SDN領(lǐng)域的傳奇人物——Nick McKeown一直在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)領(lǐng)域的浪潮之巔

一般來(lái)說(shuō)，每一個(gè)領(lǐng)域必然有那么幾個(gè)的先驅(qū)人物，而Nick教授就是網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域尤其是SDN領(lǐng)域的先驅(qū)。但Nick教授的傳奇性不僅僅是因?yàn)樗趯W(xué)術(shù)界的巨大貢獻(xiàn)，更因?yàn)樗趯W(xué)術(shù)產(chǎn)業(yè)化方面近乎傳奇的表現(xiàn)。接下來(lái)就來(lái)介紹一下Nick McKeown教授及其帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)The McKeown Group在SDN領(lǐng)域的傳奇之路。前幾天用了一下netFPGA，偶然得知netFPGA竟然也是Nick教授課題組推出的，出于好奇，仔細(xì)研究了一下SDN及NickMcKeown教授。也發(fā)現(xiàn)某些型號(hào)的netFPGA如NetFPGA-1G-CML不能很好的支持6802同步。

今天小編要給大家介紹的是一位SDN領(lǐng)域的傳奇人物——Nick McKeown。

Nick McKeown，斯坦福大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師，美國(guó)國(guó)家工程院院士，美國(guó)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院、英國(guó)皇家工程院院士、開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室（Open Networking Lab）創(chuàng)始人之一，Clean Slate項(xiàng)目主任，曾獲得英國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)Lovelace Medal獎(jiǎng)，IEEE Kobayashi計(jì)算機(jī)與通訊獎(jiǎng)，ACM Sigcomm終身成就獎(jiǎng)和IEEE Rice通訊理論獎(jiǎng)，同時(shí)還有ETH榮譽(yù)博士學(xué)位。一大長(zhǎng)串各種在學(xué)術(shù)界和研究界的頭銜，令人目不暇接。

netFPGA、SDN和Nick McKeown教授。

A good choice make a man

Nick教授與網(wǎng)絡(luò)的不解之緣始于上世紀(jì)80年代的HP實(shí)驗(yàn)室，在惠普實(shí)驗(yàn)室他首次接受了網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的科研工作，一位網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域大牛的種子自此種下。雖然當(dāng)時(shí)他本人的意愿是從事AI的研究或計(jì)算機(jī)系統(tǒng)架構(gòu)領(lǐng)域，但惠普實(shí)驗(yàn)室讓Nick投身于互聯(lián)網(wǎng)路由器架構(gòu)領(lǐng)域。自此以后，Nick McKeown一直站立在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)領(lǐng)域的浪潮之巔。

對(duì)于一名十分熱愛(ài)工程學(xué)的研究者而言，當(dāng)Nick McKeown發(fā)現(xiàn)英國(guó)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)氛圍已經(jīng)不能滿足他的需求，特別是當(dāng)加利福尼亞的激情與其噴涌而出的技術(shù)行業(yè)在他的工作中一覽無(wú)遺時(shí)，美國(guó)無(wú)疑看上去對(duì)他是一個(gè)更好、更具吸引力的選擇。

于是Nick McKeown果斷選擇到加州大學(xué)的伯克利分校進(jìn)行學(xué)術(shù)碩士生涯的研究，之后他博士的工作轉(zhuǎn)向了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，其課題的官方名稱是 “Scheduling Cells in an Input-Queued Cell Switch”，但Nick McKeown解釋說(shuō)它真正做的事情是考慮如何盡可能地提升路由器和交換機(jī)的速度。該課題始于他在攻讀碩士時(shí)所上的課程, Nick McKeown和他的三位同學(xué)一起發(fā)明了“世界上最快的路由器”，該系統(tǒng)的速度比其他的方案快了近十倍，他們稱之為“Bay Bridge”并將其應(yīng)用到了思科的GSR路由器中，GSR最終也成為了一款思科的旗艦路由器。

即便在SDN興起之前，Nick McKeown也是當(dāng)之無(wú)愧的網(wǎng)絡(luò)路由交換領(lǐng)域的潮流引領(lǐng)者。從HP的實(shí)驗(yàn)室，到斯坦福大學(xué)，再到打造思科GSR系列路由器旗艦產(chǎn)品，Nick McKeown持之以恒專注在網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)研究并以絕對(duì)的技術(shù)實(shí)力站立在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)領(lǐng)域的第一梯隊(duì)。

Nick McKeown與SDN的不解之緣

SDN起源于斯坦福大學(xué)Nick McKeown教授團(tuán)隊(duì)的Clean Slate項(xiàng)目，最初的SDN方面的學(xué)術(shù)貢獻(xiàn)幾乎由Nick McKeown所在的斯坦福大學(xué)包攬全局。Nick McKeown帶領(lǐng)的博士Martin Casado（業(yè)界稱他為SDN之父）在2006年在RCP和4D論文基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)邏輯上集中控制的企業(yè)安全解決方案SANE，打開(kāi)了集中控制解決安全問(wèn)題的大門。一年后Casado博士在SANE基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了面向企業(yè)網(wǎng)管理的Ethane項(xiàng)目， 這是SDN架構(gòu)和OpenFlow的前身。

2008年，Nick McKeown、Scott Shenker、Larry Peterson和普林斯頓大學(xué)的Jennifer Rexford教授等一起發(fā)表了介紹OpenFlow的論文[N. McKeown, T. Anderson, H. Balakrishnan, G. Parulkar, L. Peterson, J. Rexford, S. Shenker, and J. Turner, “OpenFlow: enabling innovation in campus networks,” SIGCOMM Comput. Commun. Rev., vol. 38,no. 2, pp. 69–74, Mar. 2008.]，標(biāo)志著OpenFlow的誕生。同年，The McKeown Group發(fā)布了第一個(gè)開(kāi)源SDN控制器NOX-Classic，也實(shí)現(xiàn)了基于開(kāi)放創(chuàng)新平臺(tái)NetFPGA的OpenFlow交換機(jī)【J. Naous, D. Erickson, G. A. Covington, G. Appenzeller, and N. McKeown, “Implementing an OpenFlow switch on the netfpga platform,” in Proceedings of the 4th ACM/IEEE Symposium on Architectures for Networking and Communications Systems, ser. ANCS ’08.】，而NetFPGA也是Nick教授他們發(fā)明的。2010年Nick的團(tuán)隊(duì)發(fā)布了Mininet。迄今為止，Nick團(tuán)隊(duì)發(fā)布的這些軟件依然被業(yè)界廣泛使用。

2011年Nick McKeown以及Scott Shenker創(chuàng)立了ONF（開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)），同時(shí)與和Scott Shenker、Larry Peterson創(chuàng)建了ON.Lab的前身——開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)研究中心ONRC，隨后與Guru Parulkar和Scott Shenker創(chuàng)建了開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)實(shí)驗(yàn)室（ON.Lab）。這兩大組織的成立，成功地將SDN推到前臺(tái)，并獲得業(yè)界的廣泛關(guān)注，為推動(dòng)SDN被業(yè)界廣泛采用奠定了基礎(chǔ)。

由Nick教授帶領(lǐng)下的斯坦福大學(xué)的團(tuán)隊(duì)，不僅在SDN創(chuàng)立初期在學(xué)術(shù)界起到了重大的推廣作用，在開(kāi)源開(kāi)放組織中也發(fā)揮了重要作用，Nick教授總是能敏銳地捕捉到業(yè)界發(fā)展的方向，把握業(yè)界的脈搏。

Nick McKeown的創(chuàng)業(yè)史

硅谷濃烈的創(chuàng)業(yè)氛圍影響著斯坦福大學(xué)的Nick McKeown教授，作為一個(gè)在學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界都游刃有余的科學(xué)家，Nick McKeown曾經(jīng)創(chuàng)業(yè)過(guò)若干公司，引領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)變革潮流，推動(dòng)創(chuàng)新技術(shù)商業(yè)化。

SDN概念興起之前

1997年，他和Anders Swahn一同創(chuàng)辦了Abrizio公司，該公司于1999年被PMC-Sierra收購(gòu)，股票價(jià)值4億美元。2003年他和Sundar Iyer共同創(chuàng)辦了Nemo Systems公司并擔(dān)任CEO，并且在2005年，該公司被思科以1250萬(wàn)美元的現(xiàn)金收購(gòu)。

SDN概念興起之后

Nick McKeown、Scott Shenker和Martin Casado成立了Nicira，并且在2012年被VMware以12.6億美元的高價(jià)收購(gòu)，開(kāi)啟了SDN創(chuàng)業(yè)的大時(shí)代。2013年，又聯(lián)合創(chuàng)立了數(shù)據(jù)平面可編程的芯片公司Barefoot Networks。由普林斯頓大學(xué)的Jennifer Rexford和斯坦福大學(xué)的Nick McKeown兩位教授主導(dǎo)并創(chuàng)立的可編程語(yǔ)言P4，打開(kāi)了網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的另一扇門。而在2013年成立的Barefoot Networks正是開(kāi)發(fā)可編程芯片的公司，該公司推出的Tofino芯片是目前市面上最快的芯片，吞吐量達(dá)到6.5 Tb/s且已經(jīng)向業(yè)界提供產(chǎn)品。

僅僅數(shù)年之間，硅谷誕生了數(shù)十家SDN初創(chuàng)公司，其中與Nick McKeown有直接或間接關(guān)系的有其博士Guido等創(chuàng)辦的Big Switch，他帶領(lǐng)的另外四位博士生創(chuàng)辦了Forward Networks，值得一提的是Nick McKeown的博士學(xué)生Glen等則創(chuàng)辦的Barefoot Networks，Nick教授在該公司擔(dān)任首席科學(xué)家和合伙人的職位。將SDN發(fā)展史上的大事件整理如下圖所示，曲線上方是推動(dòng)SDN發(fā)展的開(kāi)源組織和業(yè)界廠商，以及產(chǎn)業(yè)界的標(biāo)志性事件。曲線下方是支撐SDN逐步成熟的關(guān)鍵技術(shù)，主要是SDN學(xué)術(shù)界的研究成果。這兩部分內(nèi)容組成了一部完整的SDN演進(jìn)史。我們可以從中找到許多和The McKeown Group相關(guān)的信息。

任何技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展離不開(kāi)持之以恒的關(guān)注與貢獻(xiàn)，Nick教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)正在SDN的大潮中發(fā)揮愈發(fā)重要的作用。我們可以看到幾乎處處能見(jiàn)到Nick教授的身影，不僅僅是在學(xué)術(shù)領(lǐng)域，更在產(chǎn)業(yè)界。他的團(tuán)隊(duì)和他的合作單位幾乎創(chuàng)造出了一個(gè)新的學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域，然后又在這個(gè)新領(lǐng)域創(chuàng)立了很多新公司，成功將知識(shí)產(chǎn)權(quán)產(chǎn)業(yè)化，轉(zhuǎn)化為商業(yè)運(yùn)作，其商業(yè)嗅覺(jué)堪稱一絕。所以筆者認(rèn)為Nick教授團(tuán)隊(duì)的在SDN的發(fā)展之路的表現(xiàn)堪稱傳奇。

netFPGA開(kāi)發(fā)板上實(shí)現(xiàn)6802同步遇到的問(wèn)題

前幾天對(duì)TTE網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)NetFPGA-1G-CML在特定情形下，傳輸時(shí)延會(huì)在最小接近10us，最大接近20us之間變動(dòng)，導(dǎo)致TTE網(wǎng)絡(luò)完全不能正常實(shí)現(xiàn)6802同步，而其它開(kāi)發(fā)板的傳輸時(shí)延基本保持在1us左右，時(shí)延抖動(dòng)很小。以下是我們的調(diào)試場(chǎng)景和分析。

硬件平臺(tái)

NetFPGA-1G-CML：有4個(gè)千兆R(shí)GMII接口，使用RTL8211E-VL以太網(wǎng)接口控制芯片；

ZYNQ706開(kāi)發(fā)板：有4個(gè)千兆R(shí)GMII接口，使用FMC拓展板接口；

以及作為端系統(tǒng)的黑金的A7 PCIe開(kāi)發(fā)板，帶有兩個(gè)千兆網(wǎng)口。

1、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

調(diào)試場(chǎng)景1

使用兩塊A7作為端系統(tǒng)，用一塊NetFPGA-1G-CML作為TTE交換機(jī)；第一塊A7的端口1連接TTE交換機(jī)，端口2連接Wireshark，用來(lái)抓取端系統(tǒng)所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀；第二塊A7的端口1連接TTE交換機(jī)，端口2連接TTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)軟件，用來(lái)監(jiān)測(cè)TTE網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況。連接拓?fù)鋱D如下：

調(diào)試現(xiàn)象（兩個(gè)端系統(tǒng)不能正常同步）：

端系統(tǒng)和交換機(jī)不能同步，用Wireshark軟件進(jìn)行抓包，發(fā)現(xiàn)端系統(tǒng)一直向交換機(jī)發(fā)送CS同步幀，而交換機(jī)一直沒(méi)有回復(fù)CA同步幀；我們多次改變交換機(jī)和端系統(tǒng)的端口連接拓?fù)洌匀徊荒苷Ｍ健?/p>

調(diào)試場(chǎng)景2

使用一塊A7作為端系統(tǒng)，用一塊NetFPGA-1G-CML作為TTE交換機(jī)；端系統(tǒng)的端口1連接TTE交換機(jī)，端口2連接Wireshark，用來(lái)抓取端系統(tǒng)所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀。拓?fù)鋱D如下：

調(diào)試現(xiàn)象（單個(gè)端系統(tǒng)能夠正常同步）：

端系統(tǒng)和交換機(jī)正常同步，用Wireshark軟件進(jìn)行抓包，發(fā)現(xiàn)端系統(tǒng)與交換機(jī)正常收發(fā)PCF同步幀、TT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀、ET業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀（分為RC數(shù)據(jù)幀和BE數(shù)據(jù)幀）；換另一塊A7連接交換機(jī)，也正常同步。

調(diào)試場(chǎng)景3

使用兩塊A7作為端系統(tǒng)，用一塊ZYNQ706作為TTE交換機(jī)；第一塊A7的端口1連接TTE交換機(jī)，端口2連接Wireshark，用來(lái)抓取端系統(tǒng)所發(fā)送的數(shù)據(jù)幀；第二塊A7的端口1連接TTE交換機(jī)，端口2連接TTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)軟件，用來(lái)監(jiān)測(cè)TTE網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀況。拓?fù)鋱D如下：

調(diào)試現(xiàn)象（同步正常）：

端系統(tǒng)和交換機(jī)正常同步，用Wireshark軟件進(jìn)行抓包，發(fā)現(xiàn)端系統(tǒng)與交換機(jī)正常收發(fā)PCF同步幀、TT業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀、ET業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)幀（分為RC數(shù)據(jù)幀和BE數(shù)據(jù)幀）；TTE網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)軟件監(jiān)測(cè)到TTE網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行。

問(wèn)題分析：

場(chǎng)景2和場(chǎng)景3的現(xiàn)象基本可以驗(yàn)證TTE交換機(jī)代碼能正常運(yùn)行。初步懷疑NetFPGA-1G-CML上的RTL8211E-VL以太網(wǎng)接口控制芯片可能存在問(wèn)題，所以我們用TestCenter分別測(cè)試了NetFPGA-1G-CML、ZYNQ706的接口時(shí)延，測(cè)試場(chǎng)景和測(cè)試結(jié)果如下。

接口時(shí)延測(cè)試場(chǎng)景1

用內(nèi)部邏輯連接NetFPGA-1G-CML的端口1和端口2，用TestCenter的端口1和端口2分別連接NetFPGA-1G-CML的端口1和端口2，打流，然后查看時(shí)延以及抖動(dòng)。拓?fù)鋱D如下：

測(cè)試現(xiàn)象如下：

現(xiàn)象分析：最小時(shí)延和最大時(shí)延均比較小，時(shí)延抖動(dòng)較小。

接口時(shí)延測(cè)試場(chǎng)景2

用內(nèi)部邏輯連接ZYNQ706的端口1和端口2，再用TestCenter的端口1和端口2分別連接ZYNQ706的端口1和端口2，打流，然后查看時(shí)延以及抖動(dòng)。拓?fù)鋱D如下：

測(cè)試現(xiàn)象：

現(xiàn)象分析：最小時(shí)延和最大時(shí)延均比較小，時(shí)延抖動(dòng)較小。

接口時(shí)延測(cè)試場(chǎng)景3

用內(nèi)部邏輯分別連接NetFPGA-1G-CML的端口1和端口2，端口3和端口4，用網(wǎng)線連接NetFPGA-1G-CML的端口2和端口3，再用TestCenter的端口1和端口2分別連接NetFPGA-1G-CML的端口1和端口4，打流，查看時(shí)延以及抖動(dòng)。

測(cè)試現(xiàn)象：

現(xiàn)象分析：最小時(shí)延和最大時(shí)延均比較大，且兩者差值比較大，時(shí)延抖動(dòng)較大。

接口時(shí)延測(cè)試場(chǎng)景4

用內(nèi)部邏輯分別連接ZYNQ706的端口1和端口2，端口3和端口4，用網(wǎng)線連接ZYNQ706的端口2和端口3，再用TestCenter的端口1和端口2分別連接ZYNQ706的端口1和端口4，打流，查看時(shí)延以及抖動(dòng)。

測(cè)試現(xiàn)象：

現(xiàn)象分析：最小時(shí)延比較小，最大時(shí)延比較大，但是平均時(shí)延接近最小時(shí)延，說(shuō)明數(shù)據(jù)幀的傳輸時(shí)延基本和最小時(shí)延相近，時(shí)延抖動(dòng)比較小，端口正常工作。

接下來(lái)我們查看RTL8211E-VL以太網(wǎng)接口控制芯片手冊(cè)，通過(guò)MDIO程序?qū)HY的寄存器進(jìn)行查看與配置。讀?。疤?hào)寄存器的值為0X1140，查詢PHY手冊(cè)顯示其值的含義為自適應(yīng)全雙工狀態(tài)，與其他PHY芯片的默認(rèn)工作狀態(tài)類似。

我們又通過(guò)MDIO程序配置PHY芯片，并采用如下拓?fù)鋱D進(jìn)行測(cè)試：

測(cè)試現(xiàn)象：

初步結(jié)論：

RTL8211E-VL以太網(wǎng)控制芯片在1000M全雙工工作模式下，可能存在時(shí)延較大，時(shí)延抖動(dòng)過(guò)大的現(xiàn)象，這可能會(huì)影響到TTE網(wǎng)絡(luò)的正常工作。

2、分析問(wèn)題

為何netFPGA四個(gè)網(wǎng)口單個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)6802同步，如果同時(shí)用兩個(gè)或兩個(gè)以上網(wǎng)口的時(shí)候時(shí)延和抖動(dòng)都會(huì)發(fā)生很大變化而導(dǎo)致無(wú)法實(shí)現(xiàn)6802同步呢？懷著這樣的疑問(wèn)，我們查閱了一下netFPGA四個(gè)網(wǎng)口的原理圖，發(fā)現(xiàn)四個(gè)PHY芯片的時(shí)鐘都連到了同一個(gè)晶振上，會(huì)是這樣的原因嗎？

后來(lái)，我們使用了netFPGA上的FMC擴(kuò)展槽，接到了自己設(shè)計(jì)的四端口擴(kuò)展板上，利用擴(kuò)展板上的四個(gè)千兆網(wǎng)口，再進(jìn)行同步就可以正常工作了。

擴(kuò)展板上的四個(gè)網(wǎng)口對(duì)應(yīng)的四個(gè)PHY芯片都有獨(dú)立的晶振時(shí)鐘：

不過(guò)，還是那個(gè)問(wèn)題，多個(gè)RJ45接口對(duì)應(yīng)的PHY芯片是否有獨(dú)立時(shí)鐘，會(huì)影響傳輸時(shí)延和抖動(dòng)嗎？希望大家留言討論。

啟發(fā)

以前總聽(tīng)說(shuō)netFPGA，但從未用過(guò)。這次用了一下，感覺(jué)不過(guò)如此。并且，這樣的板子包括板子上的硬件軟件等一切（也包括最新的10G接口的netFPGA），暫且不提國(guó)內(nèi)諸多知名的研究網(wǎng)絡(luò)的團(tuán)隊(duì)，目前筆者所在的課題組就完全具備非常成熟和完善的實(shí)力去實(shí)現(xiàn)和替換。但問(wèn)題在于，為什么老美的斯坦福大學(xué)就能提出netFPGA這樣的開(kāi)源設(shè)計(jì)方法和理念？又或者SDN為何不是國(guó)內(nèi)某個(gè)大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室提出的？為何Nick McKeown教授就能兼顧學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)化推廣，并且都很成功？這些都是值得思考和學(xué)習(xí)的。

看了一下Nick McKeown教授的個(gè)人主頁(yè)，作為SDN的鼻祖，文章也不是很多。令人佩服的是，作為一個(gè)產(chǎn)業(yè)化和學(xué)術(shù)都很成功的教授，個(gè)人主頁(yè)上竟然同時(shí)還有很多教學(xué)相關(guān)的內(nèi)容，還開(kāi)發(fā)出了讓全世界都能使用的netFPGA平臺(tái)。這才是一個(gè)真正厲害的教授。

或許國(guó)內(nèi)還是停留在跟的階段，TTE/TSN火了，大家都來(lái)做TTE/TSN，所有的文章都要跟這些概念掛上勾；AI火了，就把所有的文章里都添加上AI算法；似曾相識(shí)，上個(gè)世紀(jì)九十年代，ATM火爆的時(shí)候，甚至連很多做無(wú)線的文章里都能跟ATM扯上關(guān)系。

不過(guò)，隨著國(guó)家各方面改革的不斷推進(jìn)，相信以后在國(guó)內(nèi)強(qiáng)大的市場(chǎng)需求推動(dòng)作用下，未來(lái)引領(lǐng)世界先進(jìn)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的重?fù)?dān)必定會(huì)落在咱們中國(guó)人的肩上。加油！