浅谈数据中心网络的三种网络数据交换技术及其发展

发布时间:2020-11-20 作者:奈图尔 来源:原创 浏览量(14)
摘要:纵览数据中心内部网络,以太网技术一家独大,基本已经成为网络技术的代名词,我们日常谈及的网络技术基本都来源于以太网。而网络是数据中心的重要组成部分,尤其是云计算、大数据、人工智能等新技术,更是要依赖网络技术才能实现。

浅谈数据中心网络的三种网络数据交换技术及其发展

浅谈数据中心网络的三种网络数据交换技术及其发展

       奈图尔科技(www.ntooler.com)整理消息:纵览数据中心内部网络,以太网技术一家独大,基本已经成为网络技术的代名词,我们日常谈及的网络技术基本都来源于以太网。而网络是数据中心的重要组成部分,尤其是云计算、大数据、人工智能等新技术,更是要依赖网络技术才能实现。

       目前应用的网络技术基本都来源于以太网。以太网技术应用极广,但又代表网络的全部,其在数据中心内部属于局域网的一部分,并且并不止以太网一家,本次主要是浅谈一下三种网路数据交换技术,它们在特定的网络中是如何得到了实际部署和应用的。

1 )以太网技术

       以太网是在上世纪70年代提出的一种局域网协议,到现在已经发展了近五十年,在1983年IEEE 802.3标准正式发布,后续不断扩充和完善。以太网技术能够得到广泛普及,和RFC文档的不断丰富密切相关。RFC包含了关于Internet的几乎所有重要的文字资料,享有网络知识圣经之美誉。

      RFC是由一系列草案组成的,这些草案都是由广大的网络技术专家提交的,经过不断修改和完善,逐渐变成事实上的标准。很多网络协议都是参考这些RFC文档实现的。即使在网络高度发达的今天,以太网技术也仍在不断进步,不断有新的网络协议涌现,以便更好地适应新应用业务的需求。

       以太网依仗的是报文交换技术,交换技术打破了共享式以太网的5-4-3原则,使得以太网的规模和覆盖范围得以大幅度提高,从而使以太网能够战胜众多的局域网技术而一枝独秀,像二层的STP、VLAN、聚合技术,三层的OSPF、VRRP、BGP等等几乎成为了数据中心网络必备的网络技术,统治数据中心网络长达40年的时间,虽然近些年这些协议中有部分退出了历史舞台,但并不影响以太网的网络地位,仍有新的网络技术涌现出来,替代其中的老旧技术。

       以太网的交换技术采用的是CSMA/CD介质访问控制的方法,在网络上不断侦听链路是否空闲,如果没有冲突就开始发送报告,它有存储转发和直通式两种交换模式。其中存储转发是交换设备接收整个数据帧,进行CRC校验和数据帧长度检查,只有检验通过的报文才会被转发出去;直通转发只是读取一下数据帧中的目的MAC部分,然后根据转发表,把数据帧直接转发出去,直通转发效率更高,然后可能会出现错包。

       现在数据中心的网络设备大部分采用的是存储转发交换技术,以太网技术也在与时俱进,以太网技术呈多样性发展,满足数据中心中各种应用需要。

2 )IB交换技术

       IB是InfiniBand的缩写,IB交换技术是一种面向系统故障容忍性和可扩展性的点到点互联结构。

       IB技术不是用于一般网络连接,它主要的设计目的是针对服务器端连接问题。IB技术主要应用于服务器与服务器之间(比如复制,分布式工作等),服务器和存储设备之间(比如SAN和直接存储附件)以及服务器和网络之间(比如LAN, WANs和the Internet)的通信。

       与万兆以太网相比,IB技术在性能上优势明显,IB是高性能交换的发展趋势,整个IB交换系统是由交换机、计算节点、主机活配器、网络管理软件、IO和存储节点组成,IB技术和以太网交换技术应用的位置不同,可以和以太网技术共存,以太网技术主要应用于高层网络通信,而IB技术用于低层输入和输出通信的技术,IB技术肩负着改善服务器端输入/输出性能的使命。

       有关IB技术的规格及标准规范是1999年开始起草的,2000年9月26日正式发布了第一个正式版本,后来经过了一阵沉默期,不断有技术厂商退出,IB技术不断走向暗淡,虽然IB技术的交换转发效率更高,但并没有赢得市场的认同,只是在一些小众的市场中获得了一些订单,比如期货交易系统、金融系统等,这些地方对网络延时非常在意,需要延迟更低了交换设备,显然IB技术迎合了它们的口味。

      现如今,IB技术基本是Mellanox一家独大了,有不少出售IB交换设备的厂家,基本也都是从Mellanox OEM得到的,比如HP、DELL等,未来IB的市场空间依然不会太大,但仍是一种必需的网络技术存在。

3 )面向特定计算平台的专用互连交换技术

       这里有不少新的交换技术,都是为高速计算服务的,通过提供网络处理的速度,从而提升分布式计算效率,要知道无论是云计算,还是大数据,都需要网络将很多台服务器的计算资源连接,通过网络进行分布式计算,提升计算速度。比如Torus架构,Torus是一种针对容器集群量身打造的存储系统,可以为通过Kubernetes编排和管理的容器集群提供可靠可扩展的存储,当然Torus也是一种交换技术,基于Torus架构构建的超级计算机互连网络系统具有领先的性能、超强的扩展能力、极佳的容错能力,适用于一些中小规模的高性能计算系统,是面向超大规模计算的更佳网络技术路线。

       就在2020年11月12日-17日举行的”世界超算大会(SC17)“上,中科曙光发布了一款Torus硅元交换机,就采用了Torus交换架构,可以实现192个100Gb高速网络端口转发,Torus设备之间可以通过400Gb专用接口进行互连。

       Torus交换技术在存储和高速计算领域有很大应用空间,现阶段是一种风头正劲的交换技术。

总结

      以上内容仅仅结合笔者个人掌握的咨询和经验的浅见,本文仅浅谈了具有代表性的网络交换技术。随着通信技术的迅速发展而不断的发展完善。网络交换技术在其发展过程中,对于不同的业务,不断提出新的解决办法,直到有新的网络交换技术出现,网络交换技术也在不断更新变化,即使是以太网交换也在不断优化和修缮,停下来就可能被新技术所淘汰。

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