淺談數據中心網(wǎng)絡(luò )的三種網(wǎng)絡(luò )數據交換技術(shù)及其發(fā)展

       奈圖爾科技（www.ntooler.com）整理消息：縱覽數據中心內部網(wǎng)絡(luò )，以太網(wǎng)技術(shù)一家獨大，基本已經(jīng)成為網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的代名詞，我們日常談及的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)基本都來(lái)源于以太網(wǎng)。而網(wǎng)絡(luò )是數據中心的重要組成部分，尤其是云計算、大數據、人工智能等新技術(shù)，更是要依賴(lài)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)才能實(shí)現。

       目前應用的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)基本都來(lái)源于以太網(wǎng)。以太網(wǎng)技術(shù)應用極廣，但又代表網(wǎng)絡(luò )的全部，其在數據中心內部屬于局域網(wǎng)的一部分，并且并不止以太網(wǎng)一家，本次主要是淺談一下三種網(wǎng)路數據交換技術(shù)，它們在特定的網(wǎng)絡(luò )中是如何得到了實(shí)際部署和應用的。

1 ）以太網(wǎng)技術(shù)

       以太網(wǎng)是在上世紀70年代提出的一種局域網(wǎng)協(xié)議，到現在已經(jīng)發(fā)展了近五十年，在1983年IEEE 802.3標準正式發(fā)布，后續不斷擴充和完善。以太網(wǎng)技術(shù)能夠得到廣泛普及，和RFC文檔的不斷豐富密切相關(guān)。RFC包含了關(guān)于Internet的幾乎所有重要的文字資料，享有網(wǎng)絡(luò )知識圣經(jīng)之美譽(yù)。

      RFC是由一系列草案組成的，這些草案都是由廣大的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)專(zhuān)家提交的，經(jīng)過(guò)不斷修改和完善，逐漸變成事實(shí)上的標準。很多網(wǎng)絡(luò )協(xié)議都是參考這些RFC文檔實(shí)現的。即使在網(wǎng)絡(luò )高度發(fā)達的今天，以太網(wǎng)技術(shù)也仍在不斷進(jìn)步，不斷有新的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議涌現，以便更好地適應新應用業(yè)務(wù)的需求。

       以太網(wǎng)依仗的是報文交換技術(shù)，交換技術(shù)打破了共享式以太網(wǎng)的5-4-3原則，使得以太網(wǎng)的規模和覆蓋范圍得以大幅度提高，從而使以太網(wǎng)能夠戰勝眾多的局域網(wǎng)技術(shù)而一枝獨秀，像二層的STP、VLAN、聚合技術(shù)，三層的OSPF、VRRP、BGP等等幾乎成為了數據中心網(wǎng)絡(luò )必備的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，統治數據中心網(wǎng)絡(luò )長(cháng)達40年的時(shí)間，雖然近些年這些協(xié)議中有部分退出了歷史舞臺，但并不影響以太網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò )地位，仍有新的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)涌現出來(lái)，替代其中的老舊技術(shù)。

       以太網(wǎng)的交換技術(shù)采用的是CSMA/CD介質(zhì)訪(fǎng)問(wèn)控制的方法，在網(wǎng)絡(luò )上不斷偵聽(tīng)鏈路是否空閑，如果沒(méi)有沖突就開(kāi)始發(fā)送報告，它有存儲轉發(fā)和直通式兩種交換模式。其中存儲轉發(fā)是交換設備接收整個(gè)數據幀，進(jìn)行CRC校驗和數據幀長(cháng)度檢查，只有檢驗通過(guò)的報文才會(huì )被轉發(fā)出去;直通轉發(fā)只是讀取一下數據幀中的目的MAC部分，然后根據轉發(fā)表，把數據幀直接轉發(fā)出去，直通轉發(fā)效率更高，然后可能會(huì )出現錯包。

       現在數據中心的網(wǎng)絡(luò )設備大部分采用的是存儲轉發(fā)交換技術(shù)，以太網(wǎng)技術(shù)也在與時(shí)俱進(jìn)，以太網(wǎng)技術(shù)呈多樣性發(fā)展，滿(mǎn)足數據中心中各種應用需要。

2 ）IB交換技術(shù)

       IB是InfiniBand的縮寫(xiě)，IB交換技術(shù)是一種面向系統故障容忍性和可擴展性的點(diǎn)到點(diǎn)互聯(lián)結構。

       IB技術(shù)不是用于一般網(wǎng)絡(luò )連接，它主要的設計目的是針對服務(wù)器端連接問(wèn)題。IB技術(shù)主要應用于服務(wù)器與服務(wù)器之間(比如復制，分布式工作等)，服務(wù)器和存儲設備之間(比如SAN和直接存儲附件)以及服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò )之間(比如LAN， WANs和the Internet)的通信。

       與萬(wàn)兆以太網(wǎng)相比，IB技術(shù)在性能上優(yōu)勢明顯，IB是高性能交換的發(fā)展趨勢，整個(gè)IB交換系統是由交換機、計算節點(diǎn)、主機活配器、網(wǎng)絡(luò )管理軟件、IO和存儲節點(diǎn)組成，IB技術(shù)和以太網(wǎng)交換技術(shù)應用的位置不同，可以和以太網(wǎng)技術(shù)共存，以太網(wǎng)技術(shù)主要應用于高層網(wǎng)絡(luò )通信，而IB技術(shù)用于低層輸入和輸出通信的技術(shù)，IB技術(shù)肩負著(zhù)改善服務(wù)器端輸入/輸出性能的使命。

       有關(guān)IB技術(shù)的規格及標準規范是1999年開(kāi)始起草的，2000年9月26日正式發(fā)布了第一個(gè)正式版本，后來(lái)經(jīng)過(guò)了一陣沉默期，不斷有技術(shù)廠(chǎng)商退出，IB技術(shù)不斷走向暗淡，雖然IB技術(shù)的交換轉發(fā)效率更高，但并沒(méi)有贏(yíng)得市場(chǎng)的認同，只是在一些小眾的市場(chǎng)中獲得了一些訂單，比如期貨交易系統、金融系統等，這些地方對網(wǎng)絡(luò )延時(shí)非常在意，需要延遲更低了交換設備，顯然IB技術(shù)迎合了它們的口味。

      現如今，IB技術(shù)基本是Mellanox一家獨大了，有不少出售IB交換設備的廠(chǎng)家，基本也都是從Mellanox OEM得到的，比如HP、DELL等，未來(lái)IB的市場(chǎng)空間依然不會(huì )太大，但仍是一種必需的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)存在。

3 ）面向特定計算平臺的專(zhuān)用互連交換技術(shù)

       這里有不少新的交換技術(shù)，都是為高速計算服務(wù)的，通過(guò)提供網(wǎng)絡(luò )處理的速度，從而提升分布式計算效率，要知道無(wú)論是云計算，還是大數據，都需要網(wǎng)絡(luò )將很多臺服務(wù)器的計算資源連接，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行分布式計算，提升計算速度。比如Torus架構，Torus是一種針對容器集群量身打造的存儲系統，可以為通過(guò)Kubernetes編排和管理的容器集群提供可靠可擴展的存儲，當然Torus也是一種交換技術(shù)，基于Torus架構構建的超級計算機互連網(wǎng)絡(luò )系統具有領(lǐng)先的性能、超強的擴展能力、極佳的容錯能力，適用于一些中小規模的高性能計算系統，是面向超大規模計算的更佳網(wǎng)絡(luò )技術(shù)路線(xiàn)。

       就在2020年11月12日-17日舉行的”世界超算大會(huì )(SC17)“上，中科曙光發(fā)布了一款Torus硅元交換機，就采用了Torus交換架構，可以實(shí)現192個(gè)100Gb高速網(wǎng)絡(luò )端口轉發(fā)，Torus設備之間可以通過(guò)400Gb專(zhuān)用接口進(jìn)行互連。

       Torus交換技術(shù)在存儲和高速計算領(lǐng)域有很大應用空間，現階段是一種風(fēng)頭正勁的交換技術(shù)。

總結

      以上內容僅僅結合筆者個(gè)人掌握的咨詢(xún)和經(jīng)驗的淺見(jiàn)，本文僅淺談了具有代表性的網(wǎng)絡(luò )交換技術(shù)。隨著(zhù)通信技術(shù)的迅速發(fā)展而不斷的發(fā)展完善。網(wǎng)絡(luò )交換技術(shù)在其發(fā)展過(guò)程中，對于不同的業(yè)務(wù)，不斷提出新的解決辦法，直到有新的網(wǎng)絡(luò )交換技術(shù)出現，網(wǎng)絡(luò )交換技術(shù)也在不斷更新變化，即使是以太網(wǎng)交換也在不斷優(yōu)化和修繕，停下來(lái)就可能被新技術(shù)所淘汰。