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网络作为数据中心的交通枢纽，连接所有运行应用服务的设备，发挥着至关重要的作用。 网络设备和网络技术也在不断发展和演变，其中就包括可编程技术。 可编程技术允许用户通过计算机指令选择不同的通道和不同的电路功能，称为编程控制，为用户提供了极大的灵活性。
网络设备的硬件一般由CPU、内存、Flash、转发芯片、FPGA等芯片组成。 其中大部分是可编程芯片。 网络设备使用这些可编程芯片来转发许多特殊的网络流量。 然而，大多数转发芯片不是可编程芯片。 转发芯片的硬件转发逻辑已经设计好，不能通过调整软件参数来改变。 软件设置只允许这些功能模块进行操作，但其处理顺序无法调整，软件设置的范围是预先预定的。
云计算、大数据、虚拟化技术的出现给网络带来了巨大的冲击和挑战。 网络固定的转发模式无法适应新技术的应用。 随着P4可编程语言和Intel芯片的出现，用户或网络提供商可以使用P4编程语言定制白盒解决方案或固定配置产品。 用户可以在几周内部署新协议，而不需要新版本的芯片来支持它。 该芯片的可编程性极大扩展了网络处理的灵活性，可以适应各种复杂网络场景的应用。
由英特尔与ONF社区发起的“英特尔2022 P4中国黑客松”竞赛正在进行中。 借此机会，我们采访了英特尔数据中心集团交换网络事业部中国区总经理周刚，共同探讨可编程网络的发展。 P4网络编程语言的发展趋势、应用现状以及Intel交换芯片的发展等。
可编程网络是必然的发展趋势
在过去10年左右的时间里，网络发生了翻天覆地的变化。 随着5G、AR/VR的不断发展，数据流量快速增长。 IDC预测2025年将增至175ZB，网络面临越来越大的挑战。 周刚指出，公有云和电信网络提供商正在转向基于容器的处理、微服务编排和自动化的云原生架构。 人工智能和不断变化的工作负载引发了对网络优化不断增长的需求。 未来网络必须具备三大能力：一是超低时延、超高带宽、超大规模连接能力； 第二，提供确定性、差异化服务的能力； 三是计算、存储等多维度资源统一调度。 能力。
同时，网络设备及相关解决方案需要具备以下能力：首先，需要在保证其处理性能的同时简化硬件设备，并通过软件定义的方法增强网络弹性。 其次，需要有智慧大脑，实现网络运维智能化。 第三，要实现内生安全和主动安全，从而实现更安全的网络。
基于这些趋势以及对网络设备的要求，周刚指出，可编程网络是必然趋势，英特尔从2017年开始在中国引入P4概念。
P4——可编程语言的先驱
P4(-)是一种开源数据平面高级编程语言，专为可重构网络编程而设计，用于指定数据平面设备（交换机、DPU/IPU、路由器、OVS等）如何处理数据包。 P4 是一种用于对协议无关的数据包处理器进行编程的语言。 所谓协议独立性是指用户可以基于P4代码实现现有的网络协议，或者对现有的网络协议进行一些增强和扩展，甚至可以根据自己的需求实现新的网络协议。
Nick教授于2013年提出P4，Intel于2017年将P4引入中国市场。经过五年的发展，P4作为关键的可编程网络语言，已成为网络行业的标准语言，也是各厂商竞争的焦点之一。行业巨头。
P4是一个真正开放、开源的生态系统。 用户可以根据自己的业务需求，使用P4实现所需的数据转发行为。 通过使用P4进行快速、简洁的迭代开发，您可以实现自己的业务逻辑，同时保留一些与自己业务逻辑相关的差异。 目前，包括谷歌、AT&T、阿里巴巴、腾讯等100多家全球知名大公司加入P4社区，中国越来越多的P4玩家参与其中。
P4——、IPU、IPDK……
在P4中国的生态发展方面，英特尔一直是重要的推动者。 该交换芯片是Intel推出的全球首款真正面向用户的完全可编程网络芯片。 周刚介绍，交换芯片系列不断更新。 1、处理能力从1.8T到6.4T。 2、处理能力12.8T。 3、处理能力可达25.6T。 相比现有的传统交换芯片，该交换芯片在不牺牲功耗性能或成本的情况下，额外引入了P4，可以为最终用户带来可编程性。 芯片内部没有扎实的设计，所有功能都是通过软件实现的。
P4网络芯片主要针对芯片用户，强调可编程性概念而非芯片开发商。 这与传统的芯片设计有着根本的不同。 与传统网络芯片相比，基于P4的网络芯片可以更轻松地实现网络交换和路由，用户可以更灵活地定制功能。 它最大的特点就是简单、高效、易用。 需要更新的功能仅需一周甚至三天即可在芯片中实现，并可直接交付给用户。
目前，Intel也发布了自己的IPU产品，包括基于ASIC的IPU和基于FPGA的IPU。 两种类型的 IPU 都支持 P4。
周刚表示，英特尔将P4生态系统拓展为全链路的解决方案。 除了提供支持P4的硬件设备外，Intel还提供了IPDK开源软件，可以让用户或工程师轻松开发基于P4的可编程网络平台。
据了解，IPDK是一个开源的、独立于供应商的驱动程序和API框架，可以管理由CPU、IPU、DPU或交换机构建的基础设施。 IPDK可以利用现有的工具和平台，包括DPDK、SPDK、P4、SONiC和PINS，来满足不同基础设施应用的需求。 这些基础设施应用包括网络虚拟化、存储虚拟化以及容器网络对应的K8S。
IPDK还可以支持各种工作负载的卸载和加速，包括防火墙、入侵检测系统、5G、边缘计算和网络可视化加速。 基于IPDK框架，基础设施应用的用户可以根据不同的功能和性能需求，在不同能力的平台之间无缝切换应用。
目前，英特尔已将IPDK作为OPI开放可编程技术项目的一部分贡献给Linux基金会，并与国内重量级终端用户和最领先的公有云厂商共同开发IPDK社区。
随着“新基建”、“数据东来、数据西来”等战略的深入推进，未来需要构建低时延的确定性网络，并通过IPV6和IPV6的创新引入应用感知技术。 SRv6实现差异化的业务体验。 周刚表示，东西方战略与可编程性以及英特尔所倡导的技术理念完全一致。 所有这些网络需求的前提是实现网络可编程性，而可编程能力必须简单易用。 P4可以编程可以进一步辅助计算与网络的融合发展。 可以说，未来计算网络的基础和基石是P4可编程。
P4的“朋友圈”越来越大
P4 是英特尔在中国推广P4的重要组成部分。 周刚指出，P4生态的发展最重要的是人才培养，特别是大学生的培养，这也是未来工程师的重要后备力量。 英特尔希望通过黑客马拉松活动，鼓励更多学生学习P4，推动P4创新，为P4创新注入新的活力。
据悉，今年的P4中国黑客松赛事目前有来自清华大学、北京大学、复旦大学、上海交通大学、浙江大学、中国科学技术大学、南京大学、武汉大学等高校和科研院所的49支队伍参赛大学等报名参加。 围绕“基于P4和P4的开放创新”主题设计开发作品，并将在10月底的总决赛中角逐奖项。
周刚强调，中国P4的生态规模正在慢慢增长，P4已经成为当今环境事实上的标准。 对于学生来说，P4有着光明的发展前景。 随着网络变得越来越复杂，互联网云公司需要配备大规模的网络团队，包括网络设计师、架构师、软件工程师等，这持续创造了对网络人才的大量需求，而P4将有助于培养一批高端网络人才。 此外，英特尔还准备举办P4高端应用沙龙，邀请行业专家在黑客松期间共同探讨P4如何在中国市场更好地发展。
可编程芯片的出现改变了传统交换芯片的封闭性，让数据中心交换机享有与服务器一样的开放性和可编程性。 未来，无论是算力网络、云网络，还是新兴的边缘网络，可编程技术都将是其发展的基石，而英特尔在可编程技术的发展和演进中发挥了不可磨灭的作用。 长期以来，英特尔一直秉承拥抱开源、开放的精神，致力于推动可编程网络的发展。 未来，英特尔将与更多业界同仁一起拥抱开源和可编程趋势，真正实现整个网络可编程。 ！
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