數據中心網(wǎng)絡(luò )性能：新應用下的新需求

    隨著(zhù)機器學(xué)習，大數據，云計算和NFV不斷完善，數據中心網(wǎng)絡(luò )性能也隨之發(fā)展。亞馬遜，谷歌，百度和騰訊等大型云服務(wù)提供商已更新提供IT服務(wù)的方式，使之功能更強大，速度更敏捷，靈活性更高。這敲響了傳統運營(yíng)商的警鐘，AT&T技術(shù)與運營(yíng)首席策略官John Donovan 表示，AT＆T致力于成為“世界上最具侵略性的IT公司”。OTT產(chǎn)品在業(yè)界的應用已變得普遍，應用和服務(wù)開(kāi)發(fā)都需要創(chuàng )新完善。

    他表示：“廠(chǎng)商正在逐漸成為競爭對手，過(guò)去的競爭對手變?yōu)殚_(kāi)源開(kāi)發(fā)等領(lǐng)域的合作伙伴。整個(gè)行業(yè)的工作方式正在發(fā)生變化。我們在標準機構這個(gè)平臺上共同管理，交流意見(jiàn)解決問(wèn)題、制作產(chǎn)品。每個(gè)參與者都要在規則內，在競爭中合作。”

    基于了未來(lái)發(fā)展和競爭現狀，諸如AT＆T這樣的運營(yíng)商已經(jīng)擁抱NFV和分布式計算，以支持應用交付、機器學(xué)習和大數據分析來(lái)管理基礎設施。這些演變需要在數據中心不斷發(fā)展的前提下實(shí)現，以確保大型數據集和IO密集型工作負載的性能。

    普通于云計算的企業(yè)工作負載是計算密集型的，但不一定是IO密集型。因此，使用NFV和云計算的通信應用程序需要更高要求的網(wǎng)絡(luò )結構。運用NFV的運營(yíng)商，需要收集大量在網(wǎng)絡(luò )的虛擬和物理層的實(shí)時(shí)數據。

    Global Data首席分析師Peter Jarich解釋說(shuō)：“我們致力于實(shí)現可以查找任何字節，操作，捕獲，重寫(xiě);通過(guò)網(wǎng)絡(luò )端到端的每個(gè)數據包進(jìn)行時(shí)間戳，對交換機中的緩沖進(jìn)行連續的實(shí)時(shí)監控。”

    性能杠桿：帶寬速度

    隨著(zhù)對海量數據傳輸和網(wǎng)絡(luò )瞬間數據傳輸的研究逐漸深入，我們發(fā)現影響系統性能的原因有兩個(gè)：原始吞吐量和延遲。

    為了解決原始吞吐量的問(wèn)題，大容量服務(wù)器正在重新定義數據中心內的架構和經(jīng)濟模型。我們對提高服務(wù)器速度進(jìn)行投資，使之從10Gb / s提高到25Gb / s以上，提高組織帶寬和消息速率升。跟10Gb / s的相比25Gb / s的帶寬提高2.5倍，成本在1.3X到1.5X之間。

    Gartner數據中心融合和數據中心實(shí)踐副總裁兼分析師Joe Skorupa表示“從經(jīng)濟角度來(lái)看，此舉意義重大，現行的25 Gb / s和50 Gb / s服務(wù)架構將轉換為50 Gb / s和100 Gb / s的網(wǎng)絡(luò )連接，與此同時(shí)光網(wǎng)絡(luò )成本也在下降 。40Gb / s連接需要四條10 Gb / s的通道，今天的50Gb / s連接由25b / s鏈路即可，速度的提升意味著(zhù)價(jià)格下降，因為交換機端口和光纖成本都會(huì )下降。“

    在數據中心互連方面，容量是影響性能的重要因素。例如，移動(dòng)邊緣計算正在成為趨勢，因為運營(yíng)商希望使用機器學(xué)習和人工智能來(lái)管理具有更多分布式節點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò )。

    Jarich指出：“過(guò)去，每?jì)砂賯€(gè)基站都有一個(gè)EPC節點(diǎn)，所以在美國傳統的分組核心中將有十幾個(gè)站點(diǎn)?，F在，您可能有成千上萬(wàn)的站點(diǎn)，因為用戶(hù)需要更多的帶寬將其鏈接到核心。如果我們要在數據中心的網(wǎng)絡(luò )邊緣實(shí)施大量的分析和控制，那么我們必須快速提升分析速度和控制的靈活度。”

    降低延遲的架構

    考慮到延遲的因素，內部數據中心拓撲也在變化，老式的三層設計被leaf-spine的設計所取代，這種設計方式專(zhuān)門(mén)用于大數據行業(yè)，如不斷發(fā)展的電信數據中心。傳統的三層模式由核心路由器，聚合路由器和接入交換機組成，通過(guò)冗余路徑互連。但一般只有一個(gè)主要路由，只有在主要路由中斷的情況下才啟動(dòng)備份路徑。

    下一代配置中設有兩層leaf-spine。leaf層由連接到服務(wù)器，防火墻，負載平衡器和邊緣路由器等設備的接入交換機組成。spine層由執行路由的骨干交換機組成。每個(gè)leaf交換機與每個(gè)spine交換機互連，構成網(wǎng)格拓撲，這意味著(zhù)所有設備的距離包含了信息傳播所需的可預測的延遲量。動(dòng)態(tài)路由根據網(wǎng)絡(luò )變化確定和調整最佳路徑。

    Skorupa說(shuō)：“此舉顯著(zhù)降低成本的同時(shí)提供了大量的橫截面帶寬，傳輸大量數據不成問(wèn)題。我們相信很快也可以50 Gb / s服務(wù)器中得到應用。”

    即使是在傳輸少量數據時(shí)，高速連接也十分重要。Skorupa解釋說(shuō)：“當您的工作負載傳遞少量延遲敏感的數據時(shí)，從10 Gb / s轉為25 Gb / s就有了用武之地。 網(wǎng)絡(luò )延遲可能只占用了百分之五的時(shí)間，但是在10Gb / s連接線(xiàn)纜需要2.5％乃至更長(cháng)的時(shí)間，轉換為25 Gb / s意味著(zhù)從一個(gè)節點(diǎn)到另一個(gè)節點(diǎn)的所需時(shí)間的縮短。所有的這些都使得這些新應用程序更加易于運轉。”

    從vSwitch卸載（offload）

    影響分布式和虛擬化應用程序延遲的另一個(gè)問(wèn)題是虛擬交換機（vSwitch）的性能不足。

   Skorupa表示：“當您查看廣域網(wǎng)優(yōu)化和虛擬防火墻等服務(wù)時(shí)，推出了大量的開(kāi)放源代碼，這是vSwitch的一個(gè)性能問(wèn)題。我們可以通過(guò)將一些交換功能遷移到網(wǎng)卡（NIC）中，或者購買(mǎi)更多的服務(wù)器，但這會(huì )對NFV的投資回報率產(chǎn)生負面影響。

    offload的策略減輕了CPU的工作量。通過(guò)移動(dòng)到支持高級內核旁路技術(shù)的技術(shù)棧實(shí)現最低延遲并顯著(zhù)提高數據傳輸速率。

    消息加速軟件等輔助技術(shù)有助于實(shí)現這一點(diǎn)，它可以降低總體延遲并最小化CPU工作負載來(lái)提高應用程序的性能。此外，數據平面開(kāi)發(fā)套件（DPDK）提供了一個(gè)可編程架構，能夠優(yōu)化應用程序與NIC通信的數據路徑。與此同時(shí)，它能夠更快地處理數據包，這對處理大量以太網(wǎng)數據包處理或高消息速率的應用程序（如虛擬化網(wǎng)絡(luò )功能）尤為有益。

    Jarich表示：“運營(yíng)商越來(lái)越樂(lè )于擁抱云計算，尤其是當他們搭建5G網(wǎng)絡(luò )并具有較大工作量時(shí)。移動(dòng)分布式計算的可帶來(lái)更低的延遲，回程節省，更高的可管理性，因此深受運營(yíng)商青睞。”

    原文鏈接：https://www.sdxcentral.com/articles/analysis/data-center-networking-performance/2017/05/