网络处理中TLV形式的不固定格式匹配

假设如果已经实现了控制平面和数据转发平面的分离，即SDN，那么网络协议就被弱化了！为何如此放狂言？还得从历史说起！
如果上面的假设不成立，那么如何实现独立的控制平面和独立的数据平面，对于控制平面，简单，软件定义一切，对于数据平面呢？很难！这得从软件硬件的边界说起！

       首先要指出的一点是，近期思考的一些东西没有考虑兼容性与成本，很多都是推倒重来的想法，步子大了一点，也挺蛋疼，所以不要拿现在即有的理论来框这些想法。

      为何会有协议？想过吗？协议天生带有分布性与第三方可公证性，是彼此平等但陌生的你和我之间达成的共识。如果你和我非常熟悉就不需要协议，代之以惯例或曰不成文规定，如果你和我之间不平等，也不需要协议，代之以命令或服从。在考虑网络协议之前首先看下中国和欧洲的协议精神。

      中国人长期固定于一块土地，安土重迁，人口流动性比较若，同一区域的人之间彼此都很熟悉，同一家庭内实行父权家长制，不符合产生协议的两大要素。看看西欧，罗马帝国末期以来，民族迁徙，中世纪的教会，王权，贵族，城市四方角力导致人口流动频繁（实际上，古希腊海洋性的特征也遗传了下来起了一定作用），彼此之间平等又陌生，这正是促使协议精神发展的温床。于是你就看到了很多所谓的条约，实际上就是约定的双方必须遵守的共识，显然，条约都是平等的，条约没有不平等的，是的，可能你要支付赔款，但人家不是停战了么？打不过人家是自己的问题，和条约没关系！如果签约双方有一方违约了，好办，他会受到第三方而不是对方的惩罚，比如第三方授权对方拒绝支付工资，比如市场不准入，总之以后人家就不把违约方作为平等角色了，一句话，人家不跟你玩了，你就panic吧！有点扯远了...
      从以上我的胡拉乱扯中，你也许隐约知道了什么是协议，三要素，执行双方是陌生关系，执行双方是平等关系，存在一个第三方公证机构起制约监督作用。这就说明协议本身不管从任何方面讲，其执行，其监督都是分布式的，也就是说是 自控制的，如果存在一个权威性的中心控制，那么将不再需要协议，一切都以赦令/服从的方式执行。
      在网络的设计之初，目的是互联彼此分离的计算机实现通信，自然而然的方案就是各个计算机自己控制如何通信，当然，在阿帕网设计的同时，也有人提到过一个集中控制的结构，但是由于当时联网的中心是计算机而不是网络本身，所以添加额外的控制器无疑增加了复杂性。这种集中控制的策略过于早熟，在整个产业还不发达的时候，无疑是不可能实现的，那个时候，计算机技术不发达，芯片技术不发达，App几乎没有，机器完全是属于大型组织的，个人PC想都别想，因此网络流量完全在自控制可以解决的范畴，正如在车流量非常少的地方，没有必要建立统一控制管理的高速公路一样。
      现在是云和移动的时代，SDN在这个时代启发了君主革命。如果控制器被完美实现，那么既有的分层协议还需要吗？这个提问有些凶，我的回答当然是 不再需要！数据不再像以往那样通过IP路由逐跳发往目的地，甚至IP地址也可以退化成一个身份/位置编址系统而不再担任路由功能，如何发送数据全由SDN控制器掌控，因此就需要一系列的机制代替IP路由，策略路由，防火墙，负载均衡器之类的东西，确认“ 如何发送数据”，此时TLV便是一个比较好的格式，它天生地支持变长且不固定的格式，和TCP/IP分层协议头形成了鲜明的对比。TLV的通用解析逻辑是SDN数据平面的最佳选择。实际上，如果你熟悉Linux的iptables就会明白这一点，Linux系统中，所有的iptables规则在内核内存中的布局实际上就是类似TLV，虽然不是那么严格。我们知道一条iptables规则可用拥有理论上任意多的match，因此它的长度是不固定的，对于每一个match，由于match是自定义的匹配，其长度与格式也不固定，那么其存储就只能用类似TLV的链式存储，即你无法越过某N个规则直接去匹配第N+1之后的规则，同样对于match也一样，任何规则以及任何一个规则任何match的位置都由前一个相同的结构体给出，类似IPv6协议头的“下一个头”这个字段所表示的含义。实现了链式布局以后，如何解析以及如何匹配自定义的match是下一个重要的问题，iptables的方法是每一个match对应一个xt_match结构体去负责，这些结构体动态注册到内核中。通过以上的iptables例子可以看出，这种方式对于SDN如何定义一个流，如何针对一个流执行策略是多么好的一种方式，这正是软件的灵活性所能提供的，任何一个狂热的人不禁疾呼，SDN要成功了，然而却忽略了软件和硬件之间的边界，该边界就是机制和策略之间的边界！硬件实现机制，软件提供策略。可是当我们在高喊“TLV形式的完全通用的转发接口”的时候，我们突然发现，没有任何机制可以抽取出来，即，具体的策略之间没有交集或者很少有交集，然而SDN数据平面的高效率转发需求呼唤必须用硬件实现，这个胡同很难突破！
       现有的协议头，一般都是一个固定长度固定格式的头，加上一个可选的变长option，这在解析起来非常容易，解析逻辑的固定化十分容易用硬件直接实现，然而如果用硬件实现TLV解析难度就大了，因为TLV是无格式变长的，没有统一的逻辑。在工程意义上，接口越通用，实现越复杂，这是一个工程学上的真理，不仅仅局限于编程方面。对于成熟的硬件芯片而言，其生成周期要比软件久，一旦成型，修改成本也巨高昂，因此，你根本无法像修改，扩展xt_match那样去修改，扩展芯片，芯片里的代码可以成为firmware，其中的firm前缀说明了一切！
      我无意给SDN泼冷水，我只是觉得，不管什么事，最终都是理论派和务实派之间妥协的结果-有可能一个人扮演两个角色，读过历史就会知道，自盘古开天地，一直到我写下这个字的现在，政治，军事，文化，科学，哲学，工程，爱情，仇恨，理想，工作，学习，生活，没有一个不是妥协的结果。因此，最终的SDN没有狂热者说的那么灵活，也许还是在现有的经过改进的芯片上转发数据，当然，硬件ASIC也是要有所改进的，也许是突破，但是绝对突破不到SDN理论家所要求的那般田地；由于上述妥协，TCP/IP协议会弱化，但是决不会消失。你说呢？