网络操作系统SONiC：原理、技术与实践

1.前瞻性和趋势性：SONiC作为开源网络操作系统中的一种新兴技术，具有很强的前瞻性和发展潜力，本书对于了解未来网络发展趋势具有重要意义。书中可能包含对未来网络发展趋势的展望和预测，吸引对未来技术充满好奇心的读者。

2.与市场需求契合：随着云计算和软件定义网络的兴起，对于开源网络操作系统的需求不断增加，本书正是迎合了这一趋势，能够吸引到广泛的读者群体。鉴于SONiC在大型互联网企业和数据中心中的广泛应用，本书的目标读者群体更是庞大。

3.案例和实践经验：本书不仅介绍了SONiC的理论知识，还提供了提供丰富的案例分析和实践经验，尤其是结合实际部署和运维经验，读者可从中获得实际应用的技能和经验。

 

网络操作系统作为网络基础设施的核心，其重要性日益凸显。本书从理论及实践角度，全方位地介绍了SONiC网络操作系统的核心技术。 本书主要分为5个部分。首先，介绍了SONiC的起源、技术特点、功能发展以及厂商实践，帮助读者全面了解SONiC。接着，梳理了SONiC的系统架构、SAI接口、Docker技术、Redis数据库以及其他关键模块，为读者提供深入理解的基础。然后，探讨了代码仓库结构、编译流程、部署方法和常用命令，使读者能够实际操作SONiC系统。此外，通过实例介绍了SONiC中的二层和三层网络功能，深入剖析其核心网络协议。最后，通过典型网络功能测试，帮助读者能够掌握各种常见路由功能的配置方法。 本书内容丰富、语言通俗易懂，叙述深入浅出，可作为高等院校计算机相关专业的网络操作系统课程教学参考书，也可作为网络工程师、系统管理员、开发者和IT运维人员等人群的技术指导书。

史慧玲 史慧玲，中国，齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省计算中心（国家超级计算济南中心）副研究员、硕士生导师，主要研究方向为网络体系结构和边缘计算。主持山东省自然科学基金联合基金重点项目2项，作为主要人员参与国家自然科学基金项目4项、省级其他各类课题10余项。在国内核心期刊和国际会议上发表学术论文10余篇，获得授权专利12项，软件著作权3项，获山东省科学技术进步奖三等奖2项，山东省高等学校科学技术奖二等奖2项。 张玮 张玮，中国，工学博士，齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省计算中心（国家超级计算济南中心）研究员，硕士生导师，泰山学者青年专家，山东省计算中心（国家超级计算济南中心）算网融合研究团队PI学术带头人。建立“算网融合资源管控研究”济南市科研带头人工作室，研究方向包括算网融合、云边端协同计算、数据中心网络等。主持国家自然科学基金、科技部“一带一路”国际合作项目、省自然科学基金联合基金等科研项目6项；在IEEE TPDS、IEEE TCYB、IEEE TMM、IEEE TIP、IEEE TKDE等top级期刊会议发表论文50余篇，其中ESI高被引论文2篇；授权发明专利10余项，其中美国专利1项、PCT专利3项，获软件著作权5项；获山东省科技进步奖3项（一等奖、二等奖、三等奖各1项），山东省高等学校科学技术奖2项。

第 一章 初识SONiC 9

1.1 SONiC概述 9

1.2 技术特点 9

1.3 功能发展 11

1.4 技术优势 12

1.5 厂商实践 14

1.6 SONiC标准化 16

1.7 本章小结 17

参考文献 18

第二章 SONiC核心组件 19

2.1 SONiC系统架构 19

2.1.1 系统概述 19

2.1.2 Docker容器 21

2.1.3 子系统交互 25

2.1.4 消息通信机制 30

2.2 硬件解耦合：SAI 51

2.2.1 SAI概述 51

2.2.2 接口定义 52

2.2.3 数据结构说明及初始化 53

2.2.4 关键组件 56

2.2.5 SAI-ACL模块 57

2.2.6 SAI实现 58

2.2.7 PIPELINE定义 59

2.2.8 SAI使用 60

2.3 软件解耦合：Docker技术 60

2.3.1 Docker概述 60

2.3.2 基础命令 61

2.3.3 构建镜像 62

2.3.4 网络模型 62

2.3.5 Docker原理 63

2.4 SwSS模块 64

2.4.1 SwSS概述 64

2.4.2 SwSS启动 64

2.4.3 *syncd进程 67

2.4.4 *mgrd进程 69

2.4.5 Orchagent概述 70

2.5 Syncd模块 71

2.5.1 Syncd概述 71

2.5.2 Syncd启动 71

2.5.3 Syncd进程 73

2.6 数据库驱动：Redis数据库 75

2.6.1 Redis概述及功能解析 75

2.6.2 以数据库为中心的模型 78

2.6.3 与内核的通信方式 82

2.7 路由套件FRR 86

2.8 可编程芯片 89

2.9 服务和工作流 90

2.9.1 服务分类 91

2.9.2 服务间控制流分类 92

2.10 核心容器 94

2.10.1 数据库容器：database 94

2.10.2 交换机状态管理容器：SwSS 95

2.10.3 ASIC管理容器：Syncd 95

2.10.4 各种实现特定功能的容器 96

2.10.5 管理服务容器：mgmt-framework 97

2.10.6 平台监控容器：Pmon 97

2.11 本章小结 98

参考文献 99

第三章 SONiC系统实践 100

3.1 代码仓库 100

3.1.1 核心仓库 100

3.1.2 功能实现仓库 101

3.1.3 工具仓库：sonic-utilities 105

3.1.4 内核补丁：sonic-linux-kernel 106

3.2 编译SONiC镜像 106

3.2.1 编译环境搭建 106

3.2.2 编译过程 113

3.3 通过ONIE安装SONiC系统 120

3.3.1 安装ONIE 122

3.3.2 安装SONiC 125

3.3.3 SONiC镜像升级 127

3.4 GNS3部署SONiC 131

3.4.1 安装GNS3 132

3.4.2 创建网络 138

3.4.3 配置网络 139

3.5 常用命令 142

3.6 本章小结 144

第四章 典型网络协议分析 146

4.1 概述 146

4.2 二层网络功能 146

4.2.1 VLAN 146

4.2.2 MAC 168

4.3 三层网络功能 172

4.3.1 静态路由 172

4.3.2 OSPF 179

4.4 网络监控 191

4.4.1 Telemetry概述 191

4.4.2 Telemetry相关协议 192

4.4.3 数据源 193

4.4.4 订阅模式 197

4.5 SONiC无损网络实现 200

4.5.1 RDMA概述 200

4.5.2 支持RDMA的协议 201

4.5.3 无损网络概述 203

4.5.4 DCB概述 203

4.5.5 ECN的实现原理 204

4.5.6 PFC的实现原理 210

4.5.7 PFC WatchDog 213

4.5.8 PFC死锁 216

4.5.9 DCB在芯片中的实现 220

4.6 本章小结 230

参考文献 231

第五章 典型功能测试 232

5.1 VLAN 232

5.1.1 VLAN概述 232

5.1.2 网络拓扑 233

5.1.3 网络配置 234

5.1.4 连通性测试 237

5.2 VLAN间路由 237

5.2.1 VLAN间路由概述 237

5.2.2 网络拓扑 238

5.2.3 网络配置 238

5.2.4 连通性测试 240

5.3 静态路由 241

5.3.1 静态路由概述 241

5.3.2 网络拓扑 241

5.3.3 网络配置 242

5.3.4 连通性测试 245

5.4 RIP 246

5.4.1 RIP概述 246

5.4.2 网络拓扑 246

5.4.3 网络配置 247

5.4.4 测试 250

5.5 EIGRP 250

5.5.1 EIGRP概述 250

5.5.2 网络拓扑 250

5.5.3 网络配置 251

5.5.4 连通性测试 253

5.6 OSPF 253

5.6.1 OSPF概述 253

5.6.2 网络拓扑 254

5.6.3 网络配置 254

5.6.4 连通性测试 257

5.7 BGP 258

5.7.1 BGP概述 258

5.7.2 网络拓扑 258

5.7.3 网络配置 259

5.7.4 连通性测试 261

5.8 RIPng 261

5.8.1 RIPng概述 261

5.8.2 网络拓扑 261

5.8.3 网络配置 262

5.8.4 连通性测试 265

5.9 本章小结 265

参考文献 266