在IT行业，软硬件始终在不停向前发展，偶尔还会出现革命性的“巨大飞跃”，虚拟分布式路由（Virtual distributed routing，VDR）就是其中之一。本文概述了VDR将如何给现有网络市场带来巨大冲击。
当今的互联网
在过去的30年中，全球互联网的建设和发展取得了巨大的进步，曾经只能出现在科幻电影中的场景现在已经成为了日常生活的一部分。但是，今天的互联网也面临着巨大的压力，这些压力来自于前所未有的连接设备的增长，空前的带宽和巨大的设备计算需求，以及对延迟、性能和支付能力有不同需求的新兴用例。根据Statistica的数据，预计到2030年，全球互联网连接设备将超过500亿台。
2019年，网络产业的总收入超过600亿美元(2020年的数据尚未公布)。目前市场上许多领先的网络行业解决方案仍然在沿用有数十年历史的垂直集成嵌入式系统。而在计算领域，这种专用的嵌入式系统模型早已随着从大型机到高端服务器再到商用服务器集群的逐步过渡成为了过去式。现在需要新一代的网络解决方案来满足对网络可扩展性、成本、可靠性和操作简单性的长足需求。
当今移动宽带互联网的基本要素包含：
- 强大的终端：智能手机；笔记本电脑；服务器
- 快速接入网络：移动/无线；住宅宽带传输
- 大容量骨干网：用于传输的城域和长途光纤
- 大规模数据中心：足球场大小的公有和私有云，用于共享计算和存储的私有云
尽管对于我们大多数人来说看不见也摸不着，但是以太网交换和IP路由等网络技术确实是我们日常生活的基础。网络技术选择一条最佳路径，然后将我们的信息传送到多个网络之间，或者跨越多个网络到达我们需要去的地方，这就是“邮政服务(postal service)” ，它是世界上所有信息、通信和娱乐基础设施的组成部分。网络解决方案是通过软硬件之间的协作来实现的，BGP，OSPF，IS-IS，SRv6，IPv6等大量“协议”定义了互联网的功能。这些协议定义了数据包如何从一个节点移动到另一个节点，如何通过节点从一端到另一端，并帮助创建了互联网的中枢神经系统。
在互联网发展的早期，一个常见的说法是“尽可能交换，必要时路由”。如今，随着唯一可寻址的IP地址数量猛增至数百亿，这条经验法则已经变成了“尽可能路由，必要时交换”。路由技术原本是核心骨干网技术，现在已经成为数据中心从顶端到边缘乃至多云环境中无处不在的存在。
为什么传统路由器必须转变
核心路由器是关键任务的核心基础设施。在确保系统可靠性的同时需要不降低规模、速度、效率或操作延迟是一项艰巨的任务。传统路由器是通过特制的、基于机箱的嵌入式系统来应对这一挑战。这种方法的问题在于：
- 资源利用率低：需要预先购买8个或16个插槽的机箱，但后期有可能没有被充分利用到；
- 线性资本支出和运营支出增加：线性许可模式导致线性运营支出增加，定制（非商业）芯片以及商用芯片灵活性的不足导致线性资本支出增加；
- 专有解决方案和封闭的生态系统：厂商锁定限制了满足当前市场需求/趋势所需的创新；
- 软件质量差：不断增加的网络/业务中断几乎都是来自于传统软件
类似的淘汰模式我们之前也有看到过。曾几何时，人类网络成就的最高点是电信中央办公交换系统。AT＆T/Lucent 5ESS和Nortel DMS交换机等产品构成了全球公用电话交换网的中枢神经系统。随着时间的推移，他们的软件基础规模不断扩大，变得异常脆弱，最终因不堪重负而走向死亡。
为什么虚拟分布式路由是一个巨大的飞跃
虚拟分布式路由源于域路由技术。底层通信服务提供商往往面临着传统网络设计的固有问题，每当核心路由器机箱的插槽耗尽时，他们就需要花一大笔钱从现有的供应商那里购买一个新的机箱，想要通过升级来获得新的特性或速度的提升非常困难。
VDR通过其分布式Clos模型解决了这些问题，它可以在多代硬件和软件之间实现弹性扩展。VDR改变了物理机箱的命运，实现了弹性SLA。通过将控制平面和分析平面从物理机箱中的控制器卡移至独立的计算集群，VDR能够将网络服务与物理机箱约束分离开来。这使得可以在任何时间、任何地点部署任何网络服务。
据悉，Arrcus已经研发了世界上第一台基于软件的、虚拟化的、分布式和大规模可扩展的路由器。Arrcus VDR由三个主要功能模块组成：
第一部分是底层数据平面数据包转发和交换结构，运行在最先进的商用硅芯片上，例如Broadcom的Ramon和Jericho ASIC。硬件抽象层极大地简化了ArcOS网络操作系统向下一代分组转发和交换硬件解决方案的转化过程。
第二部分是管理分布式结构的控制平面集群。下一代互联网核心具有独立的规模控制平面逻辑，能够以创纪录的路有收敛时间扩展到数千亿个唯一可寻址IP地址。
第三部分是深度可见性集群，它能够确保一个运行状况良好、高度可用且自动化的系统，可提供自我配置和自我修复的网络。
这三个功能模块协同工作可带来以下好处：
- VDR是一种分布式Clos拓扑，可以扩展到至少7,680个100 Gb /秒的端口（或1,920 400 Gb /秒的端口）。因此，它的扩展能力远远超出了市场上现有的核心路由器系统。
- VDR是按需付费的，运营商可以从一张40端口100 Gb /秒的“线卡”开始，然后根据业务需求将fabric扩展到48个“线卡”和13个“线卡”。
- VDR是开放的，它使用OpenConfig，YANG和基于标准的API，因此，第三方运营支持系统平台可以与其无缝集成。
- VDR操作简单，它具有单一的管理和控制点。
- 通过使用Kubernetes对容器化的系统组件进行编排，VDR可以实现按需、横向扩展以及最佳的资源利用。
- VDR在架构和控制平面群集中运行ArcOS。 ArcOS是一个高度可扩展的64位网络操作系统（NOS），它能够扩展到超过1亿条网络路径，并且比市场上其他供应商的收敛速度都快得多。
- VDR在深度可见的群集中运行ArcIQ。 ArcIQ是一个智能监视和分析引擎，不仅提供深度可见性，还提供预测性分析和见解。
下表总结了Arrcus的VDR实现与传统路由器以及各种开源软件的对比:
思科成立于1984年12月，是网络行业的巨头公司；Juniper Networks成立于1996年2月，成功地将思科的核心路由器垄断变成了双头垄断；Arista Networks成立于2004年10月，该公司的观点是商用网络芯片已经变得足够高效，不再需要专用的ASIC开发，思科的以太网交换地位可能会因此而受到挑战；华为目前面对着各种巨大阻力，但仍在网络市场上占据了相当一部分份额。
不过，所有老牌的巨头厂商都面临着这样一个问题，即为实现特地的目的而制造复杂专用的机器，成本高且难以扩展，同时还伴随着厂商锁定。
创新的开始往往也意味着某个时代的结束。谷歌构建大规模可扩展的分布式计算机的创新为现代云技术铺平了道路。它标志着像Sun Microsystems这样的大型服务器供应商的终结。历史正在重演，几年后，谷歌认为传统的交换和路由解决方案无法满足其业务需求，并且意识到基于专用的ASIC开发会导致硬件成本增加3到4倍。 于是，谷歌、Facebook和AWS等企业做出了响应，使用自己的NOS，按照自己的规格配置白盒硬件。
这带来了迫切的NOS市场需求。核心路由器市场对于许多公司而言并不好，像Juniper和Arista这样的公司都是花费了很多年时间才投入到骨干网的生产部署中。而Arrcus只花费了相对一半的时间就成功攀上了骨干网。目前ArcOS是第一个也是唯一一个可供任何人使用的网络操作系统，它具有模块化的可扩展性，能够真正实现从数据中心到边缘再到多云的统一。
