电信云计算对核心及接入设备要求.doc

电信云计算对核心及接入设备需求
云计算网络对核心和接入设备较传统网络有不同的要求，主要是由云计算下网络流量的特征决定的：
Ø 部署规模大，资源更为集中,存在大量应用系统，保障业务连续性十分重要
Ø 持续性的高流量，云计算网络是重载网，端口（服务器、网络设备）利用率长时间或持续性保持在50％以上
Ø 流量是多方向性的：大量业务系统，各系统间协同工作（计算、查询、生成结果）,内外部的纵向流量以及内部的横向流量都非常大，并且具有可变性。
Ø 存在大量突发：大量不对称流量存在，高速端口→低速端口、多端口→单端口 ，在高负载情况下，碰撞和拥塞的几率大大增加。
针对上述特征，核心设备可靠性要求达到骨干路由器的水平。这也是思科CRS—1、Juniper T1600、华为NE5000、
中兴T8000等骨干路由器不约而同选择主控和交换分离架构的原因.
骨干路由器在两点间的带宽达到40G~80G。设备只有采用交换、控制分离的集群架构，才可以在如此高流量的情况下，实现骨干路由器不丢包，包括在主备引擎倒换的过程中。现在，骨干网络才存在的海量转发，在云计算的环境中也出现了，为了应对这种挑战核心交换机架构也必然走与骨干路由器相同的道路-—-主控和交换分离、多级交换。
新架构的核心交换机不再单一的根据IP地址、MAC地址、Port号等元组采用HASH算法确定一个数据包选择固定的一条总线通道转发，而是将数据包定长切片经由多条通道送到出口重组.这样即使在100%流量转发的情况下也不存在选路冲突，结合大的分布缓存空间，设备内部不会有任数据丢失。传统交换机几十毫秒的主控倒换在网络重载的情况下，大量丢包，造成众多TCP连接的重建，不断的重建反之又加重这种情况。新架构的核心交换机主控不参与数据转发，任意倒换都无丢包,同时多级交换网板相互保护也大大降低丢包概率。
传统双引擎交换机在百度日本数据中心与腾讯深圳数据中心的早期网络中都遇到设备架构造成的问题。显示：传统双引擎交换机，端口统计的出流量峰值超过50%,则设备内部数据包转发冲突可能性就增加了，可以通过命令查看TxQ（发端口队列）是否存在突发丢包.而在端口流量超过70％时，端口突发流量丢包的可能性就大大增加.如果端口平均流量达到90％，则说明该端口流量就是持续拥塞了。百度在核心交换机再次选型时，对H3C 新架构的S12500进行了为期2个月的严格测试。大负载业务流量验证，具有访问并发性、流量突发浪涌性、报文时延敏感性（这些都是云计算网络特点）等,测试设备的吞吐能力、对突发流量的缓存能力、QoS、可靠性等方面。无论当时测试，还是至今一年多在其生产环境中都证明采用主控交换分离、多级交换架构的核心交换机才可满足其要求.
云网络核心设备必须具备强大的转发能力与线速万兆端口密度才能满足大量服务器接入与数据转发的需求.而传统交换机转发芯片和主控引擎集成在一起，既要高性能又必须考虑主控板冗余保护，这样实际发挥作用的交换能力只一半，否则在一块主控失效的情况下，将造成整网性能减半,会产生大量拥塞丢包。提高网络设备性能的途径主要有两个: 一是提高单个交换芯片的处理能力,二是增加交换芯片的数量,前者受芯片加工工艺的限制难以大的突破,后者受主控板集成CPU、TCAM、RAM等空间限制也难以部署更多芯片。既然这些传统途径不能解决，控制板和交换板分离的多级交换架构的云计算核心交换机就应运而生.交换网板独立，可以部署大量转发芯片，能力成倍提高性能；独立的交换网板可以独立工作，灵活升级，并提供冗余保护。
正是重视云计算对网络的挑战，主流IP厂商如Cisco、H3c、Force10等均采用控制与交换分离的结构 ，推出新的数据中心级的设备.相比而言，HUAWEI、ZTE对该领域重视投入明显不足，仍然沿用传统城域网汇聚交换机的架构，显然是不能满足云网络核心设备高可靠、高性能、易维护的需求的。因为传统城域网汇聚交换机考虑的重点是客户端接入，主要是纵向流量为主,同时允许主控倒换丢包，只有该交换机承接的上千个用户访问INTERNT时刚好主控倒换，丢包造成链接中断，客户会刷新重新建立，通常无大碍;但在云中心，主体流量是服务器端的进程流量，倒换造成的丢包影响所有服务器间协同工作，导致业务系统异常甚至瘫痪,影响的是所有租用该中心的电信客户。这也是云计算核心交换机强调无丢包的原因所在。水晶石科技传统交换机遇到过类似问题，水晶石科技从事图象处理业务，经常进行主机间海量的图片等大数据复制与拷贝，网络上极少的丢包或者拥塞都会导致服务器间连接中断重新传递，非常影响工作效率。后来采用H3C的S12500设备，基本没有再出现类似问题。中国电信的云存储服务就包含类似水晶石这样的业务，尤其是E云存储、爱冲印、爱音乐这类业务,都面临大数据包的海量传递的需求。
此外,从技术发展的角度看，云数据中心网络中要实现“无损以太网”,CEE（融合增强以太网络）这样的技术可以说是上层制度上的保障，而控制转发分离、多级交换这样的先进架构则低层经济基础保障。没有先进架构的支撑,技术实现是难以完美的。另外这些核心交换机也普遍采用分布式大缓存，通常单万兆端口100M的空间，采用VOQ (Virtual Output Queue)等Credit调度机制，保障在流量突发下不会丢包.
在云计算网络接入设备方面，除了提供高密度的接入能力外，还有些其他的要求：
• 多台设备虚拟化为一台设备，实现跨设备链路聚合,替代STP提高带宽利用率，缩短链路鼓掌收敛时间等。
• 无收敛的线速转发设计，实现服务器上行无收敛转发
• 针对服务器接入的大缓存设计
• 双电源设计,高可靠性保障
• 前后风向,适应数据中心冷热空气通道分离设计