初识SONiC,官方文档
认识一下SONiC到底是啥。开始可能有好多地方理解有误,请多指正。文章参照SONiC文档。
概览
SONiC(Software for Open Networking in the Cloud)是安装在Linux上的软件合集,运行在硬件交换机上,在数据中心网络中提供路由功能。因为是一个合集,所以我们首先看一下他由哪些东西组成。
组件
由上图可以看出SONiC由几层组成,由下到上分别是Hardware components,Drivers,Linux Kernel Interface,Other source/bin,SONiC Open Source,Applications。
Hardware components
硬件组件是指交换机内所有物理组件,包括风扇、电源、LED和网络收发器。
Drivers
应该是各个厂商提供的相关驱动。
Linux Kernel Interface
图上看主要是netdev和sysfs。
Other source/bin
暂时不清楚。
SONiC Open Source
这是重头戏,主要包含了SAI API、ASIC Control Software、Object Library三块。
- SAI(Switch Abstraction Interface)是标准的C语言API,有特定的交换机ASIC的SDK实现。
- ASIC Control Software是指SWSS(Switch State Service),主要是收集硬件交换机的状态信息。
- Object Library
SWSS
SWSS是一组软件,提供了数据库接口,用于网络应用程序和网络硬件交换机进行通信和状态表示。
网络应用程序读写数据库APP_DB。比如netlink route syncer,guagga FPM route syncer,ACL control,QoS control,LB,telemetry control等等。
Orchestration agents同时读写APP_DB和ASIC_DB。他负责验证和传输应用数据到SAI对象的逻辑。
syncd进程同时读写ASIC_DB和SAI SDK。
kv数据库
选择kv数据库,是为了提供与语言无关的接口,并且提供数据持久性,复制和多进程通信的方法。
Redis被选择为底层数据库引擎,但是未来可能会改变。
网络应用
SONiC网络应用程序使用SwSS编写完全独立于硬件的通信细节。应用程序仅仅订阅所需的数据。例子包括L3路由、L2桥接、ACL、QoS、Telemetry streaming、Tunneling、link aggregation、LB和策略路由等。
Orchestration Agent
该模块主要是负责在APP表和ASIC表之间转换和复制数据。每个ASIC表只能有一个生产者。目前只有一个业务流agent,后面可以添加。只有一个Orchestration Agent可以写入ASIC_DB数据库。
syncd
syncd主要是负责在ASIC_DB和符合SAI的ASIC SDK之间复制数据,每个SAI SDK只能有一个syncd进程。
Object Library
主要负责SONiC应用和外部应用的交互。Object Library定义了两种类型的应用程序:
- 客户端,对Objects执行创建、设置、获取和删除操作。
- 服务端,执行客户端的请求操作
另外,Object Library实现了publish/subscribe模型。服务端发布事件;客户端订阅事件和对象。客户端可以订阅创建、修改和删除对象时生成的事件。
SONiC架构的关键租户是允许停止、启动、重启和替换进程的。
Applications
主要是通过docker运行一些网络相关功能的app。
Database
SwSS通过使用前缀命名实现redis表的概念,设计producer/consumer时要确保数据的完整性。
APP_表是针对每个场景设计的,比如:ROUTE_TABLE和NEIGH_TABLE。
ASIC_表是从SAI头文件创建的,比如ASIC_sai_unicast_route_entry_t和ASIC_sai_neighbor_entry_t。
Table Operations
Producer
SET - insert or update a key -> fileds and values.
DEL - deletes a key
Consumer
POP - get a table change notification, the key name and the key->feilds and values and operation[SET, DEL]
SELECT - check if a table notifications exists
Transactions
SwSS在内部实现transactions,所以producers和consumers可以使用类似队列的方法与数据库保持同步。
每个TABLE,都有用于内部通知实现的QUEUE key。
下面介绍一个工作实例:
intfsyncd进程使用swss producer API对APP.INTF_TABLE执行SET。producer API在TABLE中配置key/value,并且为每个QUEUE key设置一个等效条目。
OA(the orchestration agent)是APP.INTF_TABLE的consumer,OA将从swss consumer API收到APP.INTF_TABLE数据更改的通知。consumer API将从QUEUE key中pop key、value和OP。intfsyncd写入APP.INTF_TABLE的数据保持不变。
详细信息参照代码:
Tablename+”_KEY_QUEUE”
Tablename+”_VALUE_QUEUE”
Tablename+”_OP_QUEUE”
Switch Data Service Database Schema
定义了两个数据库,APP和ASIC。SwSS之外的APP期望通过明确定义名称的keys添加到APP数据库来存储数据。ASIC数据库存储硬件同步agent使用的数据。ASIC数据库中的key预计严格遵守SAI属性。
keys必须看起来像是表名的字符串作为前缀。允许的key是”[a-z][A-Z][0-9]_”并且以”_TABLE:”结尾
在redis中,数据库只定义我的数字:
数据库0 = APP_DB
数据库1 = ASIC_DB
数据库7 = TEST
schema
详见文档
Database 1 – ASIC_DB
ASIC数据库存储硬件同步agents的数据。ASIC数据库中的keys严格按照SAI属性命名。详情见文档。
Switch state service Layer 3 Implementation
本节提供了如何学习BGP路由并将其传播到ASIC的示例。以quagga为例,但也可以使用其他路由APP。
Platform Management Service
平台管理服务管理外围设备,比如风扇、PDU、LED和收发器。通用交换机平台利用I2C总线,通常与一个或者多个I2C主设备来管理这些设备。这些器件通常通过一些列的I2C多路复用器连接到I2C主器件。
Linux内核具有非常成熟的I2C子系统和定义良好的API。它支持几乎所有常用的I2C设备(主设备、多路复用器、传感器)。然后,SONiC利用Linux内核公开接口来管理这些设备。在这种方式中,SONiC首先为这些I2C设备安装kernel drivers,创建I2C书拓扑,并暴露像hwmon这样的sysfs接口来管理这些设备。
SONiC提供了一些服务和实用程序来管理这些设备:
- decode-syseeprom:显示系统eeprom信息
- sensors:监控温度和风扇速度
- fancontrol:根据传感器温度调整风扇速度
- ledd:根据链路或者系统状态更改LED灯
- sfputil:管理收发器,比如show transceiver eeprom,检测存在,重置,更改lpmode
平台供应商有望开发他们的平台模块来构建I2C树,公开sysfs接口并且开发插件已将他们的设备钩挂到SONiC平台管理服务。详细信息可以查看平台移植指南。
主要是了解一下SONiC的features,以便于整理一下一点一点从上往下熟悉。文章参照SONiC Features文档。
Features
L2
- LAG,链路聚合组,将多个端口合并使用的,常用LACP控制协议。
- LLDP,链路层发现协议,在本地子网中通告自己的设备标识和性能。
- COS,服务等级(Class of Service)在数据和语音协议中使用的参数,存在于运行VLAN报文的链路层。
- VLAN
- ACL permit/deny
- Mirroring
- LACP Fallback,fallback模式时把bond当成一个NIC来用,因为另外一个NIC显示mac为全0
- Vlan Trunk
- Dynamic ACL Upgrade
- MAC Aging
L3
- BGP,边界网关协议,运行在一个单独的AS中,BGP之间同步路由信息。
- ECMP,多路径等价路由,用于均衡流量的。
- QoS-ECN,显式ECN调整QoS
- QoS-RDMA
- Priority Flow Control,PFC是普通流控的升级版,普通流控是针对端口的,PFC根据流来进行管理,控制
- PFC WD,PFC Watchdog Design
- Asymmetric PFC
- WRED,加权随机先期检测(Weighted Random Early Detection)是将随机先期检测与优先级排队结合起来,这种结合为高优先级报文提供了优先通信处理能力。当某个接口开始出现拥塞时,它有选择地丢弃较低优先级的通信,而不是简单地随机丢弃报文。
- COPP,思科私有的安全策略协议。
- DHCP Relay Agent,把DHCP/BOOTP广播信息从一个网段转播到另一个网段。
- IPv6
- Tunnel Decap
- BGP MP
- BGP Graceful restart helper,协议重启和另外一台协助重启的设备。
- BGP/Neighbor-down fib-accelerate,路径上有端口down的时候,收敛快一些
- IPv6 ACL
- Routing Stack Graceful Restart
- FRR,源于quagga,适用于IP路由协议套件的守护进程,支持平台Linux和Unix,协议包括BGP,IS-IS,LDP,OSPF,PIN和RIP
- IPv6 Link Local
- VRF
- Vxlan
- L3 MLAG
- EVPN
management
- SNMP,简单网络管理协议。用于监测连接到网络上的设备。
- Syslog
- Sysdump
- NTP,网络时间同步协议。
- Post Speed Setting
- TACACS+(Terminal Access Controller Access Control System)终端访问控制器访问控制系统。
- MTU Setting
- gRPC
- Cirtical Resource Monitoring
- Incremental Config(IP, LAG, Port shut/unshut)
- sFlow
模块
kernel & drivers
sonic-mgmt,管理、配置和监控SONiC,需要单独编译。
sonic-buildimage,编译安装镜像,以下都是该git的子模块。
- sonic-linux-kernel,内核补丁。
- SAI(Switch Abstraction Interface)
- sonic-swss,SwSS(Switch State Service)是一个软件合集,提供数据库接口,用于和网络应用程序以及网络交换机硬件进行通信和状态表示。
- sonic-swss-common,SwSS公共库提供了用于数据库通信、netlink wrappers、和SwSS所需的其他功能功能的库。
- sonic-py-swsssdk,用于SONiC交换机状态服务数据库访问的Python实用程序库。
- sonic-dbsyncd,SONiC SwSS LLDP数据同步daemon。
- sonic-quagga,Quagga支持BGP4, BGP4+, OSPFv2, OSPFv3, RIPv1, RIPv2, RIPng和IS-IS。
- sonic-platform-common,为硬件外围设备提供通用接口,Python的软件包集合。
- sonic-platform-daemons,SONiC中控制指定平台功能的daemon程序。
- sonic-sairedis,基于redis数据库构建的SAI redis服务,主要包含了两个组件:将SAI对象放入redis数据库的SAI库;获取SAI对象,并且放入ASIC的syncd。
- sonic-snmpagent,a net-snmpd agentx subagent。
- sonic-utilities,命令行工具。
- p4-hlir,仅支持P4_14版本,如果编译P4_16版本,可以使用p4c。
- p4c-bm,为bmv2(behavioral-model)生成JSON配置。
- ptf,PTF是基于Python的数据平面测试框架。基于Python发行版中的unittest。
- frr, FRRouting是实现和管理各种IPv4和IPv6的免费路由协议软件,目前支持BGP4,BGP4+,OSPFv2,OSPFv3,RIPv1,RIPv2,RIPng,IS-IS,PIN-SM/MSDP,LDP和Babel。
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