感谢这款“黑科技”，吃鸡不担心掉线

近些年来，各种“黑科技”层出不穷，华为云也推出了“黑科技”产品C3ne，这款基于eVS技术，可以带来千万级网络转发性能的“神器”一度成为行业内关注的焦点，有了它，千万用户同时在线观看视频不用担心网络卡顿，吃鸡、LOL也不会出现掉线“神坑”队友了。

这一款黑科技产品正是由我们中央软件院罗素部云网络、IT芯片，海思和云BU团队共同打造的。8月14日，在由中国信息通信研究院主办的“2018可信云大会”上，C3ne云服务器获得了“2018可信云技术创新奖”的荣誉。当我得知这一喜讯时，内心百感交集……

 “黑科技”一路“黑”到底

大家平日里观看视频，特别是视频直播类节目，比如世界杯，奥运会，如果出现了卡顿的现象，那可是会极度影响心情的，现在随着视频直播等业务上云，如何解决宽带问题，让更多的人同时在线并且还流畅的上网已经成为客户迫切的需求，从专业上来说，就是需要我们能提供更高性能的交换能力。

“工欲善其事,必先利其器。”要想拥有强大的交换能力就需要有厉害的交换机，华为公有云从2013年开始已经开始研发自己的虚拟交换机软件eVS （即弹性虚拟交换机），这是云场景下虚拟网络的核心部件，广泛应用于华为公司各个云产品和云服务中。

但当时我们的eVS直接来自于开源的OVS软件，发展缓慢。到2015年的时候，已经远远落后于行业其他竞争对手自行开发的虚拟交换机水平。2016年，我入职华为，这时eVS的技术性能正受到最大的质疑和挑战。

我还记得那是秋天的时节，我开始主持eVS 3.0的立项工作，并为这个项目设立了一个宏大的目标：我们的eVS要彻底扭转虚拟交换的短板，要达成业界性能第一。

为了完成这次飞跃，我和我的团队经过严谨的技术分析，确定了如下两条设计原则。首先，eVS将采用用户态软件技术，这样对比以前内核态性能更高；其次，eVS将走“软硬结合”的道路，结合硬件，通过智能网卡卸载的方式大幅度提升性能，并选用公司IT芯片部自研的智能网卡u-NIC。u-NIC搭载了公司集五年努力，匠心打造的高性能网络处理芯片，并具有完全的可编程性，非常适合eVS 3.0的软硬协同设计的需要。

对于这样一套全新的eVS架构，刚开始的时候还是有不少的反对的声音的，有人认为纯粹的软件转发就可以满足未来的发展，也有人认为新的架构会影响当前生态，还有人则怀疑自研软硬件的能力。但是我们认为，随着网络性能的不断提高，当前的单CPU核的处理将会远跟不上网络速度的发展，而增加更多的核，将会成倍的增加成本。因此，我们需要专门的智能网卡硬件，协同CPU做网络处理，打造“软硬结合”的“黑科技”。因此面对外界的质疑我们静守己心，潜心进行技术研究，我们相信一定可以发掘出其中巨大的商业价值。

“软硬”的完美结合

“黑科技”的特点之一就是“软硬结合”，这个设计的关键是如何把操作在软件（CPU）和硬件（智能网卡）上划分，让软硬件各自处理它们擅长的操作，从而提升整体的处理效率。

对于eVS而言，这个核心设计就是“集成流表”。为了实现虚拟网络的功能，eVS实际上不简单是一个交换机，而是一系列网络功能的集合，例如，路由，有状态防火墙，封装/解封装等。每一个报文都需要依次经过这些功能，才能得到最终的结果，就如一条生产流水线，只有经过一道道工序，才能获得最终的成品。但是直接在硬件上实现所有这样的网络功能是不现实的，而且即使能够实现，性能也未必好。

“黑科技”的大招——“快”，就是通过“集成流表”这一个设计思想达成的，我们利用软件来计算一个流的第一个报文的所有操作，把计算的最终结果记录下来，保存到“集成流表”中，然后后续的报文通过查表的方式获取结果，并不需要重复所有的计算。这就如，我们已经做好了一系列的样品，后面的产品照着模子做，就可以了。更令我们欣喜的是，利用硬件来实现这个查表转发是非常高效的，就这样软件和硬件完美结合，分工合作，大大提高了性能。

其实这个思路并不是我们第一次提出的，在开源OVS里就利用了类似的思路来提升软件转发的效率。但对于我们来说，真正的挑战是如何使“集成流表”能够适用于任意的组网模式，不论是eVS自身的策略流表，还是Linux的网络模块，也就是说这个样品如何成为不同生产线都可以参照的模板？

那段时间我们几个架构师经常“喝咖啡”，最终想出了一种自学习的集成流表生成算法，并能够自动优化掉重复的操作步骤，最终获得最优化的组合操作。通过不断的创新和打磨，如今经过一年的开发eVS 3.0不仅通过“软硬结合”实现超高的性能，而且也实现了对当前软件生态的完全兼容，实现了高可用和高可运维的特性。

最值得一提的是，随着云计算业务的不断发展，几年前还被看好的软件转发已经成为了系统的瓶颈，而此刻搭载自研u-NIC的eVS 3.0技术则成为突破这一瓶颈的法宝。eVS 3.0技术，与友商同规格的产品相比，转发性能提升2.5倍以上，带宽提升2倍以上，成为名副其实的“黑科技”。我们可以骄傲地说，“在云网络性能上，我们已经实现了从落后到全面超越！”

“一骑绝尘”的巨大价值

如今我们正在迈入的万物互联时代，未来网络设备的连接数可能增长至百亿甚至千亿级，各行各业都需要积极应对随之而来的高并发业务挑战。每当介绍起我们团队的“黑科技”，我总是由衷地自豪，因为C3ne首次达成千万级虚拟网络交换能力，在性能和成本上有着绝对的领先优势，可以给客户带来巨大的价值。

以前网络服务厂商要做到网络能力强大，一般会购买服务器，配上高性能的网卡，这时候就会需要自己起来维护服务器了，这就从而提高了成本。云化时代到来后，可以降低维护成本，但是同时网络性能下降了，这成为困扰业界的问题。

比如，迅游作为全国领先的游戏加速厂商，为1亿+用户、13000+款网游提供加速服务，例如绝地求生，也就是我们常说的“吃鸡”游戏，英雄联盟，魔兽世界等游戏的背后都有它的助力。在使用了我们的C3ne产品后，它的业务转发性能实测从300万提升至1300万，单机支撑用户量从3万提升到13万，整体效益提升333%。对于游戏玩家来说，网络不再卡顿，有效减少坑队友的几率。

C3ne不仅在游戏场景有优秀表现，在视频、电商、移动应用、物联网等高并发场景下，也能从容应对，效益倍增。比如视频转播，可以支撑千万人同时观看，不再担心卡出“马赛克”。

科技火花就在灵光一现

我们这个团队是由一群年轻又有活力的人组成的，大家敢想敢干，即使有“天马行空”的点子我们也乐于一起讨论，一起落实。大家经常自由地交流，不限时间和场地，畅所欲言，很多思想火花就是在这样漫不经心的交流中碰撞产生的。

    我印象最深的就是现在的低时延拥塞控制算法LDCP，那天我和几个同事讨论拥塞控制，这是一个关于解决延时和网络带宽利用率的方案，我就顺手画了一个图展示了一下，这时有个同事半开玩笑地指着TCP经典的窗口反应的“锯齿”曲线说，如果把这个曲线拉直了，我们是不是就可以解决延时和网络带宽利用率的矛盾了？

   这句话立刻给了我灵感，的确可以尝试一下，对这个问题可以通过交通系统来做一个直观的解释。我们平时开车出门，如果一个方向上流量很大，就会拥堵（带宽利用率大），这样即使走不同方向的车也会排在后面，形成很大延时。理想的方式是如果一个方向上拥堵了，那么这个方向上的车辆应该待在家里，这样路口就不会拥堵，大家都走得很快（延时低）。但如果在家等的时间太长，路口没车了，也会浪费带宽。

现在的拥塞控制算法采用的是一种固定的试错方式，就是按照固定的速率“发车”，如果拥堵，那就立刻“发车”速度减半，这样的方式使得路口的排队总在震荡，其实这个过程展现出来就是那条“锯齿”。

我们的思路是根据拥塞的情况来动态地调整发送速率：拥塞越轻微，则增长的速率越大，而减速越小；反之，拥塞越严重，则增速越小，而减速越大。当排队达到一定数值时，增减速相抵，达成稳定状态，从而路口始终维持着一个稳定的浅队列，同时达到高带宽利用率和低延时。

我的这个想法很快被团队的其他成员所接受。于是LDCP项目产生了。在内部测试中，LDCP比传统的RDMA在动态时延上降低了40~58%。对于很多分布式应用而言，每一微秒延时的减少可能都意味着客户体验的提高。目前我们和周边团队合作，正在把这个算法应用在自研的RDMA网卡中，请大家拭目以待。

来华为这几年感触良多，其实很多时候，科技的火花就出现在想法碰撞的那一瞬间，这一瞬间也是学术成果和工程能力相碰撞的结晶。但是要实现它，不仅需要自身的努力，更需要一个团队付出大量时间和努力才能完成。一个人的力量有限，但团队，让我们走得更远。

本文为《华为人》版权所有，未经允许不得转载。如需转载请联系编辑部hwrb@huawei.com