面向下一代虚拟交换机的软硬协同架构研究

刘玲 2023-07-21

随着云网络的规模不断增长，网络容量亟待提升，需要越来越强大的网络技术支持。随着网络带宽的不断提升，云网络服务器IO性能得到飞跃式发展。而由于摩尔定律的日渐失效，云服务器处理器性能提升迟滞，其处理能力已无法满足未来云网络的需求，成为了亟待解决的性能瓶颈。为了解决这一瓶颈，业界普遍采用可编程网络设备上的专用处理器（DPU，Discrete Processing Unit）对相应的网络功能进行快速处理以缓解主机侧CPU压力。

目前，公有云充分利用多种可编程网络设备，构建了一整套完善的云网络组件软硬件一体化加速方案和相应的硬件生态，极大提升了云网络的业务性能和业务容量。针对虚拟交换机——AVS，使用了基于FPGA的可编程网卡用于加速虚拟交换机中的查表——转发流程。智能网卡缓存了部分转发表规则，使得数据包得以快速处理，无需进入操作系统。通过硬件加速的方案，AVS的性能得到极大提升，包转发率达到24Mpps，极大地弥补了性能瓶颈。

    本项目研究拉齐软硬件的性能：软件作为硬件的兜底，其性能无法保障目前硬件的超高性能。相应的，我们需要合理配置软硬件的性能，使其两者的性能相匹配。强化硬件的通用处理与可配置能力：在新一代虚拟交换机软硬件协同架构中，硬件应作为一种具有通用数据包处理能力的快速路径，具备可配置的处理流水线，具备多样化的处理能力。在版本迭代时，硬件无需做大的调整，只需要通过软件重新配置相关功能。