OpenBox網絡全功能可編程平臺：工欲善其事，必先利其器！
發布時間：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FAST原理和規范實現的CPU ＋ FPGA 異構網絡設備形態都屬于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架構實現的一種支持軟硬件全功能編程的網絡實驗開發平臺。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接口和4個數據平臺以太網接口。系統搭建遵循FAST架構規范，在多核CPU軟件側運行普通Linux系統、通用SOCKET應用、FAST軟件開發環境和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外近百家高校和科研院所提供平臺定制、功能定制、協議定制、案例定制和全方位的使用培訓、開發服務等功能。
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絡世界，這才是真正的定義網絡。
一臺OpenBox設備就是一個完整的支持軟硬件全功能編程的網絡實驗平臺，平臺提供了軟硬件二開發環境和大量應用開發案例，用戶可以在上面進行軟硬件任何位置的編程開發。
一臺OpenBox設備就能改變整個網絡？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和相關外設。其操作系統已經升級到ubuntu版本，開源庫中支持的開發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
我本是個嵌入式主機，在我上面做的開發當然是嵌入式的開發，還包括驅動移植等，如網絡驅動、GPIO、UART等等。
3，網絡服務搭建
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，網絡協議編程
A. 系統命令或工具：arp、route、ping、ftp、curl、iperf和tcpdump等。通過系統命令或工具產生或接收指定協議的數據包；查看并分析協議格式內容；通過其修改網絡協議的數據內容或處理行為；
B. 用戶態協議編程：使用libpcap和libnet兩個開發庫實現網絡協議的ETH、ARP、IP、ICMP、TCP、UDP等協議內容的定義與構造，實現與對應網絡協議層次通信。libpcap的分組獲取方式是接口所有流量送到CPU，通過libpcap的內核過濾器篩選后轉發用戶態處理；
C. 用戶態協議FAST編程：基于FAST軟件開發環境與編程接口，實現對網絡分組數據的硬件篩選，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容與轉發端口控制（單播、多播或組播）。分組內容包含完整以太網幀，支持各層級完整協議解析與重組，且只從硬件提取用戶關心的小部分特征分組流送用戶態處理。如實現用戶態ARP功能應用、用戶態PING功能應用和用戶態DNS防御功能等。收發任意用戶自定義網絡分組數據幀格式都可以，也就是說從二層自定義、三層自定義到其他任何分組協議層的定義內容均可以；
D. 內核態協議編程：實現諸如ARP內核模塊、ICMP內核模塊功能，類IP層模塊、類UDP模塊。在內核插入一個能處理ARP協議的模塊，添加一個類似IP層協議功能的模塊（處理以太網幀類型為自己定義的內核模塊），添加一個類似UDP層協議功能模塊（處理IP層協議字段為自己定義的內核模塊）。
5，網絡原型系統
軟件二層交換機：根據二層交換原理，僅使用FAST用戶態API接口編程，設計與實現一個二層以太網交換機原型系統，支持多端口分組數據交換功能，實現基本的單播與廣播功能，支持MAC轉發表老化；
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的轉發流表中，實現在硬件完成分組解析、MAC查表與輸出轉發功能；
軟件三層路由器：根據三層路由原理，基于FAST設計與實現一個路由器原型系統，實現設備接口的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（轉交協議棧）與數據平面分開處理，實現基本的路由轉發功能；
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表及鄰接表內容更新到硬件FPGA的相關表項，實現路由器的數據平面完全硬件卸載處理；
軟件SDN交換機：根據OpenFlow協議1.3版本實現一個精簡的SDN交換機，協議通道支持與Floodlight控制器互聯，數據平面支持IPv4和IPv6的分組匹配和轉發功能；
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送時間及間隔，然后提交給硬件發送，硬件發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給測量軟件。最后由軟件計算測量數據。由于測量數據均由硬件控制，其時間精度可達到ns級別。發包間隔設置為固定長度，可在對端網絡測量網絡抖動，間隔設置為零，則可以測量網絡的實時帶寬；
硬件SDN交換機：將OpenFlow的協議通道留在CPU軟件端完成，實現同步控制器下發的FLOW_MOD消息內容到硬件FPGA的轉發流表，在硬件完成分組的解析、查表和執行動作等功能；
SDN拓撲測量：根據LLDP協議和BBDP協議測量純SDN網絡環境與跨SDN網絡環境的拓撲。支持用戶自定義拓撲探測協議數據的分發與采集；
基于OVS的SDN交換機：軟件運行OVS，并將OVS的內核快速路徑流表卸載到硬件FPGA邏輯中，軟件實現OVS流表與硬件流表同步更新。
軟件LISP路由器：根據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節點啟動后均自動與MS/MP注冊，獲取全網RLOC與EID的映射信息。支持各RLOC下任意EID節點之間互聯互通；
軟件段路由：根據段路由（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中任意配置分段跳轉路由功能；
軟件網絡編碼路由（暫未開源）：感興趣的朋友可上網搜索網絡編碼路由相關資料；
時間敏感網絡系統（暫未開源）：包含時間敏感網絡交換機與主機節點，各節點之間可動態靈活組網，時間同步自動完成。節點支持SDN流表轉發配置，輸出端口支持8個TT隊列，可將一條流在不同交換節點映射到不同優先級隊列調度輸出。隊列調度支持Qbv，可配置多種調度模式使用。主機節點加載高實時操作系統及實時驅動與協議棧，與交換機時間同步、調度同步。
1，技術支撐與培訓
平臺提供免費的軟硬件源碼、開發環境、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、實現方法、開發流程和調測試步驟。免費為用戶提供設計、開發指導及關鍵技術快速實現與測試驗證。
2，專屬定制服務
A. 系統架構：CPU可選：Intel、飛騰和龍芯；FPGA可選：Inetl、Xilinx和國產型號；
B. PCB器件：部分解決方案器件可實現全國產化；
C. 設備外形：網卡、板卡模塊、獨立1U/2U機箱、ATCA或VPX等；
D. 設備接口：網口支持1G、10G、40G和100G，串口（或轉RJ45）、USB口、JTAG調試口；
E. 操作系統：開源Linux或國產Linux；
F. 內核模塊及應用：PCIe驅動、以太網驅動、協議棧內核模塊、協議棧用戶模塊和協議應用；
G. 原型系統：交換、路由、SDN、TSN，根據用戶需求定制開發；
H .硬件卸載加速：高精度測量、TOE、根據用戶需求定制開發。
OpenBox平臺為您提供了可以在網絡分組各個層次對分組數據進行解析、處理、封裝和自定義的能力，允許用戶在硬件FPAG、軟件內核態和用戶態各環境下面處理和定義分組數據。同時還允許分組數據在軟件、內核、用戶態自由靈活循環分派、處理和轉發?？傆幸粋€層次是適合您設計的，總有一個環境是適合您去開發的，總有一條分組處理流水線是可以滿足您業務或創新需求的。
OpenBox平臺助力您在網絡學習、競賽、教學和科研各領域的原理驗證與創新設計中迅速領跑、高速騰飛和極速穿越。
未來網絡因您的設計而變得更加美好！
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www.elizabethchiang.com。
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