פתרון התוכנה והחומרה המשובץ של ®Freescale לרישות מבוסס תוכנה (SDN)

Haim Cohen, Freescale Semiconductor, Inc.

Software Defined Networking (רשתות תקשורת מבוססות תוכנה – SDN)
ו-OpenFlow מוצעות כבסיס לרשתות של הדור הבא. ארכיטקטורות רשתות מסורתיות מתאימות בקושי לעמידה בדרישות שמעמידים היום ארגונים, חברות תשתית ומשתמשי קצה. בזכות מאמצי התעשייה הנרחבים, שאותם מוביל המוסד לרישות פתוח
(Open Networking Foundation – ONF), רישות מבוסס תוכנה (SDN) משנה את פניה של ארכיטקטורת הרישות. בארכיטקטורת SDN, מישורי ההתייחסות של בקרה ונתונים הם נפרדים, אינטליגנציה רשת ומצבה ממורכזות מבחינה לוגית, ותשתית הרשת המונחת ביסודה היא מושג מופשט מבחינת היישומים. כתוצאה מכך, ארגונים וחברות תשתית זוכים ביכולות חסרות תקדים של תכנות, אוטומציה ובקרה על הרשת, שמאפשרות להם לבנות רשתות ניתנות לשדרוג וגמישות באופן יוצא דופן, שמתאימות את עצמן בקלות רבה לצרכים העסקיים המשתנים.
מתוך כוונה לקדם את המימושים של רישות מבוסס תוכנה, חברת Freescale יצאה לשוק עם התוכנה OpenFlow Compatible המשולבת במעבדים בריבוי ליבות QorIQ וכן במשפחת המעבדים QorIQ® LS2. הפתרונות VortiQa® SDN שפועלים במעבדי QorIQ של Freescale, מפשטים את תהליכי היצירה של פתרונות ברמת מערכת SDN באופטימיזציה גבוהה.

רישות מבוסס תוכנה ווירטואליזציה של פונקצית הרשתות
רישות מבוסס תוכנה מספק הפרדה בין מישור ההעברה הלאה (forward plane) למישור הבקרה (control plane). באופן כזה הבקרים יכולים לנהל ריבוי של מישורי העברה ונתיבי נתונים ממיקום ממורכז, ולספק מבט גלובלי של הרשתות. וירטואליזציה של פונקצית הרשתות (Networks Function Virtualization) נתמכת על ידי הרשתות של חברות התשתית. איור 1 מתאר הפרדה של מישור הבקרה ממישור הנתונים על ידי רשתות SDN.
OpenFlow
הפתרונות VortiQa ל-SDN כוללים את תוכנת התקן הכיוון והמתג ברשת פתוחה – (ON) – שעברה אופטימיזציה כדי לפעול עם מעבדי התקשורת בריבוי ליבות QorIQ של Freescale של הדור הנוכחי ושל הדור הבא. את התוכנה אפשר לקבל עם תוכנה משולבת מראש, ברמה מסחרית ותואמת OpenFlow, כדי להעניק ליצרני ציוד מקור וליצרני תכנון מקור (ODM) קפיצת דרך בתכנון פתרונות ברמה גבוהה, ברמת מערכת SDN שעברה אופטימיזציה. התוכנה עברה תהליך הנדסי על מנת לעזור ללקוחות QorIQ לקצר את מחזורי התכנון ולשפר את יכולת הניהול של הרשתות, תוך כדי כך שהיא מסייעת למפעילי הרשתות להקטין את הוצאות התפעול וההוצאות על ההון. מעבדי QorIQ של Freescale ופתרונות VortiQa ל-SDN מספקים פלטפורמת SDN מותאמת באופטימיזציה שנוצרה מתוך התחשבות בצרכים המיוחדים של עידן ה-SDN/NFV. הפתרונות VortiQa ל-SDN מהווים בלוק בנייה עיקרי עבור תכנון של ציוד לרשתות במתחמי הלקוח ובארגונים, תואם SDN/ OpenFlow, כגון נתבי האבטחה והשערים המבוססים על מעבדי התקשורת של Freescale. פתרונות הרישות עבור מרכז נתונים ופריסות ענן, לרבות מחשוב ענן פרטי, ציבורי והיברידי, גם הם יזכו מכך.
הפתרון VortiQa ל-SDN תואם לתקן הפתוח OpenFlow 1.3.X ומתרחב כדי להקיף פרוטוקולים של 4 שכבות ויותר. נוסף על התוכנה הייעודית במישור הנתונים, הפתרון כולל בקר SDN משובץ שממומש בשפת C עבור תכנונים משובצים קומפקטיים, והוא נתמך עם יישומים לרבות Linux® IPSec ואחרים. הפתרונות VortiQa ל-SDN עברו אופטימיזציה ותיקוף על מעבדי Freescale בטרם סופקו ללקוחות, מתוך מטרה להאיץ את זמן היציאה לשוק של הלקוח, והם זוכים לגיבוי עם תמיכה ושירות מסחריים.
רשתות SDN מפרידות את מישור הבקרה ממישור הנתונים ביישויות (התקנים) נפרדות. SDN/OpenFlow הוא לא רק פרוטוקול בין בקרים ומתגים, הוא גם מגדיר מתודולוגיה גנרית (עיבוד ממורכז טבלה – table centric processing). אין לוגיקה מקודדת בחומרה בנתיבי הנתונים – הגישה האישית לנתיב הנתונים מוגדרת על ידי הבקר.

היתרונות
ניהוג התעבורה
הקטנת הבעיות של יכולת פעולה הדדית (תפקוד בייני) השייכות לריבוי פרוטוקולים בהתקנים קיימים
מניעת בעיות הקשורות ביכולות, בהתקני רשת קיימים (מעבדי CP וזיכרון מוגבלים לטיפול בכמות גדולה של נתוני מצב)
איור 2 מתאר מתודולוגיה גנרית של OpenFlow.

QorIQ LS2
משפחת המעבדים QorIQ LS2 מספקת ביצועים חסרי תקדים ואינטגרציה לרשתות של מחר, החכמות יותר ובעלות היכולת הרבה יותר. המעבדים בריבוי ליבות LS2045A ו-LS2085A שבמשפחת QorIQ – משלבים בהתאמה, ארבע ושמונה ליבות Cortex®-A57 של ®ARM, עם נתיב הנתונים וממשקים היקפיים לרשתות מתקדמים ובעלי ביצועים גבוהים, הדרושים ליישומי רשתות, תקשורת קולית ותקשורת נתונים ותשתית אלחוטית, ביישומים צבאיים וחלל-אוויר.
ארכיטקטורת נתיב הנתונים של הדור הבא, המשולבת עם ערכת כלי תוכנה רבת עוצמה, מספקת רמה גבוהה יותר של הפשטת חומרה והופכת את תהליך הפיתוח של התוכנה למהיר, קל ופשוט. שילוב זה מאזן את קלות השימוש עם עיבוד בביצועים גבוהים בסביבת
®Linux, המוכר לכל מתכנת תוכנה. מאמצי התכנון הופכים לפשוטים עם מודל תכנות סטנדרטי ופתוח, וארכיטקטורה מודעת לתוכנה, שמאפשרת ללקוחות לנצל במלואה את החומרה המונחת בבסיס, ולהתאים בקלות לשינויים ברשתות, עד לקבלת בקרה בתוכנה בזמן אמת על הרשת. המעבדים במשפחת QorIQ LS2 משלבים עד שמונה ממשקי Ethernet של 10Gb/s ושמונה ממשקי Ethernet של
1Gb/s עם יכולת מיתוג עבור בקרי
®PCIe (תומכים ב-SR-IOV) ועבור בקרי SATAIII ובקרי USB3 של הדור הבא. האצה בביצועים גבוהים משלימה את נתיב הנתונים של הדור הבא, שכוללת אבטחה ואימון, התאמת תבנית ודחיסת נתונים.

הענקת יכולות מלאה ומערכת סביבתית עשירה
המשפחה QorIQ LS2 כוללת מערכת סביבתית מקיפה, ששמה בראש מעייניה בעדיפות ראשונה את קלות השימוש. ההצעה המלאה כוללת:
ממשקי API שתואמים לקונסורציום הסטנדרטי בתעשייה
תוכנת ניהול שדואגת להקמה, להפעלה ולהריסה (teardown) של הממשקים, המאיצים ופונקציות הרשתות
ספריות נתיבי נתונים פונקציונליים שעברו אופטימיזציה לביצועים
יישומי תוכנה VortiQa של Freescale שנאספו יחד עבור פריסה מהירה של יישומים ברשת
כלים (למשל, מאיצים, מאתרי תקלות) כדי להבטיח שתשקיע את זמנך ביצירת תוכנה עם ערך מוסף
שילובים רבי עוצמה של המערכות הסביבתיות של Freescale ו-ARM לקבלת התמיכה הראשונה במעלה
תוכנת מקור פתוח, זמינה בענן המחשוב לשדרוג על ידי כל הלקוחות.
איור 3 מתאר את QorIQ LS2.

סיכום
כאשר אנו סוקרים כל אחד מהאתגרים האלו ואת הדרך שבה SDN ו-OpenFlow פתרו אותם, חשוב שנזכור איך הגענו לכאן – הרשתות של הדור הבא בנויות על תקנים פתוחים, שלא כמו כל האחרות שבאו לפני כן.
אמנם יש לנו, כמובן, פרוטוקולים סטנדרטיים מעודכנים לרישות (למשל, OSPF ,STP ו-BGP), אך פרוטוקולים אלו לא אפשרו לנו לקבל את הרמה של בקרה, גישה ויכולת תכנות שמוצעת על ידי OpenFlow בארכיטקטורת SDN. רמה זו מאפשרת לחברות לפתח ולספק פתרונות חדשניים לבעיות ברשת (למשל, כאלו שרשתות של מרכזי הנתונים החדשים מעמידות) בחלק זעיר ממש מהזמן שהדבר נמשך מבחינה היסטורית.
ובנוסף, הפתיחות של תקני SDN, כגון OpenFlow, משמעה שמערכת סביבתית שלמה של ספקים יכולה להשתתף בפתרון. עובדה זו מניבה מערך רחב יותר ומגוון יותר של פתרונות, בניגוד לפתרון היחיד של ספק סגור. ושוב, אלו יגיעו לשוק מהר יותר מאשר קודם לכן. רשתות SDN הן בעלות ערך אסטרטגי ל-Freescale, שהיא חברה פעילה ב-Open Networking Foundation, שמעודדת את הרחבות OpenFlow.
הארכיטקטורה של הדור הבא הבנויה סביב (layerscape)