OpenBox網(wǎng)絡全功能可編程平臺：工欲善其事，必先利其器！
發(fā)布時間：2021-03-09
阿基米德說：“給我一個杠桿我能翹起整個地球！”
我覺得：“給我一臺OpenBox設備我能改變整個網(wǎng)絡！”
牛皮吹大了，肯定會破。但牛皮吹多了，肯定會信。不管是自己還是別人！
FAST是一個與平臺無關的開源架構,根據(jù)FAST原理和規(guī)范實現(xiàn)的CPU ＋ FPGA 異構網(wǎng)絡設備形態(tài)都屬于FAST平臺。點擊此處了解FAST——開源、開放、高速、高效。
OpenBox是湖南新實全力打造的一款面向計算機網(wǎng)絡實驗科研與教學平臺設備的品牌型號，是基于FAST架構實現(xiàn)的一種支持軟硬件全功能編程的網(wǎng)絡實驗開發(fā)平臺。物如其名，其設備外觀如白色，盒狀；小巧，精致；氣質樸素，純潔。其系統(tǒng)結構為典型的多核CPU＋FPGA異構形式，輔以一個控制平臺以太網(wǎng)接口和4個數(shù)據(jù)平臺以太網(wǎng)接口。系統(tǒng)搭建遵循FAST架構規(guī)范，在多核CPU軟件側運行普通Linux系統(tǒng)、通用SOCKET應用、FAST軟件開發(fā)環(huán)境和FAST應用。在FPGA硬件側運行平臺相關FPGA OS邏輯和用戶模塊邏輯。軟件使用C語言編程，硬件使用Verilog語言編程。OpenBox也本著開源、開放、高速和高效的原則為國內(nèi)外近百家高校和科研院所提供平臺定制、功能定制、協(xié)議定制、案例定制和全方位的使用培訓、開發(fā)服務等功能。
軟件也編程，硬件也編程，軟硬都可以編程。如果您不想編程，這平臺可能不適合您折騰。建議您換個頻道試試？我就想打造一個完全服從自己的網(wǎng)絡世界，這才是真正的定義網(wǎng)絡。
一臺OpenBox設備就是一個完整的支持軟硬件全功能編程的網(wǎng)絡實驗平臺，平臺提供了軟硬件二開發(fā)環(huán)境和大量應用開發(fā)案例，用戶可以在上面進行軟硬件任何位置的編程開發(fā)。
一臺OpenBox設備就能改變整個網(wǎng)絡？這個牛皮顯然是吹大了，但還不致于會破。怎么做？我們絕對不會。下面說點我們平臺會的。
1，編程語言
OpenBox設備是一臺小型嵌入式主機，擁有完整的操作系統(tǒng)和相關外設。其操作系統(tǒng)已經(jīng)升級到ubuntu版本，開源庫中支持的開發(fā)語言基本上都可以在該平臺使用。如C、C++、shell、perl、Python等等。
2，嵌入式開發(fā)
我本是個嵌入式主機，在我上面做的開發(fā)當然是嵌入式的開發(fā)，還包括驅動移植等，如網(wǎng)絡驅動、GPIO、UART等等。
3，網(wǎng)絡服務搭建
apt-get install something。直接搭建和配置你想要的服務器。如FTP服務器、NFS服務器、HTTP服務器和DHCP服務器等等。
4，網(wǎng)絡協(xié)議編程
A. 系統(tǒng)命令或工具：arp、route、ping、ftp、curl、iperf和tcpdump等。通過系統(tǒng)命令或工具產(chǎn)生或接收指定協(xié)議的數(shù)據(jù)包；查看并分析協(xié)議格式內(nèi)容；通過其修改網(wǎng)絡協(xié)議的數(shù)據(jù)內(nèi)容或處理行為；
B. 用戶態(tài)協(xié)議編程：使用libpcap和libnet兩個開發(fā)庫實現(xiàn)網(wǎng)絡協(xié)議的ETH、ARP、IP、ICMP、TCP、UDP等協(xié)議內(nèi)容的定義與構造，實現(xiàn)與對應網(wǎng)絡協(xié)議層次通信。libpcap的分組獲取方式是接口所有流量送到CPU，通過libpcap的內(nèi)核過濾器篩選后轉發(fā)用戶態(tài)處理；
C. 用戶態(tài)協(xié)議FAST編程：基于FAST軟件開發(fā)環(huán)境與編程接口，實現(xiàn)對網(wǎng)絡分組數(shù)據(jù)的硬件篩選，截取分派到指定軟件應用編程處理，用戶可以自定義其輸出格式內(nèi)容與轉發(fā)端口控制（單播、多播或組播）。分組內(nèi)容包含完整以太網(wǎng)幀，支持各層級完整協(xié)議解析與重組，且只從硬件提取用戶關心的小部分特征分組流送用戶態(tài)處理。如實現(xiàn)用戶態(tài)ARP功能應用、用戶態(tài)PING功能應用和用戶態(tài)DNS防御功能等。收發(fā)任意用戶自定義網(wǎng)絡分組數(shù)據(jù)幀格式都可以，也就是說從二層自定義、三層自定義到其他任何分組協(xié)議層的定義內(nèi)容均可以；
D. 內(nèi)核態(tài)協(xié)議編程：實現(xiàn)諸如ARP內(nèi)核模塊、ICMP內(nèi)核模塊功能，類IP層模塊、類UDP模塊。在內(nèi)核插入一個能處理ARP協(xié)議的模塊，添加一個類似IP層協(xié)議功能的模塊（處理以太網(wǎng)幀類型為自己定義的內(nèi)核模塊），添加一個類似UDP層協(xié)議功能模塊（處理IP層協(xié)議字段為自己定義的內(nèi)核模塊）。
5，網(wǎng)絡原型系統(tǒng)
軟件二層交換機：根據(jù)二層交換原理，僅使用FAST用戶態(tài)API接口編程，設計與實現(xiàn)一個二層以太網(wǎng)交換機原型系統(tǒng)，支持多端口分組數(shù)據(jù)交換功能，實現(xiàn)基本的單播與廣播功能，支持MAC轉發(fā)表老化；
硬件二層交換機：將軟件二層交換的學習與老化功能留在CPU軟件端處理，學習好MAC表后，配置到硬件FPAG的轉發(fā)流表中，實現(xiàn)在硬件完成分組解析、MAC查表與輸出轉發(fā)功能；
軟件三層路由器：根據(jù)三層路由原理，基于FAST設計與實現(xiàn)一個路由器原型系統(tǒng)，實現(xiàn)設備接口的ARP請求與響應功能、分組三層解析與修改、FIB查表和二層替換等功能。支持控制平面（轉交協(xié)議棧）與數(shù)據(jù)平面分開處理，實現(xiàn)基本的路由轉發(fā)功能；
硬件三層路由器：將軟件三層路由器的控制平臺留在CPU軟件端處理，并安裝Quagga路由學習軟件，將路由學習的FIB表及鄰接表內(nèi)容更新到硬件FPGA的相關表項，實現(xiàn)路由器的數(shù)據(jù)平面完全硬件卸載處理；
軟件SDN交換機：根據(jù)OpenFlow協(xié)議1.3版本實現(xiàn)一個精簡的SDN交換機，協(xié)議通道支持與Floodlight控制器互聯(lián)，數(shù)據(jù)平面支持IPv4和IPv6的分組匹配和轉發(fā)功能；
高精度硬件測量：由軟件構造測量報文并配置測量報文的發(fā)送時間及間隔，然后提交給硬件發(fā)送，硬件發(fā)送成功后可獲取每個報文的硬件輸出時間。再等待測量報文返回，在接口標記其硬件輸入時間后轉發(fā)給測量軟件。最后由軟件計算測量數(shù)據(jù)。由于測量數(shù)據(jù)均由硬件控制，其時間精度可達到ns級別。發(fā)包間隔設置為固定長度，可在對端網(wǎng)絡測量網(wǎng)絡抖動，間隔設置為零，則可以測量網(wǎng)絡的實時帶寬；
硬件SDN交換機：將OpenFlow的協(xié)議通道留在CPU軟件端完成，實現(xiàn)同步控制器下發(fā)的FLOW_MOD消息內(nèi)容到硬件FPGA的轉發(fā)流表，在硬件完成分組的解析、查表和執(zhí)行動作等功能；
SDN拓撲測量：根據(jù)LLDP協(xié)議和BBDP協(xié)議測量純SDN網(wǎng)絡環(huán)境與跨SDN網(wǎng)絡環(huán)境的拓撲。支持用戶自定義拓撲探測協(xié)議數(shù)據(jù)的分發(fā)與采集；
基于OVS的SDN交換機：軟件運行OVS，并將OVS的內(nèi)核快速路徑流表卸載到硬件FPGA邏輯中，軟件實現(xiàn)OVS流表與硬件流表同步更新。
軟件LISP路由器：根據(jù)LISP工作原理，在軟件三層路由器基礎上增加對LISP功能的支持，每個RLOC節(jié)點啟動后均自動與MS/MP注冊，獲取全網(wǎng)RLOC與EID的映射信息。支持各RLOC下任意EID節(jié)點之間互聯(lián)互通；
軟件段路由：根據(jù)段路由（segment routing，SR）工作原理，在軟件三層路由器基礎上增加對段路由功能支持，支持用戶在路由實驗網(wǎng)中任意配置分段跳轉路由功能；
軟件網(wǎng)絡編碼路由（暫未開源）：感興趣的朋友可上網(wǎng)搜索網(wǎng)絡編碼路由相關資料；
時間敏感網(wǎng)絡系統(tǒng)（暫未開源）：包含時間敏感網(wǎng)絡交換機與主機節(jié)點，各節(jié)點之間可動態(tài)靈活組網(wǎng)，時間同步自動完成。節(jié)點支持SDN流表轉發(fā)配置，輸出端口支持8個TT隊列，可將一條流在不同交換節(jié)點映射到不同優(yōu)先級隊列調(diào)度輸出。隊列調(diào)度支持Qbv，可配置多種調(diào)度模式使用。主機節(jié)點加載高實時操作系統(tǒng)及實時驅動與協(xié)議棧，與交換機時間同步、調(diào)度同步。
1，技術支撐與培訓
平臺提供免費的軟硬件源碼、開發(fā)環(huán)境、示例應用源碼及相關文檔。面向項目組建專屬服務微信群，提供免費培訓，講解和剖析平臺原理構架、實現(xiàn)方法、開發(fā)流程和調(diào)測試步驟。免費為用戶提供設計、開發(fā)指導及關鍵技術快速實現(xiàn)與測試驗證。
2，專屬定制服務
A. 系統(tǒng)架構：CPU可選：Intel、飛騰和龍芯；FPGA可選：Inetl、Xilinx和國產(chǎn)型號；
B. PCB器件：部分解決方案器件可實現(xiàn)全國產(chǎn)化；
C. 設備外形：網(wǎng)卡、板卡模塊、獨立1U/2U機箱、ATCA或VPX等；
D. 設備接口：網(wǎng)口支持1G、10G、40G和100G，串口（或轉RJ45）、USB口、JTAG調(diào)試口；
E. 操作系統(tǒng)：開源Linux或國產(chǎn)Linux；
F. 內(nèi)核模塊及應用：PCIe驅動、以太網(wǎng)驅動、協(xié)議棧內(nèi)核模塊、協(xié)議棧用戶模塊和協(xié)議應用；
G. 原型系統(tǒng)：交換、路由、SDN、TSN，根據(jù)用戶需求定制開發(fā)；
H .硬件卸載加速：高精度測量、TOE、根據(jù)用戶需求定制開發(fā)。
OpenBox平臺為您提供了可以在網(wǎng)絡分組各個層次對分組數(shù)據(jù)進行解析、處理、封裝和自定義的能力，允許用戶在硬件FPAG、軟件內(nèi)核態(tài)和用戶態(tài)各環(huán)境下面處理和定義分組數(shù)據(jù)。同時還允許分組數(shù)據(jù)在軟件、內(nèi)核、用戶態(tài)自由靈活循環(huán)分派、處理和轉發(fā)。總有一個層次是適合您設計的，總有一個環(huán)境是適合您去開發(fā)的，總有一條分組處理流水線是可以滿足您業(yè)務或創(chuàng)新需求的。
OpenBox平臺助力您在網(wǎng)絡學習、競賽、教學和科研各領域的原理驗證與創(chuàng)新設計中迅速領跑、高速騰飛和極速穿越。
未來網(wǎng)絡因您的設計而變得更加美好！
FAST官網(wǎng)：
www.fastswitch.org。
湖南新實網(wǎng)絡官網(wǎng)：
www.godcontrolseverything.com。
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