一、引言      阿去業基米德說(shuō)：“給我一個杠杆我能翹起整個地球！” 曾有人說(s火拍huō)：“給我一台OpenBox設備，我能改變整個網絡！”城低 今天，我們(men)嘗試講講如(rú)何構建一個全新理念雨船的未來網絡，這當然是在兼容現有網絡的基礎之上，不(bù)然遠相這個網絡是無法演進的。未來網絡不(bù)應該受困于ETH、IP、TCP如自、UDP！P4是目前可支持網絡架構創新、演進、部署和實施計樂最可行的軟硬件聯合解決方案。 二、名稱    &謝腦nbsp; 确定性混式模網（Det務國erministic mix-Multmodal Network，DM作友N）是一種可以支持不(bù)同模态數據進行答紙混合處理、轉發和通(tōng)信，并具備确定性、可靠性傳輸屬性的網絡舞關。 三、定義    電哥;  A）網絡本質      信快網絡的本質是聯通(tōng)和傳遞，是兩個水對以上不(bù)同時(shí)空節點的信息交流。網絡能夠将不(你微bù)同的節點聯通(tōng)起來，通(tōn技雜g)過有線、無線或其他(tā)媒體介質互聯互通(tōng)。節點是任何可吧分以産生數據或消費數據的對象，節點也可以具備傳遞功書討能，即數據分發能力，涉及對數據的相關行為(wè在機i)處理。傳遞的網絡信息由某個時(shí)刻在某個位置産生，在另一時(shí)低離間的另一位置接收。節點間通(tōng)過女們收發和傳遞網絡信息來完成交流。      B）愛科網絡屬性      網絡信廠朋息具備的屬性有長(cháng)度、收發時的中(shí)間、傳輸時(shí)長(cháng)、抖動和路徑等。網絡節點的屬性從問有端口、速率、轉發延時(shí)、抖動和緩存大(dà)小等。都到      C）網絡行車問為(wèi)      完成一次網員關絡信息交互，可能包含多方面的行為(wèi)描述。描述内容攜帶的網絡花筆信息内部，有結構有層次的存儲。具體行為(wèi)的執行在包括在生産節討鐘點、傳輸節點和消費節點發生，主要包括信息弟說查詢、修改、丢棄和轉發等。      玩媽;D）網絡模态    &懂媽nbsp; 具有同質結構的網絡信息模式稱為(wèi)一種網絡數算模态，即就是通(tōng)常理解的一種具體的網絡協議格文房式。網絡模态的定義通(tōng)常由一組标向業白量描述，記為(wèi)M{V}。M表示一種模态，V表在秒示描述模态的标向量合集。标向量可分為(wèi)兩種間房類型，一種是域類型，标記為(wèi)Vf（俗稱協議字段），另一種為(wèi)都中标向量合集類型，也稱為(wèi)子(zǐ)模态吧黑，标記為(wèi)Vv（俗稱協議負載）。當V的集合中隻有一個Vf的時動做(shí)候，即為(wèi)協議的淨負載來書（俗稱消息内容體）。V的集合中Vf的定義，确定了一個網絡模态的具體形态，這冷視些Vf的值序列稱為(wèi)該模态的特征向量，類似關月生物的基因編碼序列。看個例子(zǐ)：
    匠工; ETH子(zǐ)模态（俗稱協議頭）表示為錢道(wèi)：
     M說技{eth} = M{48,48,16}，特征向量表示為(wèi)V（48，4事著8，16）。
     ARP子(z時會ǐ)模态表示為(wèi)：
   &n弟分bsp; M{arp} = M{腦他16，16，8，8，16，48，32，48，32}，姐呢特征向量表示為(wèi)V（16，16，8，8，1亮劇6，48，32，48，32）。
    &n錢林bsp;ARP協議模态（完整協議分組）表示為(wèi)： 訊音
     M{通雪Parp} = M{M{eth},M{arp}少學}。此處ARP協議模态由兩個Vv組成。 計路
   &nb現街sp; ARP與IPv4屬于不(bù)同協和現議模态，但它們(men)共模ETH子(zǐ)模态。
   &nb信能sp; TCP與UDP屬于不(公人bù)同協議模态，但它們(men)共模ETH和IPv4子(zǐ作火)模态。
     以上窗木描述純屬瞎扯，這不(bù)就是協議頭與協議負載的内容與關系嗎？ 見舞
    &n好畫bsp;是的，我們(men)想通(tōng)過這種描述引出多模态、畫司混模态的一般定義。一種獨特的模态網絡就是一組該模态匠有的特征向量序列（擁有各自的基因編碼），那不(bù)同的相是特征向量序列便是不(bù)同的網絡模态。混合多模态網絡就是能支持一系列這樣的模很裡态特征向量序列的網絡信息獨立通(tōng)信與交金器互的網絡。
     混式多錢房模态網絡不(bù)應該全建立在以太網基礎上，MAC地址也不(bù)是必須的來也字段，模态信息交互網絡可以根據自身的特點來構建和适應。在混合多模态亮熱網絡中，ARP協議模态、TCP或UDP僅是三種不(bù)同模态的具體表知少現形式，或者可以統稱為(wèi)以太網模态合集。 報請
     除了以太網模态合集民問，我們(men)還可以将工(gōng)業總線以此定義引店現入到混合多模态網絡中，也可以将無線通(tōng)信、光間志纖通(tōng)信等各種一切可數字化交互的場景抽象為(件紅wèi)混合多模态網絡中的一種具體模态。    化動;  E）模态轉換      了服;每個模态都是由一組獨特的特征向量定義，并具有自己的獨特屬的有性和行為(wèi)。在不(bù)同模态之間存在某些域類型數據子海的交互，可以通(tōng)過模态轉換的功能來實現。實現前提是必須相互遵守但這各自模态的必要約束。      D）師綠網絡模态     &nb黃森sp;通(tōng)過以上幾個概念，定義一銀器種模态網絡要把模态特征向量定義出來，行為(厭兒wèi)動作規劃出來，需要符合的網絡屬性提取出來腦兵。比如(rú)TSN網絡是一種具備時(shí)間敏感屬性的以太網模事紙态網絡。
   &nb話商sp; 全新理念的未來網絡構想應該是：可以支持不(bù妹友)同網絡模态的獨立通(tōng)信，每個模态數據具有其獨喝是特的網絡屬性與模态行為(wèi)，在遵守模态身能約束條件下，可以實現多模态之間的數據互轉互通(tōng)。 知媽 四、确定性混式模網      書知混式模網即是實現萬物互聯互通(tōng)，但萬物皆有個性，如(rú)何一一資知滿足？
     懂東;首先，從模态行為(wèi)考慮，模态數據的主要處理功能主要包括封裝、拆裝、用北查表匹配、修改數據，丢棄、轉發等等。通(tōng)過P4可編程的指令或擴展其新內他(tā)模态特有指令可以實現對各種模塊數據的行為姐湖(wèi)處理。
   &nb樂嗎sp; 其次，從模态的屬性考慮，模态數據的傳輸有時(shí)話新延、抖動、限速與保速、高可靠（冗餘與消除）和多路徑傳輸等要求。通(tō門低ng)過确定性網絡的保障機制可以實現這些喝電要求。
    得新 确定性網絡的保障機制有多種方式綠湖，TTE、TSN、DIP等都可以作為(wèi)選擇知到方案。确定性的網絡保障機制是整個網絡通(tōng)信中的一種屬性海要保障手段，不(bù)能影響混合多模态數據的處理與轉發。 睡為
   &n花服bsp; 我們(men)選擇的技術路線是：FAST路員架構、P4可編程、TSN确定時(shí)間機制分外和SDN控制器(qì)。提供一種支持不(bù)讀為同模态内和之間的數據進行混合處理、轉發和通(tōng)信，并空房具備确定性、可靠性傳輸屬性的網絡。 中筆 五、應用場景   &nbs熱海p;  混式模網目前顯然還不(bù)适合放到核心網使用，區不我們(men)建議大(dà)家(jiā)在邊緣報個網進行測試和驗證。一是邊緣網絡相對封閉，不(bù)易對其他(tā土懂)網絡造成影響；二是小規模網絡可以自建、自毀，自主可控； 慢電
     由于以太網、IP時老是目前所有網絡的基礎，故在構建混式模網的第一黑什步是将标準以太網和IP等模态的網絡業務進行加載，确保所有傳統網絡的互聯上低互通(tōng)正常，也方便對其他(tā明聽)設備節點進行管理和配置。然後再根據科(kē)研和學習的目的，有針對性舊影的開(kāi)發和配置設備模态，進行各種模态的網絡驗證。比老習如(rú)在如(rú)下網絡：
     A不電）企業網
     &船行nbsp;在正常加載IPv4和IPv6模近的态的網絡後，大(dà)家(jiā)的互聯網通(tōng)信正常。企業内部的生産黑坐網絡、科(kē)研網絡均可以采用不(bù)同模态網絡來構建，如(rú明信)此可以有效防止外網入侵攻擊。
    &nb冷討sp;B）校(xiào)園網
     &n師這bsp;網絡專業或安全專業的各年級學生可以利用現有校(女地xiào)園網規模，構建較大(dà)的真實網絡要民驗證實驗床，進行新型協議設計與驗證和網絡攻防演練。
    &她路nbsp;C）物聯網
    &nb站聽sp; 可将不(bù)同形态、下亮不(bù)同廠商和不(bù)同協議模态的各類設備相互連業明通(tōng)，并通(tōng)過P4編程的方式提取不(bù)同模态業務的她木有效數據進行分析處理，有效減輕不(bù)同類型、型号設備間的聽農組網難度和控制器(qì)管理難度。
   &nb作窗sp; D）工(gōng)業互聯網 筆藍
      會醫将傳統以太網與工(gōng)業總線進行混吧弟模互聯，可在交彙處設置混模設備，支持不(bù這紅)同模态功能及轉換功能。辦公司網絡依然是傳統以太網，工(農能gōng)廠設備間依然是總線或實時(shí)以又少太網。原有架構的設備、應用等均不(bù)發生改變。（當時和然，我們(men)認為(wèi)總線向實時(shí南店)以太網轉化是一種必然）
   &nb廠書sp; 可以想象，現在的IPv4和IPv6隻是兩種不(bù)同的網火照絡模态，我們(men)隻需要為(wèi)設備加載了該模态行為(wèi問身)的功能，即可實現v4與v6網絡的互通(tōn她國g)。在此基礎上，我們(men)還可以任意發布自己樂弟設計的不(bù)同模态網絡，交互不(bù)同的裡腦消息内容。有了模态轉換，可以實現模态隔離朋雪和互通(tōng)，網絡的安全性也就變得(de)更高。從網絡演進與網絡自主志章架構創新角度來看，這無疑是一條非常可行的道路事長。 六、實現方案    &月腦nbsp; A）FAST架構     &nbs可新p;FAST架構是一種支持交換與端系統的通(tōng)用架構。其IO雜新框架模型中可包含多個IO接口和CPU的DM算內A接口，基于硬件底層IO進行交換功能開(玩雪kāi)發即可滿足交換需求。旁路交換功能并引入DMA接讀哥口即可實現多端口網卡功能需求。FAST架構提供了一套完備的外笑學圍IO收發框架（FPGA OS）和業務相關核心邏輯處理（UM）。 呢熱    &n答外bsp; B）P4多模态處理轉發    &nbs暗紙p; 協議無關意味着可以處理任何網絡模态的數據，并能根笑有據不(bù)同模态的模态行為(wèi)與特征進行相應的動作處理，達到混合資可多模态業務的處理轉發能力。基于FPGA架構實現的P4功能可根據模态特征擴展開(機你kāi)發不(bù)同的動作指令。
    &n吃一bsp;基于P4的編程，可讓用戶非常方便的在軟件層面設計模态網絡，兒公并對設計代碼進行編譯、下發與配置。可支持動态加載模态功能、動态卸載模态功能和和秒動态配置模态參數等。各模态的加載與卸載不(bù)影小女響其他(tā)模态數據處理。    &nb坐說sp; C）TSN同步與調度     外錢 面對不(bù)同模态數據的時(shí)間讀在、帶寬和可靠性等特征要求，比如(rú)對時(shí電懂)間傳輸延時(shí)、抖動等具備較高和敏感特書師性的模态業務，在設備中增加時(shí)間确定性保飛飛障功能。并與P4編程相結合，允許用戶在模态編程中引入時(shí)間特家南征控制，如(rú)獲取模态數據的時(shí)間字段，編程配置土算模态數據的輸出調度隊列，控制模态數據進行冗餘複制和消除一生處理等。通(tōng)過确定性時(shí放紅)間屬性的加持，确保用戶對時(shí)間屬性有較高要求的模态業務傳輸得(厭信de)到有效保障。      D）話筆SDN控制器(qì)     中新 通(tōng)過SDN控制器(qì)對全網各個懂弟節點進行拓撲構建、為(wèi)不(bù)同模态網絡提供在線編譯、配置和為筆可(wèi)節點加載和卸載模态行為(wèi)功能，為(wèi)時生鐵(shí)間确定性模态業務配置TSN相關屬性參數。 少很 七、驗證原型     &志數nbsp;A）OpenBox平台 醫照   &nbs事區p;  混式模網的原型建構依然采用OpenBox家是平台，包括端系統（含網卡）和交換設備。在基于原來軟件定義時(件文shí)間敏感網絡的基礎上，将硬件SDN交換功能流山火表與動作處理模塊替換為(wèi)P4可編程模塊，增加P4編資機譯與配置。原有TSN屬性功能與配置功能依然保持。 南日      B）街慢混合多模态交互（待驗證）     &區短nbsp;拟構建一種混合多模态傳輸示例場事匠景——将富文本頁面内的不(bù)同類型數據劃分到不(bù)同網絡慢聽模态進行交互傳輸。
     在服務器(qì器木)一側構建WEB服務器(qì)，頁面内容包括HTML文本友跳内容、圖片、音視頻和文件等4種不(bù)同類型數據鐘畫。該四種類型數據分配通(tōng)過4種鄉爸不(bù)同模态網絡進行傳輸，其中文本内短工容采用IPv4模态，圖片采用IPv6模态，音視頻采用自定義标簽分發模态舊都，文件采用自定義端口轉發鍊模态。在客戶端請求該網頁内容時(shí空問)，将首先通(tōng)過文本内容的IPv4獲取全部HTML頁面男遠内容，然後根據内容檢索，向其他(tā)幾個不(bù)同模态獲取各自所需要的數據跳短。文件的内容由用戶點擊後觸發獲取。
    做科; 在此驗證場景中，文本内容量小，對網頁構建至關重要，可以友花将該數據引入時(shí)間保障特性，确定及時(shí)響應，快樂些速構建顯示頁面。音視頻内容對傳輸延時(shí)和抖動都有較高要求，可以走非IP身用化的單獨分發方式模态網絡進行傳輸。文件内容的實時(工場shí)性要求不(bù)高，并不(bù)需要實時(shí)保這能證，采用一種自定義模态的網絡傳輸使其以較小網絡開(kā愛下i)銷的方式下載到本地。既快速高效的下載了數據，又有效節約了網資哥絡帶寬資(zī)源。      湖通;C）實時(shí)模态保障（移植中）     南飛 由于混合模态傳輸中文本傳輸延時(shí)要求高村懂，故将其通(tōng)過流表映射到TSN的最高優先級隊列。若要進一步熱男提供可靠性，可将該數據開(kāi)啟CB功能，由控制器(qì)下發CB指令說舞和路徑規則到節點，實現模态數據的冗餘複制和消除冷家操作。     &n視能bsp;D）多模仿真驗證環境（等完善）      用軟件方式中男模拟不(bù)同網絡模态的行為(wèi)交互（随機生成網絡模态特征向量，生成短音随機處理指令，并根據特征向量生成測試數據）。可用戶定義一個拓撲報房結構，并為(wèi)不(bù)同節點賦能多種模态行為(wèi)功能，然後器愛構建不(bù)同模塊的測試數據，從不(bù)同節點位近工置輸入和輸出，用軟件計算測試數據每流經節點的内容，并将數據麗匠記錄保存。可通(tōng)過保存數據分析不(bù)同窗我模塊的處理行為(wèi)是否正确，最終可将麗老測試數據導入真實環境進行驗證，通(tōng國鐘)過抓取不(bù)同節點的測試内容與軟件視水仿真模拟的數據進行比對，驗證真實環境的模态行為(wèi睡問)是否完全正确。 八、未來規劃     愛大; A）确定性多模設備（可定制）      确為很定性多模設備支持交換設備與端網卡，設備形态和接口可根據用戶要求家票定制。目前可以支持的接口包括：1G、10G、40G和村綠100G類型。FPGA和CPU可以用非國産與國産（複旦微、飛騰）。 相但   &nbs綠請p;  B）确定性多模系統（待開(kāi)發） 你刀      開(雜員kāi)發适配多模系統的相關驅動、内核模态處理應用和用戶模态處劇拿理應用。    好化  C）确定性多模控制器(qì)（待開(kāi如內)發）   &nbs媽見p;  自研輕量級SDN控制器(qì)，拿道更好(hǎo)适配多模編譯、配置、加載與卸載喝短、拓撲構建、TSN配置等功能。 九、合作共赢    請慢  原型驗證中的部分功能還尚未完話新成，未來規劃中的多模系統與控制器(qì)也答又隻是初步規劃，具體實施思路與可行性分析已經美話完成。整個大(dà)環境還需要一定的時(shí)間開(kāi)發和又遠驗證，如(rú)果有感興趣的朋友，歡迎聯系我們(m數離en)(15116127200微信同号）。 懂森
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