京东网络开放之路——自研交换机探索与实践

相比传统商业交换机，白盒交换机具有更好的开放性和灵活性，解决了运维管理方面的诸多痛点，随着SONiC的不断完善和白盒交换机市场的成熟，京东基于SONiC研发了自己的白盒交换机，更加适合京东数据中心的应用场景，为整体基础设施提供更好的服务和支持。

白盒交换机的出现

自从软件定义网络（SDN）出现以后，市场对白盒交换机的需求越来越大，特别是超大规模云服务提供商的出现，其自建云数据中心将需要大量的白盒交换机。白盒交换是SDN的副产品，它是将物理网络交换机硬件和网络操作系统(NOS)进行解耦的结果。

白盒交换机主要可分为支持OpenFlow协议的OpenFlow白盒交换机和裸白盒交换机。其中，OpenFlow白盒交换硬件开放程度并不高，其网络操作系统往往也被厂商绑定，相对比较封闭，该类交换机通过支持主流的OpenFlow协议如OpenFlow1.3版本，连接控制器实现SDN网络的转发与控制分离。OpenFlow交换机只负责根据OpenFlow流表进行匹配转发，本身没有控制功能，所以也可以被称为白盒。

目前，白盒交换机产业打造出了一个相对完整的生态圈。通过通用的硬件设备，消除对特定厂商的依赖，降低成本。通过开放的软件，增强网络的灵活性与敏捷性。

自研交换机探索与实践——JDNOS

SONiC(Software for Open Networking in the Cloud)，是由微软主导的一款开源交换机操作系统。该系统由多个容器化组件组成，这样一种创新方案使得增加新的组件和功能变得非常方便。

SONiC引入了Redis数据库，存储配置数据及运行状态，提高了数据的可视化，大大降低了定位解决问题的难度。进程故障的时候，交换芯片继续保持转发，进程恢复后从数据库重新获取状态继续运行，不但可以保障系统的稳定运行，还可以实现单进程升级功能。

SONiC定义了SAI(Switch Abstraction Interface)，这是一套独立于硬件平台的交换机芯片控制抽象接口。SAI的存在使得SONiC可以支持多个厂商的芯片，只需关注上层网络应用，不需要考虑各芯片SDK的差异性。

京东云基于SONiC架构，开发了适用于京东数据中心场景的交换机操作系统JDNOS。

配置平台优化

在网络中运行的交换机，通常是设备商提供的，专有且闭源。由于不同商业交换机的命令行和配置方式都不相同，监控接口标准不统一等因素，给网络运维带来了很大的复杂性，而且不便于管理。

针对以上问题，JDNOS自研统一配置平台定义了统一的配置模型，实现了配置管理的统一化和标准化，大大提升了运维效率。

ARP协议

针对TOR的应用场景，尤其是去堆叠方案，JDNOS改进了原SONiC的ARP实现，增加了ARP探测，可以做到秒级的ARP探活。SONiC中上层软件ARP表项是从kernel中获取，JDNOS的方案中，上层ARP表项状态是单独维护的，并反过来控制kernel中的ARP状态。对链路异常，MAC老化等事件，可以做到ARP快速探测，转发快速收敛。

上线策略

JDNOS的上线采用了异构去堆叠方案（具体方案可参考《异构去堆叠 | 一种完美提升网络高可用SLA的方案》）

• 交换机完全独立，支持异构，完全解耦
• 降低上线风险，增强可靠性
• 推动自研交换机快速上线

硬件组件接口标准化

JDNOS需要适配多家ODM/OEM硬件厂商的白盒交换机。针对每家厂商硬件各组件驱动实现方式的差异性，JDNOS定义了统一的sysfs接口，监控并控制各硬件组件。针对数据中心对光模块的高规格监控需求，JDNOS定义了详细的光模块信息接口，如电源、电压、温度、功率以及各项阈值等，以及风扇、电源、各传感器温度等相关接口，实时监控其状态，出现异常的情况下能及时告警，并上报监控系统。

自主研发监控内容

JDNOS支持Telemetry，由于Telemetry可以实现主动推送任何需要监控的系统运行状态到监控服务器，因此代替了原有的SNMP、日志等的方式，实现监控的统一化，同时也带来了更高的效率。JDNOS将更多的监控内容写入数据库，供telemetry实时采集并推送，给监控提供更精细的诊断探测。

结语

未来我们即将上线自动化部署服务，更好提升效率；支持warm reboot，软件升级不中断业务；继续丰富完善监控内容，支持网络可视化；对LEAF交换机的研发部署；对特定场景的功能支持，例如RDMA，EVPN，SR等；对于京东，自研交换机属于起步阶段，我们也在不断尝试和探索，积累储备，为技术的标准化和降低运维成本做出自己的贡献，努力做出更好的产品， 通过技术驱动和创新，为业务带来更大的价值。

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