作為數據中心的交通樞紐，網絡連接著所有運行應用業務的設備，發揮著至關重要的作用，網絡設備和網絡技術也在不斷發展進化，其中也包括可編程技術。

可編程技術為使用者提供了極大的靈活性，用戶通過計算機指令，可選擇不同的通道和不同的電路功能，稱為編程控制。

網絡設備的硬件內部一般由 CPU、內存、Flash、轉發芯片、FPGA、EEPROM 等芯片組成，這些大部分都是可編程芯片。但轉發芯片絕大部分都不是可編程芯片，轉發芯片的硬件轉發邏輯早已設計好，無法通過調整軟件參數去更改。隨著云計算、大數據和虛擬化技術給網絡帶來的巨大的沖擊和挑戰，網絡固定的轉發模式顯然已經無法適應新技術的應用。

直到英特爾為用戶和網絡供應商帶來了英特爾 P4?可編程語言和英特爾?Tofino 芯片。

通過利用英特爾 P4?可編程語言來定制白盒解決方案或固定配置產品，用戶可以在數周內部署新協議，而不需要新版本的芯片來支持；英特爾?Tofino 芯片的可編程能力極大地擴展了網絡處理的靈活性，可適應各種復雜網絡場景的應用。

可編程網絡的發展將走向何方？

P4 網絡編程語言的應用現狀如何？

英特爾?Tofino?交換芯片的迭代更新？

英特爾數據中心集團交換網絡事業部中國區總經理周剛將為你在線解讀！

可編程網絡是一個必然發展的趨勢

過去10多年來，網絡發生了翻天覆地的變化，隨著 5G、AR/VR 的不斷發展，數據流量迅猛增長，網絡面臨著越來越大的挑戰。

周剛指出，公有云以及電信網絡提供商都在轉向基于容器的處理、微服務編排和自動化的云本地架構，AI 和日新月異的工作負載催生了不斷增長的網絡優化需求。未來網絡必須要具備三大能力：

一是超低時延、超高帶寬、超大規模的聯結能力；

二是確定性服務和差異化服務的能力；

三是計算、存儲等多維資源的統一調度的能力。

同時，網絡設備以及相關解決方案則需要具備以下能力：

首先，要簡化硬件設備，同時保證其處理性能，并通過軟件定義的方式增強網絡彈性；

其次，要具備智慧大腦，實現網絡運維的智能化；

第三，要實現內生安全、主動安全，進而實現更安全的網絡。

基于這些趨勢以及對網絡設備的要求，可編程網絡是一個必然發展的趨勢，而英特爾從2017年開始就在中國引入了 P4 的概念。

P4 ——可編程語言的開拓者

P4（Programming Protocol-Independent Packet Processors）是一種開源的數據平面高級編程語言，專為編程可重構網絡設計，用來指定數據平面設備（交換機、DPU/IPU、路由器、 OVS 等）如何處理數據包。P4 是對協議無關的包處理器進行編程的語言，所謂的協議無關是指用戶可以基于 P4 代碼實現現有的網絡協議，或者說對現有的網絡協議做一些增強擴展，甚至?是基于用戶自己的需求實現一個全新的網絡協議。

Nick McKeown 教授于2013年提出了 P4，2017年英特爾將 P4 帶入中國市場，經過五年發展，P4 作為關鍵的可編程網絡語言，已經成為網絡行業的標準語言，也是行業巨頭競爭的焦點之一。

??P4 是一個真正開放開源的生態，用戶可以基于自己的業務訴求，用 P4 去實現所需要的數據面的轉發行為。通過使用 P4 進行快速簡潔的迭代開發，來實現自己的業務邏輯，??同時又能保留自己業務邏輯相關的一些差異化。目前全球已經有超過100家知名大型企業加入 P4 社區。

P4——Tofino、IPU、IPDK……

英特爾一直是 P4 在中國的生態化發展中的重要推手。英特爾?Tofino 芯片是英特爾推出的全球第一款真正面向用戶的全面可編程網絡芯片。??據周剛介紹，英特爾?Tofino?交換芯片系列不斷在更新，Tofino 1 的處理能力從1.8T到6.4T，Tofino 2 處理能力有12.8T，Tofino 3 處理能力最大可達25.6T。??和現有傳統的交換芯片相比，英特爾?Tofino?交換芯片在不損失功耗性能以及成本的基礎上，額外的引入了 P4，可以給最終用戶帶來可編程性；以及芯片里面沒有任何固化的設計，所有的功能都是通過軟件來實現的。

P4 網絡芯片主要面向芯片使用者，強調的是可編程的概念，而不是芯片開發者，這和傳統的芯片設計有著本質的區別。相較于傳統的網絡芯片，基于 P4 的網絡芯片，可以更輕松的實現網絡交換、路由，用戶可以更靈活的自定義功能。它最大的特點便是簡單、高效、易上手，更新的功能僅需一周甚至3天就可以在芯片內實現，并可直接交付用戶使用。

目前英特爾也發布了 IPU 產品，包括基于 ASIC 的 IPU 和基于 FPGA 的 IPU，這兩類 IPU 都支持 P4。

周剛提到，英特爾把 P4 生態擴展到了整個鏈路上的解決方案。除了提供支持 P4 的硬件設備外，英特爾還提供 IPDK 的開源軟件，用戶或者工程師可以非常方便開發基于 P4 的可編程網絡平臺。

IPDK 是一個開源的、與廠商無關的驅動程序和API 框架，可管理由 CPU、IPU、DPU 或交換機構建的基礎設施。??IPDK 能夠利用現有的一些工具??以及平臺，包括 DPDK、SPDK、P4 以及 SONiC 和 PINS 來滿足不同基礎設施應用的需求。??這些基礎設施應用包括網絡虛擬化、存儲虛擬化，??以及容器網絡所對應的 K8S。

????IPDK 還可以支撐各種各樣的工作負載的卸載以及加速，包括防火墻、??入侵檢測系統、5G、邊緣計算、網絡可視化層面的加速。基于?? IPDK 框架????，基礎設施應用程序的用戶可以根據對功能和性能的不同要求，把自己的應用在各種具有不同能力的平臺之間做一個無縫的切換。?

?目前英特爾已經把 IPDK 作為 OPI 開放可編程技術項目一部分貢獻給了 Linux 基金會，同時也在跟中國重量級的終端用戶、領先公有云廠商共同開發 IPDK 社區。

隨著“新基建”、“東數西算”等戰略走向縱深，未來需要構建面向低時延的確定性網絡，通過 IPV6、SRv6 方面的創新，引入應用感知技術，實現差異化的服務體驗。

東數西算戰略與可編程以及英特爾所倡導的技術理念是完全吻合的，所有的這些網絡要求的前提就是要實現網絡可編程，并且可編程的能力要簡單易用，P4 可編程能夠進一步助力算網一體發展。可以說，未來算力網絡的底座和基石就是 P4 可編程。

——周剛

P4 越來越壯大的“朋友圈”

P4 黑客松是英特爾在中國推廣 P4 的一個重要組成部分。周剛提到，P4 生態發展，最重要的是人才培養，尤其是高校學生的培養，這也是未來工程師的重要后備力量。英特爾想要通過黑客松活動來鼓勵更多的學生學習P4，推進 P4 創新，為 P4 的創新注入新的活力。

由英特爾、ONF 社區倡議發起的“英特爾2022 P4中國黑客松”大賽目前共有來自清華大學、北京大學、復旦大學等高校及科研院所的49支隊伍報名參賽，圍繞“基于 P4 和 Tofino 的開放式創新”這一主題進行作品設計、開發，并將于10月底進行決賽角逐獎項。

周剛強調，目前中國 P4 的生態規模正在慢慢壯大，P4 在今天環境當中看，已經成為一個事實上的標準了。對學生而言，P4 擁有光明的發展前景。網絡越來越復雜，互聯網云公司需要配備成規模的網絡團隊，包括網絡設計師、架構師、軟件工程師等，對網絡人才持續產生大量需求，而 P4 將幫助培養一批高端網絡人才。此外，英特爾還在籌備一個 P4 高階應用沙龍，邀請行業專家在黑客松期間探討 P4 如何更好地在中國市場發展。

可編程芯片的出現改變了傳統交換芯片封閉的本質，讓數據中心交換機和服務器一樣享有開放性和可編程性，未來無論是算力網絡、云網絡，抑或是新興的邊緣網絡，可編程技術都將是其發展的基石，而英特爾在可編程技術的發展和演進的過程中發揮了不可磨滅的作用。

長期以來，英特爾一直秉持著擁抱開源、開放的精神，致力于推進可編程網絡的發展，未來，英特爾還將聯合更多的業界同仁一起來擁抱開源和可編程趨勢，真正實現整個全網絡可編程！

編輯：黃飛