100G以太網(wǎng)技術

 

　　帶寬壓力是云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的核心問題,。在數(shù)據(jù)中心,，像視頻點播、10G的FCOE,、以及高性能計算這樣的高帶寬應用,，都需要萬兆以太網(wǎng)接口。最近兩年正值數(shù)據(jù)中心高速成長的時期,，隨著服務器和接入設備上萬兆以太網(wǎng)的普及,，數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡匯聚層和核心層設備對100G以太網(wǎng)的需求越來越強烈。2010年IEEE正式發(fā)布40G/100G標準，這一標準的正式批準,，為100G高速以太網(wǎng)應用,，鋪平了發(fā)展之路。100G網(wǎng)絡時代的到來并不僅僅意味著端口,、帶寬速度的升級,，不只是在數(shù)據(jù)傳輸速率上比10G快了10倍，更重要的是由此帶來的功能上的極大增強和豐富,。作為新一代的云數(shù)據(jù)中心,，必將在其匯聚層或核心層采用100G以太網(wǎng)以滿足應用需求，云數(shù)據(jù)中心將進入100G時代,。

 

　　浪涌緩存

 

　　浪涌(一般網(wǎng)絡條件下稱為突發(fā)流量,，即Burst)表示是瞬間的高速流量。這種情況在互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)承載搜索業(yè)務的數(shù)據(jù)中心中表現(xiàn)尤為明顯,。數(shù)據(jù)中心處理一次搜索業(yè)務,，一般是由一個服務器發(fā)起，然后通過一系列算法向數(shù)據(jù)中心中保存有搜索信息的業(yè)務服務器發(fā)起搜索請求,，這些服務器通常有上千臺,，然后上千臺服務器幾乎同一時間將搜索結(jié)果發(fā)回給發(fā)請求的服務器。這種流量模型是典型的多端口打一口的網(wǎng)絡,，在這樣的數(shù)據(jù)中心中就會頻繁出現(xiàn)浪涌現(xiàn)象,。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡采用出端口緩存的機制，使得所有數(shù)據(jù)流的突發(fā)在出端口處被緩存,，緩存的大小即是網(wǎng)絡最大可能的突發(fā)值,。

 

　　云數(shù)據(jù)中心應用的特點要求緩存要大，所以一般云數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡設備必須具備超大緩存(1G以上),。同時不再采用出端口緩存,，而采用入端口緩存。入端口緩存結(jié)合虛擬輸出隊列(VOQ)技術,，在每個入端口的方向配置大容量緩存,，在出端口配置較小緩存，使用專用流量管理器件(TM)進行內(nèi)部流量管理,。采用Credit來控制每個端口入方向的數(shù)據(jù)向出端口的突發(fā),，每個出端口向其它端口分配Credit數(shù)量。當出端口在線速向外轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)時,，如果入方向過來的速度較快,，在達到或超過出端口設定的突發(fā)門限時，出端口不再為入端口分配Credit,，從而使得入端口的數(shù)據(jù)緩存在本地的大容量Buffer中,，當出端口的排隊下降到門限以下，繼續(xù)向入端口分配Credit,，使得緩存的數(shù)據(jù)得以繼續(xù)轉(zhuǎn)發(fā),。

 

　　這種浪涌緩存技術能夠自動調(diào)節(jié)不同方向的瞬時流量擁塞壓力，是當前云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的主要應用技術,。

 

　　網(wǎng)絡虛擬化

 

　　傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構由于多層結(jié)構,，安全區(qū)域，安全等級,，策略部署,，路由控制，VLAN劃分,，二層環(huán)路,，冗余設計等諸多因素，導致網(wǎng)絡結(jié)構比較復雜,，使得數(shù)據(jù)中心基礎網(wǎng)絡的維護管理難度較高,。云數(shù)據(jù)中心需要管理的網(wǎng)絡設備會更多，必須引入虛擬化技術進行設備管理,。通過虛擬化技術,，用戶可以將多臺設備連接，“橫向整合”起來,，組成一個“聯(lián)合設備”,，并將這些設備看作單一設備進行管理和使用。用戶也可以將一臺設備分割成多個虛擬設備,，這些設備之間完全獨立,，可以分別管理。這將極大簡化云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡管理,。

 

　　統(tǒng)一交換

 

　　云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的性能要求超過常規(guī)應用數(shù)據(jù)中心,，這樣的要求使得網(wǎng)絡平臺構建上性能的考慮區(qū)別于傳統(tǒng)的認識。云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡需要具備“統(tǒng)一交換”的無阻塞全線速交換架構,。

 

　　線速指的是線路數(shù)據(jù)傳送的實際速率能夠達到名義值,，比如千兆端口能夠?qū)嶋H吞吐量到千兆。全線速指的是交換機所有端口能夠同時達到線速轉(zhuǎn)發(fā),，這個能力體現(xiàn)了交換機的性能,。“無阻塞”全線速指的是交換的任意大小字節(jié)的報文均能夠達到全線速的能力，所有端口都以線速接受偵,，并能無延遲地處理,。實現(xiàn)無阻塞全線速的架構就是統(tǒng)一交換技術。

 

　　傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡的交換架構通過Crossbar高性能交換網(wǎng)實現(xiàn),，數(shù)據(jù)在Crossbar內(nèi)部選路是固定的,，同一數(shù)據(jù)流在內(nèi)部的運轉(zhuǎn)路徑通過HASH算法確定。這樣在特殊情況下，在交換不同階層上仍會發(fā)生阻塞的現(xiàn)象,。隨著近年來應用不斷豐富,，業(yè)務規(guī)模不斷擴大和實際帶寬消耗迅猛增長，已經(jīng)出現(xiàn)了傳統(tǒng)交換架構在互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心難以滿足性能需求的現(xiàn)狀,。統(tǒng)一交換架構在系統(tǒng)內(nèi)部采用動態(tài)選路方式,，業(yè)務線卡接收到的數(shù)據(jù)報文進行等長切片處理形成定長信元，每個信元加載動態(tài)選路的標準,。當出現(xiàn)路徑不可用或網(wǎng)板,、線卡故障時，選路信息會動態(tài)改變,，由硬件系統(tǒng)自動切換到正常的路徑上,。通過統(tǒng)一交換架構真正實現(xiàn)了無阻塞全線速的網(wǎng)絡。

 

　　綠色節(jié)能技術

 

　　云數(shù)據(jù)中心的網(wǎng)絡是數(shù)據(jù)中心中能耗的主要組成部分之一,，只有通過降低網(wǎng)絡的能耗才能提升云數(shù)據(jù)中心的運行效率,。云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡必須采用綠色節(jié)能技術，網(wǎng)絡設備消耗的功率是該設備內(nèi)所有器件消耗功率的總和,，選擇低功耗的器件是實現(xiàn)節(jié)能降耗的源頭,，其帶來的效果不僅僅是整機功耗簡單累加后的降低，還將降低熱設計的代價,。網(wǎng)絡設備的電源系統(tǒng)要采用完備的靈活電源智能管理,，自動調(diào)節(jié)功率分配。云數(shù)據(jù)中心要采用具有綠色節(jié)能認證的網(wǎng)絡設備,。

 

　　在2013年中國電信,、中國移動等企業(yè)的新一輪數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡設備集采測試中，網(wǎng)絡設備功耗將作為一項重要的測試指標,，能耗過高的網(wǎng)絡設備將出局,。未來的云數(shù)據(jù)中心必將全部采用低功耗的網(wǎng)絡設備，只有綠色節(jié)能的網(wǎng)絡才是高效的網(wǎng)絡,。

　　網(wǎng)絡部分雖然只占了整體數(shù)據(jù)中心的15%左右,。但是由于越來越多的工作依賴于網(wǎng)絡，這也促使網(wǎng)絡技術得到了空前的大發(fā)展,，使得云數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡具有的諸多區(qū)別以往數(shù)據(jù)中心的新特性,。

 

　　因此入端口緩存機制下，各端口的數(shù)據(jù)在出端口擁塞時都能在本地緩存,，因而緩存容量是與入端口數(shù)成正比的線性關系,，這種線性比例的緩存能力，能夠自適應余云計算的不定向浪涌流量,，

 

　　對于設備商和廣大運營商用戶而言,，100G網(wǎng)絡還應該包括IPV6,、網(wǎng)絡安全以及網(wǎng)絡虛擬化等全新的技術特征在其中，也就是說,，100G作為新一代數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡架構的重要環(huán)節(jié),，將在IDC內(nèi)部掀起一場新的技術革命，更加綠色,，更高效率的網(wǎng)絡架構所替代。

 

　　IDC網(wǎng)絡內(nèi)部大量突發(fā)流量,，運營商起碼要實現(xiàn)100G的無阻塞交換,，并具備大容量的緩存平臺，云化IDC的最終目的是提高設備的利用率和業(yè)務的靈活性,，而IDC所具備的這種彈性,，可擴展能力都需要借助IDC網(wǎng)絡來實現(xiàn)，而網(wǎng)絡的統(tǒng)一交換包括FCoE,、CEE等技術,，則是為了更好地支撐異構計算、存儲等資源的整合,。

 

　　網(wǎng)絡的交換容量和網(wǎng)絡浪涌的吸收容量即是云計算(或大型數(shù)據(jù)中心)網(wǎng)絡的性能關注點要同時關注的兩方面,。

 

　　超線速：如千兆端口能夠吞吐的流量超過一千兆(一般也就超出一點點)這種交換機與標準線速設備對接后容易產(chǎn)生丟包甚至將標準交換機“堵死”，在數(shù)據(jù)中心環(huán)境下極少數(shù)情況也允許滿足超線速的組網(wǎng),，知識對交換機有特殊要求,。