P4可编程设备能干啥
数据面可编程，为网络创新提供了一片沃土；P4语言，为在这片沃土上耕作（创新）提供了易用的农具。这样一来，在这片沃土上硕果累累也就合乎情理，意料之中。下面这幅图对学术界的成果进行了一个很好的总结，包括INT、QoS、拥塞控制、多播、负载均衡、加速计算、聚合、网络测量、安全、测试等领域。需要这篇文献的读者加微信IEEE2000留言文献获取。
但是学术界的研究要真正落地，还需要考虑很多其他因素，如可运维性、占用资源情况、多租户共享支持、异常场景处理、平滑演进等等。
要体验新事物、尝尝新甜头，克服一些挑战也不是不可以。工业界使用P4可编程交换机的场景目前还不算多，主要集中在Overlay分流分发、INT网络测量、无线回传设备设备白盒化等领域，但星星之火，可以燎原。学术界的硕果转化为工业界的硕果，以不是完全没有可能。
事实上，一些前卫的企业，已经尝到了数据面可编程带来的甜头。比如：
1、Ucloud-一致性哈希网关
NAT64 Access 是 Ucloud 基于Intel 可编程芯片 Tofino 设计的一致性哈希网关，以旁挂的方式连接物理交换机，通过Maglev一致性哈希算法将去往 NAT64 服务器集群的流量进行分发，同时实现限速与DDoS保护功能。
NAT64 Access 与物理交换机组成三层网络，通过BGP发布地址，物理交换机将网络流量分发到多个NAT64 Access，实现NAT64 Access集群的负载均衡与高可用。
NAT64 Access 与 NAT64服务器组成二层网络，服务器通过BGP向NAT64 Access发布VIP，NAT64 Access获得VIP对应的下一跳信息（MAC地址），通过Maglev算法将流量分发到集群的不同服务器。每个NAT64服务器配置不同的源IPv4地址，实现返程流量的正确到达。
NAT64 Access 通过数据面的查找表与控制面Maglev Hash Engine实现Maglev哈希算法。同时，数据面对每个EIP针对TCP SYN报文进行入向和出向PPS限速（目前单个EIP的SYN报文的速率限制在50000，超过50000时会进行丢包，参数可调）实现DDoS安全防护。
NAT64 Access 在Tofino 数据面，主要使用了pipeline串联、减少表依赖/合表、ingress/egress同时使用等优化操作对Tofino表项进行优化，以应对 Tofino SRAM 受限的问题。
2、阿里云-流量分发网关
XGW 是阿里云基于Intel 可编程芯片 Tofino 设计的流量分发网关，如上图所示，其负责公网、专线、跨Region之间流量汇聚与分发，支持IPv6。
典型产品有：EIP和共享带宽限制、专线（比如天猫双11或某大客户数10Tbps专线上云流量）、CEN等。专线的场景示意如下：
XGW 设备类似于2U服务器，主要部件如下：1）Intel Tofino 芯片：负责大流量转发；2） 网卡芯片：负责打表项转发；3）CPU：业务编排、智能调度。
另外，XGW在数据面实现了QoS能力，当客户的流量超出购买带宽时，丢弃优先级低的报文，保证高优先级的报文通过，QoS 限速示意图如下：
XGW 在Tofino 数据面，主要使用了pipeline串联、合表等优化操作对Tofino表项进行优化，以应对 Tofino SRAM 受限的问题。
更多 XGW 的实现细节，见 SIGCOMM 2021: sailfish: accelerating cloud-scale multi-tenant multi-service gateways with programmable switches
3、京东云-ToR、汇聚交换机流量可视化
京东云将部分数据中心网络的ToR、汇聚交换机（如下图所示的T0、T1）替换为了P4白盒交换机。
同时，在边缘云场景，也对白盒交换机进行了一定规模的部署。
京东云使用P4可编程设备实现网络的可视化方案。由于现阶段无法实现传统设备的全P4可编程化，京东云采用混合部署方案（部分P4可编程设备、部分传统设备），使用Postcards模式部署INT，实现实时的网络丢包探测、拥塞、时延抖动以及路径的可视化，部署方案如下图所示。
除了流量可视化，京东云还通过P4可编程实现了LAG/ECMP的链路优先级功能。在进行网络流量转发时，优先使用高优先级的链路，当高优先级链路满载时，选择低优先级的链路分担流量，如下图所示。
京东云未来将会进一步对IDC、DCI、边缘节点的网络设备P4可编程化，已让网络更加的可视化、运维自动化，实现高级的流量调度、拥塞控制、虚拟网络功能（LB、NAT）卸载等。
4、 中国电信-回传设备白盒化
中国电信拥有100多人的SONiC开发团队，正在使用P4可编程设备开发运营商的无线回传设备（4G时代，中国电信有5-10万台这种设备），预计今年将在此场景进行P4可编程设备的部分落地。
另外，P4可编程设备目前实现了小规模的数据中心网络TOR、汇聚交换机部署，运营商回传设备的部署。据说，80%的做网络安全的厂商都在使用P4可编程芯片在开发设备。
P4可编程设备能干啥，取决于读者的脑洞有多大，再上个图，算是对本文标题的一个简要总结吧。