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

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隨著企業(yè)數(shù)據(jù)中心建設的深化進行，企業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)集中密度越來越高，服務器存儲數(shù)量不斷增長，網(wǎng)絡架構(gòu)不斷擴展，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)務承載的大動脈，基礎網(wǎng)絡架構(gòu)層面直接面臨著持續(xù)的嚴格挑戰(zhàn)。數(shù)據(jù)中心趨向高密度

目前1Gbps～8Gbps級別的服務器、存儲系統(tǒng)網(wǎng)絡接口已經(jīng)是主流，從而使得基礎網(wǎng)絡系統(tǒng)的千兆接入、萬兆互聯(lián)成為數(shù)據(jù)中心建設的基本標準。下一代計算設備已經(jīng)開始提供萬兆接口，目前多核服務器已經(jīng)具備萬兆吞吐能力，多萬兆網(wǎng)絡接口的服務器、存儲系統(tǒng)已經(jīng)開始在企業(yè)數(shù)據(jù)中心進行部署，計算能力迅速提升的同時也使得面向網(wǎng)絡的接入帶寬需求過渡到萬兆環(huán)境。

此外，計算虛擬化的技術革新，使得單一高計算能力物理服務器虛擬化成多個邏輯計算單元，極大提高了系統(tǒng)的計算效能以及對存儲訪問的高速吞吐。同時，因等同于將此前的多個服務器應用系統(tǒng)疊加在一個網(wǎng)絡接口下，網(wǎng)絡流量急速提升，對數(shù)據(jù)中心基礎網(wǎng)絡提出了相當于傳統(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)展建設過程中，出于不同的應用連接要求，逐步出現(xiàn)了以太網(wǎng)交換網(wǎng)絡、服務器高速互聯(lián)網(wǎng)絡和存儲訪問網(wǎng)絡等多個獨立的網(wǎng)絡系統(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)絡也成為影響數(shù)據(jù)中心TCO的一個重要環(huán)節(jié)。

同時，在高密應用環(huán)境下的數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡中，特別是萬兆互聯(lián)環(huán)境下，業(yè)務流量突發(fā)異常顯著，而這樣的突發(fā)數(shù)據(jù)流需要網(wǎng)絡交換系統(tǒng)進行緩存和排隊調(diào)度。如果出現(xiàn)多個萬兆端口向較少萬兆端口突發(fā)數(shù)據(jù)，則存在嚴重的突發(fā)擁塞瓶頸。

100G時代來臨

以太網(wǎng)技術發(fā)展是以10倍速方式躍階的，當前的千兆接入、萬兆骨干已經(jīng)是普遍構(gòu)建的網(wǎng)絡架構(gòu)。隨著成本的持續(xù)下降，萬兆技術也開始從網(wǎng)絡的核心，推進到網(wǎng)絡邊緣、服務器，乃至存儲設備上。與此同時，研究下一代以太網(wǎng)標準的HSSG技術工作組已經(jīng)結(jié)束爭論，將在2010年確定一個包含40Gbps和100Gbps速度的單一標準IEEE802.3ba。40Gbps主要面向服務器，而100Gbps則面向網(wǎng)絡匯聚和骨干。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準。

除了傳輸速率之外，為解決數(shù)據(jù)中心高密應用的調(diào)度、流量的浪涌式突發(fā)緩沖等關鍵的性能問題，必然在進行交換平臺的基礎架構(gòu)設計上進行技術革新。首先是在交換平臺上提供硬件化的流量管理能力，通過大容量的緩存匹配密集的硬件調(diào)度隊列。另一個技術變革是改變傳統(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)，使得每個相應端口的緩存大小均在萬兆全線速條件下達到200毫秒的突發(fā)流量緩存能力。此外，毫秒級恢復能力也成為數(shù)據(jù)中心的故障恢復指標。

融合的統(tǒng)一交換

隨著以太網(wǎng)技術的進一步發(fā)展，新的技術標準不斷推動基礎平臺架構(gòu)的變化與融合。而當前數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)架構(gòu)的不斷發(fā)展和密集的業(yè)務需求，也進一步要求數(shù)據(jù)中心交換網(wǎng)絡成為高性能、融合業(yè)務統(tǒng)一交換的基礎平臺，滿足數(shù)據(jù)中心規(guī)模的不斷發(fā)展。

實際上，萬兆交換系統(tǒng)的時延已經(jīng)降低到微妙級別，而當前已經(jīng)有技術使得以太網(wǎng)芯片在cut-through方式下能夠達到200納秒～300納秒級別，已經(jīng)逼近Infiniband的低時延水平。而對于計算型應用而言，采用以太網(wǎng)互聯(lián)的微妙級時延已經(jīng)能夠滿足大量的計算需求，近幾年高性能計算TOP 500排名中基本上超過50%的計算網(wǎng)絡互聯(lián)是采用了千兆以太網(wǎng)，隨著萬兆、40G/100G技術的深入發(fā)展和終端萬兆接口技術成熟，以太網(wǎng)將成為服務器互聯(lián)計算承載的主流平臺。

同時，無丟包以太網(wǎng)技術標準族（802.3Qau、802.1Qbb、802.1Qaz、Data Center Bridging Exchange Protocol）和相關技術也即將發(fā)布，并在此基礎上進一步支持FCoE，這些都使得以太交換網(wǎng)絡能夠承載FC存儲數(shù)據(jù)流。

數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡發(fā)展趨勢是融合的統(tǒng)一交換架構(gòu)，在一個交換平臺上有效支撐業(yè)務的前端訪問、服務器高速互聯(lián)、存儲訪問。而基于IP-SAN的萬兆成熟解決方案廣泛應用，更使得數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一交換架構(gòu)早于FCoE實現(xiàn)存儲的融合。