百度智能云可编程网关技术升级，为AI原生云打造10T级高速智能云网络

Posted 2022-01-03 百度大脑

随着数字化转型和智能化升级的加速，更多的企业级应用开始基于多云、混合云、边缘云等新模式构建，比如自动驾驶、车路协同、物联网、电商、视频、游戏等。这些应用对网络提出了更高的要求，尤其是对云网关产生了重大挑战：

• 面对动辄 T 级别的带宽需求，以及业务流量突发的场景，采用传统 x86集群方案会导致集群规模超大，容易出现扩容周期长、集群流量负载不均等问题。

• 面对边缘节点的机房空间和能耗均有限的问题，统一各类网关设备，减少对机架位的占用，同时降低能耗以符合碳达峰的要求，成为必须解决的难题。

为了更好地应对以上挑战，百度智能云推出了基于可编程硬件的新一代云网关技术方案，并对专线网关、云智能网、边缘计算节点、弹性公网 IP、流日志等产品进行了升级，满足 AI 原生云时代10T 级别的数据流通和管理需求。

百度智能云网关从1.0到3.0的技术演进

最早的网关采用专用硬件实现。随着对灵活性的需求以及 X86能力的提升，网关逐步从专有硬件转变为 X86集群。

在人工智能、大数据应用的普及下，数据流通量级大幅增长，单纯依靠 X86服务器集群已经难以应对成百倍的带宽增长。业界普遍开始采用软件+硬件 Offload 加速的方案。这也是百度智能云网关1.0的技术方案。

多云、混合云、边缘云等新的云计算架构的应用，数据流通量级继续爆发式增长，导致软件+硬件 Offload 加速的方案也难以满足需求，业界开始尝试采用可编程硬件解决问题。

百度智能云基于可编程硬件升级了自己的技术方案，相继推出了网关2.0和3.0技术方案。

其中，网关2.0技术方案，对中心云的相关网络产品进行了全面升级，已经规模化部署上线。网关3.0技术方案，通过引入新的 UNP 架构，将带宽能力升级了一倍，业务表项能力升级了百倍，在边缘云和中心云已逐步开始落地。

应对客户不同场景需求的产品家族

我们将在下文对应用了百度智能云网关2.0、3.0技术方案的产品进行介绍，包括新特性和典型案例。

多云互联场景：专线网关

专线网关是 VPC 打通用户 IDC 或者多云之间实现内网互联的重要产品。为了满足客户对专线的海量带宽和频繁扩容的需求，百度智能云的专线网关通过可编程硬件部分负责处理海量带宽、低时延、有限配置规模场景下的业务流量，对于其他流量不大的场景则全部交由 X86软件网关处理。

>> 客户实践案例：

某电商客户采用多云战略，在百度智能云和友商云之间搭建了10T 级带宽的混合云专线。曾经至少需要600台 X86软件网关集群，现在只需要16台可编程硬件网关即可实现多云间的海量资源对大吞吐带宽、超稳低时延的需求。

跨地域互联场景：云智能网

云智能网 CSN 实现了不同地域 VPC 之间、VPC 与本地数据中心之间的高性能、低延迟的网络互通。客户可以基于云智能网打造企业级云上全球一张网。相比传统的对等连接方式，云智能网的组网更加灵活。通过可编程硬件网关 TGW，云智能网提供高吞吐接入的同时，也提供了灵活的路由策略和网络 QoS 等能力，并且可以利用百度智能云的骨干网实现多 VPC 跨地域互联的智能选路优化。

>> 客户实践案例：

某金融客户通过云智能网 CSN 打通了云中心地域和边缘节点的算力和存储资源，并提供 T 级别的网络吞吐能力，实现了全国范围的业务部署和近源计算。

流量智能调度场景：弹性公网 IP

弹性公网 IP 为用户提供公网接入服务。通过可编程硬件网关 EGW 可满足超大公网带宽的访问需求，并可以在不同业务需求下灵活调度流量。部分高吞吐的弹性公网 IP 流量直接通过 EGW 设备实现快速路径转发处理，节约大量慢速路径的X86机器，同时缩小故障域、降低时延、减轻服务器间负载不均的问题；通过流量特征识别，EGW 可以将公网流量按指定规则导流到不同的X86软件网关集群，从而实现故障域隔离或专属集群调度，典型场景如异常大象流的治理。

>> 客户实践案例：

某制造业客户计算资源被劫持，对外实施 DDoS 攻击，占用较大网关处理能力导致正常业务丢包。通过弹性公网 IP 的流量特征识别的能力，及时治理了问题流量，避免影响其他用户，最大限度地降低用户损失。

10T 级别流量分析场景：流日志

流日志用于记录 VPC 中云服务器、负载均衡、NAT 网关等实例发送和接收的网络流信息，方便用户进行流量分析、可视化、故障诊断以及网络架构优化。百度智能云的公网、专线、跨地域等边界网关在实现了硬件化转发的同时，提升了网络诊断能力，支持流量的全量镜像或者按比例镜像分析，具备流粒度的精细化统计和安全审计功能。

>> 客户实践案例：

某电商客户混合云场景下，流日志满足了数十 T 级别专线，1000万级 IP 地址对的实时流量分析、topN 展示、公网流量来源分地域统计和网络攻击行为审计等业务需求。

超低成本的网关资源整合场景：边缘计算节点

边缘计算节点提供一站式靠近终端用户的弹性计算资源。边缘场景下，云边互联、边边互联需要云网络提供高质量的统一接入和管理服务。百度智能云基于可编程硬件的网关3.0技术方案，打造了 UNP（Universal Networking Platform ）平台，实现一套可定制硬件基础平台输出多种产品形态 ，兼顾软件灵活性和硬件高性能，实现“超高带宽 + 超低延时 + 超大表项”的软硬一体化超融合系统，覆盖公有云 IDC、边缘计算、Local compute cluster 等场景。

UNP 实现控制面容器化部署+转发面可编程硬件加速，同时 CPU 和可扩展 NIC 配合实现密钥协商、IPsec 加解密以及 CPU 配合可编程硬件实现 DDoS 等安全功能，可以敏捷、灵活应对业务快速变化。

>> 客户实践案例：

在百度智能云的边缘计算节点，我们通过引入 UNP 平台，对原本职责不同的众多网关进行整合，使所需网关机器的数量缩减了80%。

百度智能云网关3.0的核心优势

百度智能云的网关2.0和3.0技术方案，相比1.0，在产品性能、弹性、能耗显著提升：

• 容量：单集群几百 G 升级为几十 T，集群机器数目反而大幅度下降

• 时延：30us 降至1us，长尾几乎消失，转发更快速。

• 丢包率：十万分之一降至数亿分之一，网络更可靠

• 线速能力：256字节降至150字节，网络更稳定

• 扩容排期：月级别降至周级别，弹性能力更强

• 扩容频度：季度级别降至年级别，水位冗余度提升

• 能耗：单 T 能耗下降90%以上，现在每 T 仅需不到200w 能耗，实现碳减排

虽然可编程硬件的网关技术带来了各项指标的大幅提升，但是相比 X86的几百 GB 的内存，可编程硬件的存储空间缩小为几百 Mb。容器场景下辅助 IP 的大量运用导致系统的表项规模产生了十倍乃至百倍的跃增，此时可编程硬件在表项容量上的紧缺成为了新的问题。

百度智能云运用多种手段，包括架构升级、单机优化、硬件升级等，将有限的存储运用到极致，实现同等硬件条件下部分关键表项容量提升10倍，并具备分集群扩展能力，满足高性能的云原生网络需求。

百度智能云致力于打造可靠、高速、智能的云网络，让上云更简单。