wp_scaling the cloud

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1、使用BLADEFatTree架构来扩展云白皮书概述随着谷歌、微软和亚马逊等公司创建大规模的数据中心，云计算很快将成为我们日常生活的一部分。但是，这些数据中心需要新的方法来进行扩展。其中之一便是使用下图所示的计算POD。图1.云计算POD的缩略图一个计算POD将传统数据中心的所有元件都纳入到一个独立的机箱中，其外观类似一个标准的集装箱。POD可以在场外生产并预先进行布线，然后再运送至数据中心，并连上电源为冷却和网络工作供电。目前Sun和惠普等公司正在开发POD。POD可容纳存储、网络和多达几千台的服务器，以达到优化数据

2、中心空间的目的。由于数据中心需要容纳几百个POD，因而必须最大限度降低其供电和散热需求。正因为如此，POD不能接受存储和数据网络相互的独立，对于采用了新的IEEE标准如数据中心桥接（DCB）和以太网光纤通道（FCoE）的POD而言，万兆以太网作为一种融合网络就成为了其理想选择。为这些应用设计一个大规模扩展的网络有若干种方法，它们提供的效率水平也各不相同。本白皮书通过与传统交换机架构相比较来阐述ClosFatTree架构何以称为最佳的解决方案。除此之外，本白皮书还将介绍BLADE解决方案中的一些功能，它们不仅能支持这种

3、架构，还可支持DCB、组播和服务器虚拟化。BLADE提供上述所有功能的同时，还可维持业界最低的万兆以太网延迟、密度和功耗。传统的交换机架构一些企业正在列末（EOR）交换机中部署传统的电信式交换机连接架构。这些连接仅需很少甚至不需要内存的情况下就可使用交换机元件，将缓冲存储器的需求提交给线卡。这些线卡中所包含链路接口芯片（FIC），在许多情况下是为电信访问应用而设计的，因而必须提供细粒度的服务保证。此外，这些连接中有很多是以基本存储单元为基础的，因而需要使用外部存储器进行复杂的细分和重组（SAR）逻辑。正因如此，FIC

4、是一个复杂的设备，只能支持约8个10G端口。对于必须支持数千个10G端口的EOR交换机而言，则需要数百个FIC。为了连接所有这些FIC，还需要多个复杂的多级交换机卡来提供所需的端口密度。下图显示了一个使用传统电信式交换机连接芯片组的10Gb以太网交换机，拥有2048个端口。假定该交换机包含64个10G端口，FIC支持8个10Gb以太网端口。由于SAR的消耗，在背板中需要进行加速，因此就假定每个FIC有12条通道。假定每个FIC有1个存储芯片，那么这种设计在该连接中总共需要656台设备。我们假设这些设备的平均功率为20

5、瓦，那么这个连接需要的总功率为13千瓦。图2.使用传统电信式连接的2048端口列末交换机2Clos架构Clos架构起源于20世纪50年代，为电话网络提供了无阻塞多级拓扑网络架构。这种架构同样能够应用到数据中心内的大型EOR交换机。一个Clos多层交换架构通常被称为“FatTree”，它为交换层间提供持续的带宽，并构成了一个无阻塞且可扩展的交换机。由FatTree架构显示的网络端口数量可随着交换机中的层数而成指数倍扩展。通过在每个交换机元件内提供足够的内存，数据包可以通过这个连接更轻松地传输，从而减少了输入缓冲的需求。

6、此外，数据中心不需要提供细粒度的服务级别配置或多数电信系统所需的SAR功能，此举进一步减少了输入缓冲的需求，并降低了线卡交换机的复杂性。下图显示了一台使用64端口交换机元件的2048端口10Gb以太网交换机。这种设计架构只需96台设备，几乎只有上图所示电信架构的七分之一。如果我们假设这些设备的平均功率为50瓦，那么这个架构所需的总功率为4.8千瓦，约为电信式架构功率的三分之一。图3.使用Clos架构的2048端口列末交换机BLADE扩展功能BLADE提供了多个支持FatTree架构配置的功能。其中一个关键的功能就是通

7、过“直通式”操作实现低延迟，而与数据包的大小无关。连接的延迟直接影响到数据中心的性能。相比于传统以太网交换机架构超过10微秒的延迟，BLADE在经过三个连接阶段后能够将延迟维持在1微秒以下。因为电信系统对延迟并不敏感，因此传统的电信连接未能就这一需求进行优化。BLADE还利用了ISL标签（可用于带内管理）和全局资源标签（Glort）。Glort是一个16位的数字，可以用来识别单一或多级连接中特定的端口、链路聚合组、组播组、管理帧以及任意其他的封包目的地。源Glort通常被用来识别帧进入多级交换机连接时的逻辑源端口。目

8、标Glort通常为帧将要退出多级连接时所处的逻辑目标端口或端口组。BLADEAPI将多级连接视为单一的逻辑连接来处理，并且带内管理允许单个CPU来控制和监控系统中的每台交换机，从而进一步降低了成本。3负载分布为了有效地利用多级FatTree架构，流量必须经由线卡设备（行交换机）均匀地分布在交换机卡设备（列交换机）上。BLADE设备使用改良的Pe