阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊ACM SIGCOMM 2021續(xù)創(chuàng)佳績

連續(xù)三年入選國際頂會，彰顯了阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊的技術(shù)沉淀和強大的研發(fā)實力。

SNA計算平臺已在阿里云各個場景規(guī)模部署，例如網(wǎng)絡(luò)可視化、邊緣云超融合網(wǎng)關(guān)、安全、高性能、以及云網(wǎng)關(guān)等。

XLINK已集成在手淘完成了大規(guī)模測試，測試結(jié)果優(yōu)異，即將開源XLINK的整體架構(gòu)和協(xié)議，將著力與整個業(yè)界一同打造多路徑QUIC協(xié)議，為消費者提供更好的體驗。

近日，SIGCOMM 2021論文錄取結(jié)果公布， 阿里云網(wǎng)絡(luò)以三篇論文命中的驕人戰(zhàn)績向世人展示著來自東方的創(chuàng)新風(fēng)暴，也續(xù)寫了阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊從2019年開始與SIGCOMM 不間斷的“緣分”！

SIGCOMM，全稱Special Interest Group on Data Communication，是目前國際通信網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的頂尖會議，也 是全球最頂尖科研機構(gòu)、高校和互聯(lián)網(wǎng)公司展示自身最先進技術(shù)和經(jīng)驗，帶領(lǐng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)各個領(lǐng)域向前發(fā)展的年度盛會。2019年，阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊在SIGCOMM上實現(xiàn)了主會論文的首次歷史性突破，2020年，4篇論文入選震動了網(wǎng)絡(luò)界，今年又再中三元。連續(xù)三年入選國際頂會，也彰顯了阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊的技術(shù)沉淀和強大的研發(fā)實力。

與一般學(xué)術(shù)論文不同的是，此次入選的三篇論文 不但有創(chuàng)新性想法，更重要的是將理論落地，運用在阿里的具體產(chǎn)品中，為用戶帶來技術(shù)普惠。下面我們將近距離看一下，這三顆阿里網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的“明珠”到底憑什么秘訣得到SIGCOMM評委的青睞。

01、Aquila：阿里云可編程異構(gòu)計算驗證器

可編程交換芯片（programmable switching ASIC）自 2015年問世以來，就受到了全球幾乎所有云網(wǎng)絡(luò)公司及科研學(xué)術(shù)界的極大關(guān)注與歡迎。它可以看做是 一種異構(gòu)計算硬件，其本質(zhì)是通過對交換機芯片的編程，將原本依賴CPU計算的軟件版網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用“卸載”到交換芯片硬件上，從而獲得高達T級的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包處理能力，極大提升網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的帶寬且降低延遲；同時，由于可編程芯片的靈活可編程性，開發(fā)人員可以像軟件開發(fā)一樣靈活地的定制交換芯片的處理邏輯。當(dāng)前的主流芯片廠商已紛紛推出了各自的可編程芯片，利用可編程芯片來加速基礎(chǔ)設(shè)施的處理能力已被認為是未來一條重要的技術(shù)方向。

然而，在過去幾年，雖然學(xué)術(shù)界同仁發(fā)表了大量利用可編程芯片實現(xiàn)各種應(yīng)用的論文，卻從未看到任何云網(wǎng)絡(luò)公司大規(guī)模部署可編程芯片的實例。究其原因，主要 由于該技術(shù)尚屬于較為前沿階段，雖然其價值被廣泛認可，但其部署效率、穩(wěn)定性等都存在諸多技術(shù)挑戰(zhàn)和開放性難題，因此令很多科技公司望而卻步。

阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊作為可編程網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的早期發(fā)起者和推動者，多年以來一直致力于在整個可編程網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和生態(tài)平臺上做出突破性的工作，帶動整個產(chǎn)業(yè)向前發(fā)展。在阿里云諸多工作中，“太玄OS”可編程網(wǎng)絡(luò)開發(fā)、驗證、測試和發(fā)布平臺成為了一個在學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)落地雙豐收的明星項目（如圖1所示）。 在SIGCOMM20，太玄OS發(fā)表了自己的跨平臺編程語言和編譯器Lyra（“Lyra: A Cross-Platform Language and Compiler for Data Plane Programming on Heterogeneous ASICs”），闡明了可編程網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域在編程抽象層面的巨大挑戰(zhàn)和揭示了阿里云的解決方案。

圖1｜阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊自主研發(fā)的“太玄OS”可編程網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)計算平臺

今年，阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊又發(fā)表了Lyra的姊妹篇Aquila （“Aquila: A Practically Usable Verification System for Production-Scale Programmable Data Planes ”）來介紹阿里對可編程網(wǎng)絡(luò)程序正確性保障方面的獨樹一幟的創(chuàng)新和大規(guī)模的落地經(jīng)驗。Aquila的目標(biāo)是利用形式化驗證的方法來發(fā)現(xiàn)異構(gòu)環(huán)境下底層程序的bug，以避免系統(tǒng)上線后的穩(wěn)定性風(fēng)險。它通過實際的運行和部署經(jīng)驗指出了目前學(xué)術(shù)界在這個方面的工作的不足，并且通過自主研發(fā)的系統(tǒng)解決了如：表達性、可擴展性、可追溯性和驗證器自證清白能力等在業(yè)界懸而未決的問題。Aquila已經(jīng)在阿里云ENS/CDN的邊緣計算場景中大量使用，為阿里邊緣云的穩(wěn)定性保駕護航。

02、XGW：阿里云可編程硬件網(wǎng)關(guān)

阿里云在可編程網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的另一個重要舉措就是打造自主可控的以SNA (Smart Networking Appliance) 硬件和AliNOS (Alibaba Network Operating System)軟件為基礎(chǔ)的軟硬件一體化的可編程計算平臺和在這個平臺上的應(yīng)用。圖2展示了整個阿里自研SNA可編程計算平臺的概覽。SNA平臺的軟件層運行阿里自研的網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)AliNOS，硬件層包含了可編程芯片、FPGA、x86以及靈活插口等。SNA作為底層設(shè)備，上面由平臺能力如：監(jiān)控、交付/變更、太玄編譯/驗證，以及測試等保證SNA的運營效率與穩(wěn)定性。目前， SNA計算平臺已在阿里云各個場景規(guī)模部署，例如網(wǎng)絡(luò)可視化、邊緣云超融合網(wǎng)關(guān)、安全、高性能、以及云網(wǎng)關(guān)等。在SIGCOMM20中，阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊發(fā)表的“NetSeer：Flow Event Telemetry on Programmable Data Plane”就已經(jīng)率先揭開了阿里云在可編程網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用上的冰山一角。

圖2｜阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊自主研發(fā)的可編程網(wǎng)關(guān)軟硬件體系

今年阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊和網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品團隊（洛神云網(wǎng)絡(luò)）共同合作的“Sailfish: Accelerating Cloud-Scale Multi-Tenant Multi-Service Gateways with Programmable Switches”被SIGCOMM21錄取，繼續(xù)著阿里在可編程網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用方面的領(lǐng)軍地位。這個內(nèi)部代號為XGW (eXtendable GateWay) 的云網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)是利用SNA這樣的平臺來替代CPU，提高轉(zhuǎn)發(fā)性能的同時減小部署成本的典范。 在阿里云網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和產(chǎn)品同學(xué)的共同努力下，XGW已經(jīng)實現(xiàn)了超大規(guī)模部署，為億萬阿里云用戶提供了高性能，高質(zhì)量的云網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

03、XLINK：阿里巴巴主導(dǎo)的多路徑QUIC方案

除了云網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，今年阿里巴巴也在移動網(wǎng)絡(luò)傳輸領(lǐng)域發(fā)出了“時代最強音”。阿里巴巴在IETF QUIC工作組提出自己的多路徑草案并且廣受關(guān)注之后，由達摩院XG實驗室、手淘淘系技術(shù)、阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)團隊共同合作研發(fā)的XLINK（“XLINK: QoE-Driven Multi-Path QUIC Transport in Large-scale Video Services”）也被SIGCOMM21正式接收。

圖3｜XLINK的整體系統(tǒng)架構(gòu)

QUIC技術(shù)是由Google提出， 并于2017年在SIGCOMM會議上發(fā)表了QUIC相關(guān)論文， 引起了業(yè)界的巨大反響， 今年IETF QUIC 1.0標(biāo)準(zhǔn)工作正式完成， 下一代HTTP協(xié)議HTTP3正是基于QUIC來實現(xiàn)的?？梢哉f， QUIC是目前移動互聯(lián)網(wǎng)中最核心和關(guān)鍵的技術(shù)， 現(xiàn)如今， 超過50％的Chrome瀏覽器流量和75％的Facebook流量都在使用QUIC進行傳輸。 經(jīng)過過去幾年的不懈努力， 阿里巴巴從QUIC技術(shù)的追隨者快速成長為QUIC技術(shù)的創(chuàng)新者， 并在多路徑QUIC技術(shù)上取得了突破， XLINK相關(guān)論文已經(jīng)被頂級學(xué)術(shù)會議SIGCOMM 2021正式接收， 這也是SIGCOMM會議歷史上第一篇關(guān)于多路徑QUIC的文章。

XLINK已經(jīng)集成在手淘完成了大規(guī)模測試， 測試結(jié)果表明， XLINK在弱網(wǎng)下使用可以實現(xiàn)短視頻下載時間降低50%， 首幀加載時間降低32%， 視頻卡頓率降低66%， 額外的流量成本降低85%。此外， 在高鐵上， XLINK的用戶可以同時連接高鐵WiFi與手機LTE， 在高速移動的情況下仍然保持流暢的視頻觀看體驗。另外，阿里巴巴也即將開源XLINK的整體架構(gòu)和協(xié)議，將著力與整個業(yè)界一同打造多路徑QUIC協(xié)議，為消費者提供更好的體驗。

俗話說“十全十美”，2021年對于阿里網(wǎng)絡(luò)技術(shù)人來說也是一個圓滿的一年。從2019開始，截止目前，阿里網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)有10篇SIGCOMM論文被錄取。網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域眾多國際專家紛紛被阿里論文“圈粉”，因為 不但有創(chuàng)新大膽超前的思維，更重要的是 阿里堅持技術(shù)創(chuàng)新，把技術(shù)與實際應(yīng)用場景相結(jié)合，讓技術(shù)“走出”實驗室，實現(xiàn)“技術(shù)普惠”。

除了SIGCOMM，今年阿里云基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)也在系統(tǒng)領(lǐng)域頂級會議USENIX ATC發(fā)表了論文“Hashing Linearity Enables Relative Path Control in Data Centers”來介紹已經(jīng)在阿里網(wǎng)絡(luò)自研交換機部署的交換芯片hash算法特性分析，以及DCMR多路徑故障恢復(fù)的方法，這也同樣是阿里網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新和落地相融合的代言。