超大(dà)規模數(shù)據中心網絡無論是(shì)在架構、技(jì)>£$術(shù)還(hái)是(shì)運維上(shàng)都(dōu)發生(↑≈✘shēng)了(le)巨大(dà)的(de)變革，有(yǒu)效₩✔₹地(dì)支持了(le)互聯網和(hé)雲計(jì)算(suàn)過去¶φ•(qù)10年(nián)的(de)繁榮。展望未來(lái)，在人(rén)★★ <工(gōng)智能(néng)、大(dà)數(sh•α€ù)據、物(wù)聯網、雲原生(shēng)等技(jì)✘∑&術(shù)和(hé)業(yè)務的(de)驅動下(xià)，數(shù)據中•₩€心網絡該向何處發展是(shì)專業(yè)× •σ人(rén)士們必須考慮和(hé)面對(duì)的(d₩£↔e)問(wèn)題。該文(wén)結合行(xí≤™×©ng)業(yè)發展測未來(lái)超大(dà)規模數(shù)據中心網'€絡的(de)發展趨勢如(rú)下(xià)：
一(yī)網絡帶寬持續演進，芯片是(shì)核心競争★♦力
在人(rén)工(gōng)智能(néng)、大(dà™♥±Ω)數(shù)據、機(jī)器(qì)學習(xí)，以及高(gāo)清視÷↓(shì)頻(pín)、AR、VR等技(✘✘jì)術(shù)和(hé)業(yè)務的(de)驅動下(xià)數(shù♥δ)據中心對(duì)網絡的(de)帶寬需求将繼續呈加"✔≥速發展的(de)趨勢。數(shù)據中心交換機(jīε)芯片在未來(lái)5年(nián)依然會(huì)處在加速☆叠代之中，芯片技(jì)術(shù)的(de)摩爾定律會(huì)依舊(÷₹jiù)有(yǒu)效，大(dà)概每隔2年(n"£ián)交換機(jī)芯片的(de)容量就(jiù)會(huì)增"↑₩•長(cháng)一(yī)倍。SerDe技(jì)術(s€∑∑&hù)也(yě)在從(cóng)10Gbit/s、25Gbit/s✔↑向50Gbit/s、100Gbit/s快(kuài)"←€速叠代，相(xiàng)應的(de)光(guāng)模塊技(jì)術£ ←±(shù)也(yě)逐漸從(cóng)2≥&☆5Gbit/s、50Gbit/s、100Gbit/s向400Gbitγ /s、800Gbit/s和(hé)Tbit/s級發展。交換機(jī'¥↔π)芯片技(jì)術(shù)和(hé)光(guāng)φ<ε 芯片技(jì)術(shù)的(de)持續叠代将有(yǒ✘β♦δu)力保障數(shù)據中心網絡對(duì)帶寬的(de)增長(cháng)需求，而網絡帶寬的(d♦Ωγe)演進必然會(huì)牽引計(jì)算'♣$(suàn)存儲架構的(de)演進。
除了(le)容量持續演進，芯片具備可(kě)編程能(néng)力将↑≤β☆逐漸成為(wèi)主流，對(duì)網絡可(kě)視(shì"≥ )化(huà)支持的(de)力度将會(huì)成為(wèi)芯片的(de↓Ω)核心競争力之一(yī)。
二硬件(jiàn)白(bái)盒化(huà)、OS開♠Ω↔★(kāi)源、軟件(jiàn)自(zì)主掌控
SDN理(lǐ)念帶來(lái)設備解耦生(shēng)态逐£σ'漸成熟，芯片商業(yè)化(huà)、硬件(jiànδ")白(bái)盒化(huà)和(hé)定制(zhì)化(hβλ uà)、軟件(jiàn)自(zì)主掌控将進一(yσα δī)步普及。自(zì)主研發交換機(jī)設備不(bù)僅是(shì)為(wèδ ✔₩i)了(le)節省成本，更是(shì)通(tōng&×)過自(zì)主把控軟件(jiàn)、定制(zhì)化(huà)硬件(ji≤©<£àn)，做(zuò)到(dào)軟硬件(ji>★εàn)的(de)一(yī)體(tǐ)化(hu∑☆"à)，這(zhè)不(bù)僅可(kě)以快(kuài↓®)速叠代網絡功能(néng)來(lái)↕↔∞β支持業(yè)務發展的(de)需要(yào)，更能(néng) ☆✘做(zuò)到(dào)對(duì)網絡的(de)靈活高(gāo&λ)效監控，并最終把網絡變得(de)更穩定和(hé)智能(néng)，讓網絡真正¶¶成為(wèi)核心競争力。
目前，基于開(kāi)源的(de)開(kāi)放(fàng)生(sh↓$♥ēng)态已經逐漸成熟，交換機(jī)操作(zuò)系統可(kě)以依賴 π生(shēng)态的(de)力量，而互聯≠★網公司可(kě)以專注在上(shàng)層的(de)軟件'Ω∞$(jiàn)和(hé)運營管理(lǐ)系統。自(zì)主研發交換機(j®<ī)設備将不(bù)再僅僅局限于幾個(gè)£ε少(shǎo)數(shù)超大(dà)規模的(de)互聯網和(hé)雲計(jì ♠γ₹)算(suàn)公司，越來(lái)越多(duō)的(de)公司将₹↕加入這(zhè)一(yī)陣營。
在當下(xià)的(de)開(kāi)放(fàng)€₹✘生(shēng)态環境下(xià)，開(kāi)源操作(zuò)系統§∏更加有(yǒu)利于芯片、硬件(jiàn)和(hé)軟件(jiàn)的(d₽→Ω§e)标準化(huà)和(hé)兼容性，有(yǒu≥)利于生(shēng)态的(de)良性發展，開(kāi)源操作(zuò)>±$&系統将會(huì)成為(wèi)互聯網雲計(jì)算(suàn)公司的(γ≤de)首選。值得(de)一(yī)提的(de)是(shì)，由微(wēα¶Ωi)軟公司倡導，阿裡(lǐ)巴巴作(zuò)為(wèi)主力成員(yuán)推•✔ 動的(de)開(kāi)源SONiC系統得(de)♠ε到(dào)了(le)業(yè)界的(de)廣泛關注和(hé)支持。
三軟硬件(jiàn)一(yī)體(tǐ)化∏'←(huà)的(de)高(gāo)性能(néngε©Ω)網絡轉發:網卡硬件(jiàn)卸載和(hé)可(kě)編程芯片
衆所周知(zhī)，CPU的(de)摩爾定律已入暮<£>≥年(nián)，而雲服務和(hé)機(jī)器(qì)σ 學習(xí)規模卻在呈指數(shù)級增長(chá✔ε> ng)。虛拟交換機(jī)是(shì)雲數(shù)σσ據中心網絡不(bù)可(kě)分(fēn)割的(d ↓ e)一(yī)部分(fēn)，但(dàn)是¥ (shì)基于服務器(qì)的(de)網絡處理(lǐ)方案也(yě)并非$★β一(yī)帆風(fēng)順，40GbE甚至100GbE≈•網絡架構的(de)快(kuài)速采用(yòng)、服務器(qì)外$♠←(wài)部吞吐量大(dà)幅提升、網絡安全等附加功能(néng)的(deσ )堆疊、大(dà)量虛拟機(jī)的(de)增加，導緻CPU資源被大(d$÷à)量用(yòng)于內(nèi)外(wà®♦i)部網絡和(hé)附加功能(néng)，使數(shù)βπ₩據中心陷入了(le)無休止的(de)“機(jī)海×∑♣(hǎi)戰術(shù)”，從(cóng)而帶來(lái)了(le)部署₹✘規模、應用(yòng)效率、CapEx等多(duō)方面的(de)挑 戰。如(rú)何提升基于傳統x86服務器(qì)的(de)虛♠€拟網絡性能(néng)将變得(de)至關重要(yào)。面對☆$ (duì)單服務器(qì)內(nèi)部的(de)轉發能(néng)力的(∞πde)性能(néng)瓶頸，業(yè)界諸多(duō)的(de)供應£ε₹¥商試圖在FPGA、多(duō)核處理(lǐ)器(qì)$¶及傳統網絡處理(lǐ)器(qì)上(shàng)開(♦"kāi)發智能(néng)網卡(SmartNIC)解決方∑€案。通(tōng)俗地(dì)說(shuō)，智能(néng)網卡是(←↓÷÷shì)把服務器(qì)的(de)網絡功能(n÷♠<éng)，包括vSwitch、vRouter等網絡組件(jiàn)從<↕(cóng)x86卸載到(dào)智能(₹≥♥néng)網卡上(shàng)，實現(xiàn)對(duì)x86服務Ω×&λ器(qì)處理(lǐ)器(qì)資源的(±✔✔de)釋放(fàng)，提供更高(gāo>δ)性能(néng)的(de)網絡處理(lǐ)性能(nén'≤g)。
SDN發展的(de)第一(yī)波浪潮打破了(le)管理(lǐ✔₽<∏)平面、控制(zhì)平面和(hé)數(s≠♠hù)據平面的(de)封閉集成，突出了(le)軟件(jiàn)的(↕∏de)作(zuò)用(yòng)，給網絡行(xíng)業(yè♥¶↓↔)帶來(lái)了(le)變革。但(dàn)随著(zhe♣←'<)SDN應用(yòng)的(de)進一(yī)步普及，純 軟件(jiàn)的(de)限制(zhì)愈發明(míng)顯，如(rú)何✔↑更簡單有(yǒu)效地(dì)控制(zhì)底層硬件("±±±jiàn)和(hé)芯片層變得(de)愈發重要(yào)。P4(Pr★≈ πogrammingProtocol-Independ÷✘÷>entPacketProcessors)正是(shì)在×ε>這(zhè)一(yī)背景下(xià)應運而生(sh¶>ēng)的(de)。對(duì)底層芯片'€開(kāi)放(fàng)的(de)可(kě) σ編程的(de)能(néng)力将會(huì)掀起下(xià)一(yī)β ♣波的(de)SDN行(xíng)業(yè)發展潮流，在軟硬件(jià×₩↕n)一(yī)體(tǐ)化(huà)、網絡可(kě)視(shì)化₩εσ(huà)方面必然會(huì)再産生(shēng)一(yī)次變革。
四網絡融合成為(wèi)一(yī)體(t↑βǐ)化(huà)數(shù)據中心的(de)I/O:低(dī)延時(s±hí)網絡
網絡的(de)功能(néng)不(bù)再是(shì)僅僅提供連接，₽✘→網絡會(huì)變成計(jì)算(suàn)機(j↓©☆ī)I/O的(de)延伸。超高(gāo)帶寬和(hé✔γ)超低(dī)延時(shí)的(de)網絡正在将本地(dì)存儲和(hé✔©$)網絡存儲的(de)界限變得(de)模糊，為(wèi)計(←≠jì)算(suàn)存儲分(fēn)離(lí)和(hé)Ω∑資源池化(huà)的(de)數(shù)據÷♠中心一(yī)體(tǐ)化(huà)架構奠定基礎。網絡是(shì)數(shù)>≤據中心一(yī)體(tǐ)化(huà)中的(de)核心組件(ji§☆$àn)，成為(wèi)下(xià)一(yī)代高(gāo)性能(néng↕§×)計(jì)算(suàn)和(hé)存儲的(de)強大(dà)驅動力。♠♦如(rú)何降低(dī)網絡延時(shí)會 ™•§(huì)是(shì)一(yī)個(gè)長(cháng)₽♥∑期的(de)過程，RDMA及同類技(jì)&∏術(shù)将會(huì)逐漸成規模部署，在應用(yòng)遇到(d≥¥÷ào)瓶頸時(shí)，将會(huì)催生(shēng)革命性的(de)新技∞↑(jì)術(shù)或架構變革。
随著(zhe)人(rén)工(gōng)智能(néng)、大(dà)₽ε數(shù)據的(de)逐漸普及，數(shù)據中心對(duì)計(jì)算÷ (suàn)力的(de)需求越來(lái)越高✔©(gāo)，超高(gāo)密度異構計(jì)算(suàn)集群将會(huì¶♦)成為(wèi)基礎設施的(de)核心競争力。 ₹≠如(rú)何把計(jì)算(suàn)芯片和(hé)高(β →gāo)效存儲介質高(gāo)效地(dì)互聯在一(yī)起， ±↑并能(néng)夠大(dà)規模擴展是(shì)需要(yào)解決的(d₹β÷e)問(wèn)題。數(shù)據中心網→<絡将不(bù)僅僅局限于交換機(jī)網絡，将進一(yī)步延伸到(dào)主®≈✔≈機(jī)內(nèi)部，把主機(jī)內(nèi)各種計(jì★)算(suàn)芯片和(hé)存儲介質部件(j" iàn)高(gāo)性能(néng)地(dì)互聯×↕在一(yī)起，并和(hé)交換機(jī)網絡融合為(wèi)≠♠一(yī)體(tǐ)。傳統的(de)以CPU為(wèi)中心的(de)服務器(÷<∞≤qì)架構将會(huì)逐漸演變為(wèi)以數(s♦♣γ hù)據互聯1/0為(wèi)中心的(de)架構。網卡'Ω将突破傳統IO功能(néng)，充當硬件(jiàn)虛拟化(huà )載體(tǐ)，以及交換機(jī)網絡互聯和(hé)主機©₹<(jī)內(nèi)組件(jiàn)互聯的(de)橋$≥>梁。基于硬件(jiàn)的(de)高(gāo)速網絡轉發、網絡QoS、網<φ♠絡可(kě)視(shì)化(huà)等功能(→☆ ÷néng)将被拓展到(dào)主機(jī)網卡上(shàng)。
五網絡可(kě)視(shì)化(huà)技(jì)術(shù)，基于大(d<₹φà)數(shù)據和(hé)人(rén)工(gōng)智能(néng)的( αde)智能(néng)化(huà)運維
自(zì)動駕駛已經變成可(kě)能(néng)，大(dà )規模應用(yòng)隻是(shì)一(yī)個(gè)↔↔¥±時(shí)間(jiān)問(wèn)題。大(dà)規模網絡運維的σ♠>(de)自(zì)動化(huà)也(yě✔€→₹)必然是(shì)業(yè)界的(de)♠±≠£趨勢，要(yào)達到(dào)自(zì)動駕駛或自(zì)動化(γ♥¥huà)運維都(dōu)需要(yào)兩個(gè)共✘&同的(de)條件(jiàn):一(yī)是(shì)有(yǒu↕&♠ )足夠有(yǒu)效的(de)數(shù)據，二是(shì)要(yào)有•≈(yǒu)對(duì)數(shù)據的(de)智能(néng)分(fē€σn)析和(hé)處理(lǐ)能(néng)力Ω©$。有(yǒu)效數(shù)據的(de)獲取必然要(yà$φo)通(tōng)過網絡設備來(lái)實現(xiàn)，交換機(jī)芯片的& ←(de)可(kě)視(shì)化(huà)功能(néng)&↔将起著(zhe)至關重要(yào)的(d±'e)作(zuò)用(yòng)。
傳統上(shàng)我們對(duì)交換機(jī)設™¶♣ε備的(de)監控和(hé)數(shù)據的(de)獲取顆粒度很(hěn)粗，$↑→一(yī)般停留在設備級别的(de)運行(xíng)狀态，包 φ×括CPU、Memory、端口、各種表項的(de)監控等;對(duì)這(zhèφγ)些(xiē)信息的(de)獲取也(yě)隻是(shì)<∑ΩSNMP、CLI等原始方式，獲取數(shù)據的(de)效>$率很(hěn)低(dī)。這(zhè)些(xiē)都(d∞ōu)無法滿足自(zì)動化(huà)運維的(de)需求'。新型的(de)交換機(jī)芯片在網絡可(kě)視(shì$α∑)化(huà)方面已經邁出了(le)堅實可(kě)喜的(de)一(yī)步，目φεφ←前在市(shì)場(chǎng)上(shà ×ng)售賣的(de)部分(fēn)交換機(jī)芯片已經能(néng)夠提©✘₹☆供更豐富的(de)信息，比如(rú)支持INT(In-b & andNetworkTelemetry)功能(néng)，可(♠σkě)以獲取特定用(yòng)戶流的(de)物(wù)理(lǐ)路✘γ(lù)徑、延時(shí)、交換機(jī)緩存水(shuǐ)位等信息;MoD® ÷(MirroronDrop)功能(néng)可(k&βě)以截取由于交換機(jī)管道(dào)或者緩存擁塞而導φ緻的(de)丢包信息。這(zhè)些(xiē)豐富的(de)網絡數(sh↕'₩ù)據通(tōng)過人(rén)工(gōng)智能(néng)分≠β©(fēn)析系統将會(huì)把網絡運維提升到(dào)前所未有(₽↕★yǒu)的(de)智能(néng)化(huà)高(gāo)度一(yī)一(yī±¶)自(zì)驅式網絡(Self-drivingNetwo♦λrks)。除了(le)信息內(nèi)容，交換機(jī)獲∏δ★取信息的(de)方式和(hé)效率也(yě)有(yǒu)大(dà)幅εδ度的(de)提升，流遙測(StreamingTelemetry)功能(néng±™∑)可(kě)以通(tōng)過軟件(jiàn)或者直接通(tōng)過™÷芯片把監控數(shù)據高(gāo)效地(dì)傳到(dào)網絡監∞™控系統中，對(duì)于關鍵信息的(de)監控顆粒度可(kě)以精确到(d®ε©<ào)微(wēi)秒(miǎo)級。
六光(guāng)互聯趨勢
在10GbE速率之前，服務器(qì)與交換機(jī)比較經濟Ω ±π的(de)互聯方式是(shì)RJ45雙絞線互聯随著(zhe)速率的(de)ε×€♠演進，對(duì)傳輸信号衰減要(yào)求愈發嚴苛，←φ←到(dào)25GbE時(shí)代已經全部統一(yī)到(dàoφ λ)光(guāng)纖或銅纜互聯，到(dào)了(le)下(xià)一(yī)βσπ代50GbE或100GbE，銅纜的(de)應用(yòng)距離(lí)、範圍γ↓将進一(yī)步被壓縮;再往後演進，不(bù←±)僅設備間(jiān)互聯銅纜将難以勝任，甚至設備內(nèi)部，從(cón♣ g)芯片到(dào)端口.都(dōu)不(bù)得(de↔←δ)不(bù)采用(yòng)光(guāng)互≈♠≈¥聯。光(guāng)互聯必将越來(lái)越α∏'普遍，光(guāng)互聯技(jì)術(shù)©™★σ的(de)發展已經成為(wèi)影(yǐng)響網 ≈絡速率演進的(de)重要(yào)因素之一(yī)。目前，數(sh★÷ù)據中心內(nèi)設備間(jiān)互聯模塊及線纜成本已經遠(y✔§♣®uǎn)高(gāo)于。設備本身(shēn)，如(r∞§♦ú)何控制(zhì)、優化(huà)光(guāng)互聯成本對(d≥∞≠uì)往後數(shù)據中心網絡成本影(↔ ✔yǐng)響巨大(dà)。
七綠(lǜ)色網絡
随著(zhe)人(rén)工(gōng)智能(néng)、大(dà)數(s'€hù)據的(de)逐漸普及，數(shù)據中心對(duì)計<€><(jì)算(suàn)力的(de)需求越來(lái)越高(gāo)α∑→，超高(gāo)密度異構計(jì)算(suàn)集群将會(huì)成為(wèi¶∞♦→)基礎設施的(de)核心競争力。計(jì)算(suàn)力的(de)大( γ↕dà)幅提升必然帶來(lái)對(duìσ )功耗需求的(de)大(dà)幅上(shàng)升，功耗和(hé)制(z£♠hì)冷(lěng)是(shì)必須要( ✔yào)解決的(de)問(wèn)題，是(s♣↓γ™hì)保障超大(dà)規模數(shù)據中心可(kě)持續發展的(de)₩₩ε>關鍵一(yī)環。
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