正开放的、高度可编程的 SDN和 NFV 解决方案。让我们来看一下Ethernity 公司在首次探索 NFV 和SDN 的前景和要求之后，是如何打造其解决方案的。

硬件和 NFV/SDN 变革遍地开花过去几十年间的网络基础架构业务在很大程度上可谓是大型机业务模式的延续，在这种模式下，屈指可数的几家大型公司提供专有局端基础设备，而这些设备又运行专有的软件，这样构建的全部意图都是为了不与竞争对手的系统进行通信。在大多数情况下，基础架构厂商为其客户的每个网络节点都创建定制硬件，并将每个节点都构建成最低可编程性和可升级性节点，以确保那些希望对网络进行扩展或升级的客户会从同一厂商旗下购买下一代设备；或者让客户完全无法选择从其他公司购买全新网络，最终只能重蹈覆辙。

在过去五年中，来自运营商、学术机构以及厂商的新贵一直在呼吁，即通过最大化硬件与软件的可编程性来过渡到无处不在的硬件、网络中立、开放系统以及软件兼容性。NFV和 SDN 是这一发展趋势的先锋，为这一不断成长且一定会成功的革命高举旗帜。

凭借 NFV，公司可通过软件在商用的通用硬件平台上运行各种网络功能，这与在昂贵的定制专有硬件上运行每项特定网络任务截然不同。将这些无处不在的开放式平台的可编程性最大化，使公司能够在数据中心甚至更小的网络节点中运行众多之前由特定硬件设备执行的任务。NFV 允许运营商根据需要只将给定服务的新网络软件上传到商用硬件资源，从而可以进一步减少创建新的网络服务所需的时间。运营商因此可以轻松扩展网络并为其公司选择同类最佳功能，而不用被迫购买和使用软件灵活性有限的新型专有硬件。

NFV 是有效的，因为网络中的很多节点都具有一般性的功能要求。具备一般性要求的节点包括交换机和路由器、数百万流分类、访问控制列表 (ACL)、状态流感知、深度数据包检测 (DPI)、隧道网关、流量分析、性能监控、分段、安全性、虚拟路由器和交换机。但NFV 自身也面临诸多挑战。预计因特网和数据中心流量在未来几年内将呈指数级增长，因此网络局端基础设备必须能够应对流量的巨大增长。仅依靠软件可编程性并不足以使通用硬件能够随着带宽需求的增长而进行轻松扩展。无处不在的硬件需经过重新编程来优化总体系统性能。这允许厂商和运营商以“更智能，而不是更辛苦的工作”方式来利用 NFV 和 SDV，从满足运营商的最终客户（即消费者）不断提高的网络要求。真正的软/ 硬件可编程基础架构才是真正实现 NFV 和 SDN 的愿景的唯一方式。

SDN 同时在物理与虚拟设备中的网络控制层与底层数据转发层之间使用基于标准的软件抽象, 这消除了传统分布式网络基础架构复杂且静态的本质, 是一种现代的联网方法。在过去五年中，行业制定了一项标准数据层抽象协议 OpenFlow，其提供的新颖实用方法可以借助基于集中软件的控制器来配置网络架构。

具有集中软件配置的开放式 SDN平台通过可编程性和自动化显著提升了网络敏捷性，同时大幅降低了网络运营成本。OpenFlow 等业界标准数据层抽象协议使提供商可以自由使用任何类型和品牌的数据层设备，因为所有底层网络硬件均可通过一种通用抽象协议来进行寻址。重要的是，OpenFlow 便于使用“裸机交换机”，同时避免传统厂商的套牢，使运营商同样能够自由选择目前可在 IT 基础设施的其他领域（如服务器）中轻松找到的网络。

由于 SDN 还处于起步阶段，因此标准仍在不断演进。这意味着设备厂商和运营商需要防范风险，并利用FPGA 的硬件及软件的可编程性, 以最大的灵活性对 SDN 设备进行设计和操作。目前上市的基于 FPGA 的SDN 设备即使对于大规模部署也相当实惠。基于 FPGA 的 SDN 设备具有高度的高硬件与软件灵活性并且尽可能符合 OpenFlow 协议要求。

性能加速需求
或许, 对 NFV 和 SDN 而言，要超越开放性最关键的要求就是高性能。尽管 NFV 硬件看起来比专有系统更便宜，但 NFV 架构需要保持极富竞争力的大数据量，满足下一代网络的复杂处理要求并不断提升能效。