了得網計算機/網絡_構建分布式服務雲架構：網絡、安全和存儲服務

內容簡介

本書介紹分布式服務（DS）平臺的業務驅動因素及其提供的價值和創建DS平臺需要的現代網絡設計和虛擬化技術，尤其詳述了用P4領域特定語言和體繫結構來實現運行時可編程的高性能、低功耗ASIC,還闡述了雲安全服務、如何在大規模雲網絡中實現分布式存儲和RDMA服務，以及DS平臺管理架構。

譯者序
前言
關於作者
致謝
第1章分布式服務平臺介紹1
1.1分布式服務平臺的需求2
1.2寶貴的CPU周期3
1.3領域專用硬件的案例3
1.4專用設備的使用4
1.5定義分布式服務平臺的嘗試5
1.6分布式服務平臺的要求6
1.7總結8
第2章網絡設計9
2.1橋接和路由10譯者序
前言
關於作者
致謝
第1章分布式服務平臺介紹1
1.1分布式服務平臺的需求2
1.2寶貴的CPU周期3
1.3領域專用硬件的案例3
1.4專用設備的使用4
1.5定義分布式服務平臺的嘗試5
1.6分布式服務平臺的要求6
1.7總結8
第2章網絡設計9
2.1橋接和路由10
2.2CLOS拓撲結構13
2.3疊加15
2.4安全隧道22
2.5終止封裝的位置22
2.6分段路由23
2.7使用離散型設備進行服務24
2.8基於緩存的轉發27
2.9通用轉發表29
2.10總結29
2.11參考文獻30
第3章虛擬化32
3.1虛擬化和雲33
3.2虛擬機和Hypervisor虛擬層35
3.3容器44
3.4微服務架構49
3.5OpenStack52
3.6NFV53
3.7總結55
3.8參考文獻55
第4章網絡虛擬化服務58
4.1網絡服務介紹58
4.2軟件定義網絡59
4.3虛擬交換機65
4.4有狀態NAT74
4.5負載均衡74
4.6故障排除和遙測75
4.7總結77
4.8參考文獻77
第5章安全服務80
5.1分布式防火牆81
5.2微分段82
5.3無處不在的傳輸層安全83
5.4對稱加密85
5.5非對稱加密85
5.6數字簽名86
5.7散列86
5.8安全密鑰存儲86
5.9PUF87
5.10TCP/TLS/HTTP實現87
5.11安全隧道87
5.12VPN90
5.13安全啟動92
5.14總結93
5.15參考文獻93
第6章分布式存儲和RDMA服務95
6.1RDMA和RoCE97
6.2存儲113
6.3總結121
6.4參考文獻122
第7章CPU和領域專用硬件124
7.142年微處理器趨勢數據125
7.2摩爾定律126
7.3Dennard縮放比例定律128
7.4Amdahl定律130
7.5其他技術因素131
7.6彙總131
7.7摩爾定律是否終結132
7.8領域專用硬件132
7.9服務器的經濟性133
7.10總結134
7.11參考文獻134
第8章網卡演變136
8.1理解服務器總線137
8.2網卡實現形式比較138
8.3網卡的演變歷程143
8.4使用SR-IOV145
8.5使用Virtual I/O146
8.6定義智能網卡147
8.7總結148
8.8參考文獻148
第9章實現DS平臺150
9.1分布式服務平臺目標分析151
9.2理解制約因素155
9.3確定目標用戶157
9.4理解DSN實現158
9.5總結164
9.6參考文獻165
第10章DSN硬件架構167
10.1DSN的主要組成部分167
10.2識別硅的工藝甜點169
10.3選擇架構171
10.4眾核CPU172
10.5理解FPGA173
10.6使用ASIC175
10.7確定DSN的功耗176
10.8確定內存需求177
10.9總結179
10.10參考文獻179
第11章P4領域專用語言181
11.1P4-16版本183
11.2使用P4語言184
11.3了解可移植交換架構185
11.4P4示例185
11.5實現P4Runtime API190
11.6理解P4 INT191
11.7擴展P4192
11.8總結193
11.9參考文獻193
第12章分布式平臺的管理架構195
12.1管理控制平面的結構特征196
12.2聲明式配置197
12.3用雲原生的理念構建分布式控制平面198
12.4監測和故障排除200
12.5管理控制平面安全200
12.6部署的便利性202
12.7性能和規模203
12.8故障處理205
12.9API架構206
12.10聯邦208
12.11規模和性能測試213
12.12總結216
12.13參考文獻216

前言

寫作動機
在我與Roger Andersson和Tommi Salli共同撰寫的Cisco Unified Computing System（UCS）Data Center一書獲得成功後，我決定撰寫本書。
我將該書的出色反響歸功於其中包含了大量關於協議、技術和繫統演進的素材。該書討論了數據中心正在發生的幾個重大變化，從刀片服務器架構到以太網的主導地位，再到I/O整合的趨勢。我們還對長期的演進做了一些預測，其中有些預測被證明是正確的。
在隨後的8年中，變化的步伐急劇加快，我認為是時候寫本新書了，以提供盡可能獨立於實際產品的技術趨勢。
本書重點介紹核心服務，如分段路由、NAT、防火牆、微分段、負載均衡、SSL/TLS、VPN、RDMA、存儲，以及壓縮和加密等存儲服務。這些服務對於多用戶使用的雲非常重要，無論是私有雲、公有雲，還是混合雲，這些服務都是至關重要的組成部分。特別是，本書介紹分布式服務平臺，這些服務平臺可以通過位於不同硬件組件（如網卡、設備或交換機）中的多個服務模塊來實現。將這些服務模塊盡可能地靠近終的應用部署，可以實現高性能、低時延、低抖動、深層可觀察性和快速故障處理。
本書的讀者對像寫作動機
在我與Roger Andersson和Tommi Salli共同撰寫的Cisco Unified Computing System（UCS）Data Center一書獲得成功後，我決定撰寫本書。
我將該書的出色反響歸功於其中包含了大量關於協議、技術和繫統演進的素材。該書討論了數據中心正在發生的幾個重大變化，從刀片服務器架構到以太網的主導地位，再到I/O整合的趨勢。我們還對長期的演進做了一些預測，其中有些預測被證明是正確的。
在隨後的8年中，變化的步伐急劇加快，我認為是時候寫本新書了，以提供盡可能獨立於實際產品的技術趨勢。
本書重點介紹核心服務，如分段路由、NAT、防火牆、微分段、負載均衡、SSL/TLS、VPN、RDMA、存儲，以及壓縮和加密等存儲服務。這些服務對於多用戶使用的雲非常重要，無論是私有雲、公有雲，還是混合雲，這些服務都是至關重要的組成部分。特別是，本書介紹分布式服務平臺，這些服務平臺可以通過位於不同硬件組件（如網卡、設備或交換機）中的多個服務模塊來實現。將這些服務模塊盡可能地靠近終的應用部署，可以實現高性能、低時延、低抖動、深層可觀察性和快速故障處理。
本書的讀者對像
本書面向的讀者是所有想了解服務架構演變的IT專業人士。特別是，本書對以下人員有幫助：
網絡工程師，負責二層/三層轉發、CLOS網絡、VLAN、VXLAN、VPN和網絡服務。
雲工程師，負責多租戶、疊加網絡、虛擬交換和通用路由表。
安全專家，負責防火牆、加密、密鑰管理和零信任。
應用工程師，負責負載均衡、虛擬化和微服務架構。
高性能計算工程師，負責RDMA應用。
存儲工程師，負責NVMe和NVMe-oF，在動態和靜態狀態下進行壓縮、重復數據刪除和加密。
閱讀本書後，讀者將理解當前集中部署但離散存在的專用設備所帶來的實際問題，並將理解盡可能把服務遷移到應用中的必要性；將擁有正確的知識來評估不同的商業解決方案—通過提出相關問題來比較這些方案，並做出正確的選擇。
章節組織結構
第1章介紹對分布式服務平臺的需求。該平臺需要提供卓越的安全性、雲一樣的規模、硬件性能和低時延，同時又是軟件可編程的，並且是一個易於管理、操作和故障排除，可用於裸機、虛擬機和容器工作負載的平臺。本章探討對領域專用硬件的需求，通過領域專用語言對網絡、安全和存儲服務進行編程，以滿足日益增長的網絡處理需求，因為摩爾定律已經達到了物理學的極限。
第2章介紹雲和企業數據中心的標準網絡設計，並對以下內容做了回顧：經典交換機路由器和Hypervisor虛擬層中使用的二層/三層轉發算法，CLOS網絡和Leaf/Spine架構的要求，疊加網絡的作用及如何確保其安全，分段路由，以及設備離散分布情況下的“轉接”需求。
第3章討論公有雲、私有雲和混合雲以及虛擬化的趨勢，介紹裸機、虛擬機和容器之間的區別。首先介紹VMware和KVM等虛擬化解決方案，特別強調了它們對網絡和服務的影響；隨後介紹一種可能的實現—微服務架構和容器技術，並提供關於Docker和Kubernetes的例子；後以OpenStack和NFV的例子結束。
第4章介紹網絡虛擬化服務，從SDN和OpenFlow以及業界的一些嘗試如gRIBI等開始，然後討論DPDK、虛擬交換機、OVS、卸載技術tc-flower、DPDK RTE流、eBPF和VPP等，並試圖為這些眾多的成果提供一個分類方法，隨後介紹負載均衡和NAT等常用的服務。本章後討論關於遙測的問題。
第5章介紹安全服務。從像防火牆這樣的常用服務開始，然後討論微分段，再然後是關於對稱和非對稱加密、密鑰存儲、密鑰生成、數字證書、散列、TLS/TCP實現和VPN等安全服務的深入探討。
第6章介紹RDMA和存儲服務。RDMA誕生於高性能計算領域，但現在也被應用於企業和雲網絡中。NVMe是新的存儲標準，它取代SCSI成為高性能存儲驅動器。NVMe還疊加在RDMA上，以一種稱為NVMe over Fabric（NVMe-oF）的方式提供對存儲資源的全網訪問。NVMe-oF還可以使用TCP替代RDMA作為底層傳輸。本章通過增加基本的存儲服務（如靜態數據的加密、壓縮和重復數據刪除）來描述這種情況。
第7章討論雲和數據中心使用的服務器，特別關注了近年來性能增長趨勢的明顯放緩，需要領域專用硬件來接管服務功能；還分析了摩爾定律、Dennard縮放定律、Amdahl定律和42年的微處理器數據，以便更好地理解服務器的經濟性，幫助讀者決定如何劃分服務器功能。
第8章描述了網卡（Network Interface Card，NIC）如何從負責一次發送和接收一個數據包的簡單設備，進化到能夠有效支持多核CPU、多種類型流量、無狀態卸載、SR-IOV以及具備高級解析和分類功能的更復雜、更精密的設備。近出現的SmartNIC（智能網卡）一詞表明，網卡具備更多的處理能力，以實現從主機CPU卸載網絡處理。理解這種演變是非常重要的，因為網卡代表了分布式服務平臺的部署位置之一。
第9章介紹DS（分布式服務）平臺，概述了DS平臺的目標、約束和實現。獲得一套標準的分布式功能是將架構擴展到大量用戶的關鍵，同時提供可擴展性並保持低時延、低抖動和小的CPU負載。本章比較了綠地（Green Field）和棕地（Brown Field）部署場景

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