數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)架構(gòu)的挑戰(zhàn)與新發(fā)展

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隨著企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設(shè)的深化進(jìn)行，企業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)集中密度越來(lái)越高，服務(wù)器存儲(chǔ)數(shù)量不斷增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不斷擴(kuò)展，空間布局、系統(tǒng)布線、電力能耗壓力不斷增加。作為數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)承載的大動(dòng)脈，基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面直接面臨著持續(xù)的嚴(yán)格挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)中心趨向高密度

目前1Gbps～8Gbps級(jí)別的服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)接口已經(jīng)是主流，從而使得基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的千兆接入、萬(wàn)兆互聯(lián)成為數(shù)據(jù)中心建設(shè)的基本標(biāo)準(zhǔn)。下一代計(jì)算設(shè)備已經(jīng)開(kāi)始提供萬(wàn)兆接口，目前多核服務(wù)器已經(jīng)具備萬(wàn)兆吞吐能力，多萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)接口的服務(wù)器、存儲(chǔ)系統(tǒng)已經(jīng)開(kāi)始在企業(yè)數(shù)據(jù)中心進(jìn)行部署，計(jì)算能力迅速提升的同時(shí)也使得面向網(wǎng)絡(luò)的接入帶寬需求過(guò)渡到萬(wàn)兆環(huán)境。

此外，計(jì)算虛擬化的技術(shù)革新，使得單一高計(jì)算能力物理服務(wù)器虛擬化成多個(gè)邏輯計(jì)算單元，極大提高了系統(tǒng)的計(jì)算效能以及對(duì)存儲(chǔ)訪問(wèn)的高速吞吐。同時(shí)，因等同于將此前的多個(gè)服務(wù)器應(yīng)用系統(tǒng)疊加在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)接口下，網(wǎng)絡(luò)流量急速提升，對(duì)數(shù)據(jù)中心基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)提出了相當(dāng)于傳統(tǒng)環(huán)境下數(shù)倍乃至數(shù)十倍的性能要求。

因此，在數(shù)據(jù)中心發(fā)展建設(shè)過(guò)程中，出于不同的應(yīng)用連接要求，逐步出現(xiàn)了以太網(wǎng)交換網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器高速互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)訪問(wèn)網(wǎng)絡(luò)等多個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。隨著數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷增大，龐大的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)也成為影響數(shù)據(jù)中心TCO的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

同時(shí)，在高密應(yīng)用環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)中，特別是萬(wàn)兆互聯(lián)環(huán)境下，業(yè)務(wù)流量突發(fā)異常顯著，而這樣的突發(fā)數(shù)據(jù)流需要網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)進(jìn)行緩存和排隊(duì)調(diào)度。如果出現(xiàn)多個(gè)萬(wàn)兆端口向較少萬(wàn)兆端口突發(fā)數(shù)據(jù)，則存在嚴(yán)重的突發(fā)擁塞瓶頸。

100G時(shí)代來(lái)臨

以太網(wǎng)技術(shù)發(fā)展是以10倍速方式躍階的，當(dāng)前的千兆接入、萬(wàn)兆骨干已經(jīng)是普遍構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。隨著成本的持續(xù)下降，萬(wàn)兆技術(shù)也開(kāi)始從網(wǎng)絡(luò)的核心，推進(jìn)到網(wǎng)絡(luò)邊緣、服務(wù)器，乃至存儲(chǔ)設(shè)備上。與此同時(shí)，研究下一代以太網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的HSSG技術(shù)工作組已經(jīng)結(jié)束爭(zhēng)論，將在2010年確定一個(gè)包含40Gbps和100Gbps速度的單一標(biāo)準(zhǔn)IEEE802.3ba。40Gbps主要面向服務(wù)器，而100Gbps則面向網(wǎng)絡(luò)匯聚和骨干。其中，100Gbps將有10米銅纜鏈路、100米多模光纖鏈路和10千米、40公里單模光纖鏈路標(biāo)準(zhǔn)。

除了傳輸速率之外，為解決數(shù)據(jù)中心高密應(yīng)用的調(diào)度、流量的浪涌式突發(fā)緩沖等關(guān)鍵的性能問(wèn)題，必然在進(jìn)行交換平臺(tái)的基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)計(jì)上進(jìn)行技術(shù)革新。首先是在交換平臺(tái)上提供硬件化的流量管理能力，通過(guò)大容量的緩存匹配密集的硬件調(diào)度隊(duì)列。另一個(gè)技術(shù)變革是改變傳統(tǒng)交換系統(tǒng)的出端口緩存方式，而采用由流量管理器在硬件層面協(xié)調(diào)的分布式緩存架構(gòu)，使得每個(gè)相應(yīng)端口的緩存大小均在萬(wàn)兆全線速條件下達(dá)到200毫秒的突發(fā)流量緩存能力。此外，毫秒級(jí)恢復(fù)能力也成為數(shù)據(jù)中心的故障恢復(fù)指標(biāo)。

融合的統(tǒng)一交換

隨著以太網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不斷推動(dòng)基礎(chǔ)平臺(tái)架構(gòu)的變化與融合。而當(dāng)前數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)的不斷發(fā)展和密集的業(yè)務(wù)需求，也進(jìn)一步要求數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡(luò)成為高性能、融合業(yè)務(wù)統(tǒng)一交換的基礎(chǔ)平臺(tái)，滿足數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷發(fā)展。

實(shí)際上，萬(wàn)兆交換系統(tǒng)的時(shí)延已經(jīng)降低到微妙級(jí)別，而當(dāng)前已經(jīng)有技術(shù)使得以太網(wǎng)芯片在cut-through方式下能夠達(dá)到200納秒～300納秒級(jí)別，已經(jīng)逼近Infiniband的低時(shí)延水平。而對(duì)于計(jì)算型應(yīng)用而言，采用以太網(wǎng)互聯(lián)的微妙級(jí)時(shí)延已經(jīng)能夠滿足大量的計(jì)算需求，近幾年高性能計(jì)算TOP 500排名中基本上超過(guò)50%的計(jì)算網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)是采用了千兆以太網(wǎng)，隨著萬(wàn)兆、40G/100G技術(shù)的深入發(fā)展和終端萬(wàn)兆接口技術(shù)成熟，以太網(wǎng)將成為服務(wù)器互聯(lián)計(jì)算承載的主流平臺(tái)。

同時(shí)，無(wú)丟包以太網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)族（802.3Qau、802.1Qbb、802.1Qaz、Data Center Bridging Exchange Protocol）和相關(guān)技術(shù)也即將發(fā)布，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步支持FCoE，這些都使得以太交換網(wǎng)絡(luò)能夠承載FC存儲(chǔ)數(shù)據(jù)流。

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢(shì)是融合的統(tǒng)一交換架構(gòu)，在一個(gè)交換平臺(tái)上有效支撐業(yè)務(wù)的前端訪問(wèn)、服務(wù)器高速互聯(lián)、存儲(chǔ)訪問(wèn)。而基于IP-SAN的萬(wàn)兆成熟解決方案廣泛應(yīng)用，更使得數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一交換架構(gòu)早于FCoE實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)的融合。