全新數據中心網(wǎng)絡(luò )架構可解決延遲和吞吐量問(wèn)題

  ICC訊 數據中心內的數據流量及其支持的服務(wù)正在迅速增長(cháng)。就Google而言，其數據中心的帶寬需求每年大約翻番。為此，在硬件方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步。交換機Tomahawk 4剛達到25.6兆位/秒。收發(fā)器技術(shù)最近又突破了400G。

  到2021年，所有數據中心流量的大約95%將來(lái)自云端，并且在云應用中，大多數數據包都在500字節以下。隨著(zhù)尺寸變小，您需要更快地切換以匹配。不幸的是，網(wǎng)絡(luò )仍在等待延遲方面掙扎。

  隨著(zhù)數據中心系統的擴展，使用中的電子分組交換網(wǎng)絡(luò )會(huì )遇到“長(cháng)尾延遲”，通常會(huì )達到數百毫秒甚至更長(cháng)，比中位數值延遲值高幾個(gè)數量級。詳細說(shuō)來(lái)，正常情況下，每100名用戶(hù)中有1名的等待時(shí)間達到峰值并不是問(wèn)題，但是當1%的用戶(hù)變成數千名用戶(hù)時(shí)，這將成為一個(gè)真正的問(wèn)題。

  最近發(fā)布的名為PULSE的體系結構提供了創(chuàng )新的解決方案。本杰明(Benjamin)等人設計了一種由分布式硬件調度程序控制的光電路交換網(wǎng)絡(luò )。在MATLAB上建模時(shí)，該架構的平均延遲約為1微秒，尾部延遲約為5微秒。當考慮到調整開(kāi)銷(xiāo)時(shí)，它的吞吐量是驚人的每秒25.6Pb，盡管瞬時(shí)節點(diǎn)到節點(diǎn)的限制是100Gbps。

  這是通過(guò)網(wǎng)絡(luò )的一些關(guān)鍵功能來(lái)完成的。使用了平行星形耦合器，它允許光線(xiàn)從任何端口均等地傳輸到所有其他連接的端口。每個(gè)機架有64個(gè)節點(diǎn)，總共有64個(gè)機架，每個(gè)節點(diǎn)都有多個(gè)收發(fā)器以方便子網(wǎng)。每個(gè)收發(fā)器都通過(guò)不同的星形耦合器將其節點(diǎn)連接到不同的子網(wǎng)。

  在數據傳輸期間，發(fā)射器和接收器被調諧到相同的時(shí)隙和波長(cháng)。因此，對于每個(gè)耦合器，在同一機架中都有一個(gè)對應的節點(diǎn)調度程序，用于處理源-目標機架對。此外，請求會(huì )提前幾個(gè)時(shí)期(周期持續時(shí)間)發(fā)送到調度程序。創(chuàng )新的調度算法為每個(gè)電路周期計算一個(gè)新的波長(cháng)。該架構的關(guān)鍵特征是其納秒級電路的重新配置速度。

  由于子網(wǎng)是完全獨立的，因此這種獨特的設置允許重復使用波長(cháng)。結果，該網(wǎng)絡(luò )可以支持超過(guò)25萬(wàn)個(gè)頻道。此外，該系統允許100%的波長(cháng)使用。此架構不需要緩沖、尋址和網(wǎng)絡(luò )內交換。但是，它確實(shí)需要極快的過(guò)濾、調度、數據恢復、可調波長(cháng)切換和同步。在這種布局下，節點(diǎn)可以有效地共享資源，并使瓶頸最小化。

  令人驚訝的發(fā)現之一是，相對于當前的網(wǎng)絡(luò )架構，其成本約為5美元 / Gbps，實(shí)際上具有很高的成本效益。為此，該網(wǎng)絡(luò )每位僅消耗82皮焦耳。收發(fā)器的成本在下降，這將進(jìn)一步使PULSE等系統受益。此外，在數據中心刷新周期內，僅需要升級終端節點(diǎn)收發(fā)器，從而可以節省更多成本。