物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是什么，有哪些類型

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是一種連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、設(shè)備系統(tǒng)、傳感器和云的設(shè)備，它在物聯(lián)網(wǎng)體系中扮演著至關(guān)重要的角色。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)能夠?qū)F(xiàn)場設(shè)備和集中式云連接起來，提供本地處理和存儲解決方案，并能夠基于傳感器輸入的數(shù)據(jù)自主控制現(xiàn)場設(shè)備。同時，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)還負責(zé)數(shù)據(jù)的雙向傳輸，即從物聯(lián)網(wǎng)傳感器接收數(shù)據(jù)并將其發(fā)送到云，以及從云中接收信息并將其傳遞到設(shè)備本身。這種功能使得物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)成為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中不可或缺的一部分。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的類型多種多樣，每種類型都旨在滿足特定的物聯(lián)網(wǎng)部署場景和要求。

選擇正確的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)類型取決于多種因素，包括部署場景、連接要求、處理需求和特定的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用需求。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，是實現(xiàn)設(shè)備互聯(lián)、數(shù)據(jù)傳輸和智能控制的重要基礎(chǔ)設(shè)施。

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如何極度壓榨網(wǎng)絡(luò)性能：揭秘 UCloud 的物理云網(wǎng)關(guān)

和絕大多數(shù)人想象中的不同，物理云服務(wù)器并非直接幫你上架一個服務(wù)器就行

近些年來，云計算蓬勃發(fā)展，上云成為現(xiàn)在軟件開發(fā)落地的首選。但隨著企業(yè)業(yè)務(wù)的不斷增長和擴大，傳統(tǒng)云計算的劣勢也暴露出來：單體硬件性能不夠，只能堆集群；租戶隔離不夠徹底，時有新聞爆出問題。因此，物理機服務(wù)器又再一次的被提上了臺面。

創(chuàng)立于 2012 年的 UCloud，從 2013 年伊始就面向市場同時提供了基于虛擬化服務(wù)器的公有云產(chǎn)品和基于裸金屬服務(wù)器的物理云產(chǎn)品。不過，和絕大多數(shù)人想象中的不同，物理云服務(wù)器并非直接幫你上架一個服務(wù)器就行的，其背后也有不少復(fù)雜的技術(shù)難點需要 UCloud 及合作伙伴們?nèi)スリP(guān)。這其中最為艱難的，可能就是虛擬網(wǎng)絡(luò)相關(guān)特性的研發(fā)。

物理云產(chǎn)品和公有云產(chǎn)品最大的不同就在于客戶可以獨占并完全控制整臺物理服務(wù)器，UCloud 作為服務(wù)商并不會在服務(wù)器上運行任何虛擬化的軟件。這使得想要讓物理云產(chǎn)品和公有云產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)互通、讓物理云產(chǎn)品享受到公有云產(chǎn)品所享有的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢變得十分困難。特別是一些有狀態(tài)的特性比如安全組等實現(xiàn)起來更加困難。

UCloud 踩過的那些坑

從 2013 年開始，UCloud 開始使用 Open vSwitch 來構(gòu)建基于 Openflow 技術(shù)的公有云 SDN 虛擬網(wǎng)絡(luò)。也因此，同年， UCloud 提供物理云產(chǎn)品的時候，選用了支持 OpenFlow 的 SDN 交換機，以實現(xiàn)物理云產(chǎn)品和公有云 VPC 網(wǎng)絡(luò)的互通。

2014 年，隨著 UCloud 業(yè)務(wù)的擴大和快速發(fā)展，已有的交換機所提供的 OpenFlow 流表有限的條目已經(jīng)無法支撐實際物理云產(chǎn)品業(yè)務(wù)的需求。

2015 年，已經(jīng)在 DPDK 技術(shù)上做了兩年研究儲備的 UCloud 領(lǐng)先在產(chǎn)品環(huán)境推出了采用 DPDK 技術(shù)的服務(wù)器集群，從而替代硬件 SDN 交換機，滿足業(yè)務(wù)層面的需求。

但隨著以太網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，人工智能、大數(shù)據(jù)等應(yīng)用的落地，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展得到了爆發(fā)般的發(fā)展，25G、100G 的網(wǎng)絡(luò)迅速得到普及， DPDK 網(wǎng)關(guān)集群的轉(zhuǎn)發(fā)性能和成本問題逐漸成為業(yè)務(wù)發(fā)展的瓶頸。

時間來到了 2019 年， UCloud 開始使用智能網(wǎng)卡（Smart NIC）來替代原有的 DPDK 網(wǎng)關(guān)集群。UCloud 采用的智能網(wǎng)卡方案采用了 16 核 ARM CPU 運行 OVS 作為 SlowPath，采用 Linux TC Flower 卸載技術(shù)將網(wǎng)卡芯片作為 FastPath，通過 SRIOV 技術(shù)和用戶系統(tǒng)集成，很好地解決了性能問題，但與此同時，其所帶來的高昂采購成本造成了成本的提升。此外，由于所采用的智能網(wǎng)卡的轉(zhuǎn)發(fā)面尚不可編程，也使得任何新的特性都需要網(wǎng)卡芯片廠商修改固件來實現(xiàn)。甚至一些比較復(fù)雜的特性也不能實現(xiàn)。比較典型的例子就是為了讓智能網(wǎng)卡支撐 UCloud 使用的 Overlay 封裝格式，就花費了半年時間才在和網(wǎng)卡芯片廠商反復(fù)溝通協(xié)調(diào)下完成，而類似帶寬控制、硬件卸載的特性卻難以實現(xiàn)。

痛定思痛的深度思考

六年的艱辛探索，讓 UCloud 調(diào)研試驗了幾乎市面上所有的各種網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)方案。而這些年來踩的坑，也讓 UCloud 看到了這一代網(wǎng)關(guān)產(chǎn)品的問題和不足。作為戰(zhàn)斗在云計算網(wǎng)絡(luò)技術(shù)一線的團隊，UCloud 基于實踐經(jīng)驗，總結(jié)出了下一代物理云網(wǎng)關(guān)應(yīng)該滿足的一些需求：

基于 Jericho2 芯片的下一代物理云網(wǎng)關(guān) —— BCM88690

在使用現(xiàn)有的智能網(wǎng)卡解決方案的同時， UCloud 也在積極的在技術(shù)市場上尋找合適的下一代物理云網(wǎng)關(guān)，以替換現(xiàn)有的產(chǎn)品解決方案。

首先進入 UCloud 視線的是某公司的一款高性能交換機。它和智能網(wǎng)卡一樣可以運行 Linux 和 Open vSwitch，更加難得的是，其通過 Switchdev 支持 OVS TC Flower 卸載，并使用交換機芯片作為 OVS 的 FastPath。遺憾的是交換芯片對 TC Flower 卸載的支持仍然不好，造成很多功能無法卸載。并且交換芯片不支持用戶編程，UCloud 無法修改交換芯片的管線來滿足自己實際的業(yè)務(wù)需求。

而在這時，博通正在研發(fā) Jericho2 可編程交換芯片相關(guān)的產(chǎn)品，于是 UCloud 與博通一拍即合，與博通合作利用 Jericho2 可編程交換芯片研究開發(fā)物理云網(wǎng)關(guān)，并基于研究的成果，開發(fā)出了能夠完美滿足 UCloud 需求的物理云網(wǎng)關(guān)。

在技術(shù)層面上，UCloud 通過在 Jericho2 可編程交互芯片上定制了管線來作為 TC Flower 的 FastPath，并在交換機控制面運行 Linux + OVS 作為 SlowPath ，并通過 TC Flower Offload 將兩者集成在一起，從而實現(xiàn)硬件的加速。

當報文進入交換芯片，首包未命中時通過可編程交換機的虛擬網(wǎng)卡進入交換機的 Linux 內(nèi)核，通過 OVS 的 Datapath 觸發(fā) ovs-vswitchd 下發(fā)新的 Openflow 流表。UCloud 通過對 OVS 做了盡量少的改動，將原先通過 Netlink 發(fā)送到內(nèi)核去的 TC Flower 卸載消息通過 UNIX 套接字發(fā)送到運行在用戶態(tài)的 Jericho2 Agent，它再將消息轉(zhuǎn)化為對應(yīng)的可編程交換機的消息下發(fā)給交換芯片。后續(xù)報文將直接命中交換機管線中的流表，由交換芯片轉(zhuǎn)發(fā)。

Jericho2 提供了業(yè)界獨一無二的可編程架構(gòu)，除了管線節(jié)點可編程外，還可以進行管線延展，在增加了處理流程的同時而沒有損失任何轉(zhuǎn)發(fā)性能。其基于 C++ 的編程工具鏈，成熟且直觀，使 UCloud 可以輕松的基于現(xiàn)有芯片添加功能、在線升級，并輕松的根據(jù)實際需求進行定制和實施。得益于 Jericho2 靈活的可編程能力，UCloud 和博通合作在交換芯片上實現(xiàn)了 OVS 的 TC Flower 卸載轉(zhuǎn)發(fā)面，可以實現(xiàn)和智能網(wǎng)卡同樣的 OVS 卸載功能，但達到了 4.8T 的轉(zhuǎn)發(fā)性能，相當于 48 塊 100G 智能網(wǎng)卡。并且還保留了進一步擴展定制的能力，以實現(xiàn) UCloud 使用的 Overlay 封裝格式 GRETAP 為例，可以完全自行開發(fā)、靈活修改，一周的工作就能完成。

另外 Jericho2 真正的模塊化表項結(jié)構(gòu)，所有表項共享同一塊物理緩存，極大增加了片上資源的使用效率。管線上所有處理節(jié)點可以并行訪問，根據(jù)不同的應(yīng)用場景進行邏輯表項的靈活劃分，使得同樣的硬件可以應(yīng)用在完全不同的使用場景。豐富的表項資源使得新一代的網(wǎng)關(guān)能夠完全滿足用戶現(xiàn)有甚至未來可見數(shù)年的規(guī)格需求。

最終， UCloud 實現(xiàn)了一個完全和公有云特性兼容，轉(zhuǎn)發(fā)能力高達 4.8T ，并且可以自由定制，成本也非常有競爭力的物理云網(wǎng)關(guān)。這滿足了對于下一代物理云網(wǎng)關(guān)所定義的四大需求：全功能、高性能、低成本、可定制。

總結(jié)

UCloud 作為國內(nèi)公有云市場的大玩家，更是如今國內(nèi)的公有云第一股，在國內(nèi)風(fēng)起云涌、巨頭林立的大環(huán)境下，穩(wěn)穩(wěn)的占據(jù)了屬于自己的市場， 實屬不易。而 UCloud 能做到這一點，得益于其始終堅持“客戶為先”的價值觀，及時響應(yīng)客戶需求，快速解決客戶問題，不斷推出超出客戶預(yù)期的創(chuàng)新產(chǎn)品和服務(wù)。也正是這樣對于客戶為先的價值觀，讓 UCloud 不僅能做好服務(wù)，更能打造出卓越的產(chǎn)品。

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